CFD技术在暖通空调领域的应用方向

廖海防

摘 要：随着现阶段我国科学技术的快速发展，在科技发展上逐渐形成了电子信息群体、生物群体、空间群体、海洋群体、新材料群体、新能源群体等高科技群体，并且其也逐渐成为社会发展的新动力。并且在现阶段的发展水平下，利用科学技术改变传统模式已经成为了经济发展的必然方向。CFD技术则是在计算机技术、数值计算技术结合的新技术。CFD技术是一种虚拟的手段来利用计算机作为载体，加以一定的数据以期来计算出实际的流体流动情况。而其就是使用数值求解来对微分方程进行解答，来计算出在离散区域上，流体流动的实际分布，从而得出其余实际比较相近的情况。所以在CFD是现阶段所有的模仿计算中比较能够贴近实际的一种，所以CFD技术也成为了建筑师对问题进行分析和解决的重要工具，空调工程师也对其使用也越来越多。在文章中，将对CFD在暖通空调领域中的使用进行展开和简单的讨论，并且通过其使用办法和步骤，来给工作人员提供一个重要的数据依据。

关键词：CFD技术 应用范围 暖通空调

中图分类号：TM925.1 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）06（a）-0004-02

CFD的模拟设备使用简单、投资小、计算速度快、并且计算空间不受限制，并且可以依据各种情况进行计算。这是其他的算法所不具备的。而且随着我国经济的不断发展，CFD技术已经成为了一种重要的计算方法没并且在建筑领域中越来越多的被应用。

1 CFD介绍

CFD就是计算流力动力学（Computaional Fluid Dynamics）的缩写，即通过计算机的计算和图像显示功能，将含有流体流动数据和热传导等数据进行一个系统的分析。CDF可以视为一种流体的方程式来对流动的数值进行模拟计算和控制分析。并进行热传导、热传递、动量传递以及燃烧等化学反应研究的重要技术。

在世界上，不断有人对CFD技术进行应用和发展，早在1933年thom就利用数值法来对偏微分方程进行解决，这也是CFD技术正是的在方程式中得以体现，而1974年P.V.Nielsen也将CFD技术应用到期计算领域中，并且对空气流动情况进行一个全面详细的解答。在随后的不断发展中，世界各个国家都为了节约能源和提高生产力水平，对其投入了大量的资源和时间来对CFD技术进行研究。并且经过了10年的不断研究，取得了一定的成果，并且其在暖通空调领域的研究和使用也是大量的进行。现阶段CFD技术已经成为空调设计和建造师解决实际的工程问题的重要手段，并且提供了大量的技术参考。

在全世界中，CFD的技术使用是从美国开始的。在1986年美国就已经对CFD模拟室内空气流动的发展研究成果进行了一定的分析和整理，并且成立了相关的部门来对室内空气流动进行研究。1989年美国的ASHARE成立了专门机构以研究CFD方法预测室内空气流动，并且完整的对CFD在空气流动的方法进行了一个阐述。日本也是一个在CFD使用技术上比较成功的国家，其最开始将CFD应用到室内空气流动问题上是20世纪70年代。

2 CFD应用范围

在应用范围上，CFD能够在各种复杂的几何空间内来对数据进行分析，并且能够对流动液体问题；高温传热问题；气态、固态、液态转换问题；非牛顿流体流动（如流变、粉尘、混凝土）问题；多孔质介质问题；化工反应流问题；粉煤、气态燃料、油雾、混合燃料及氧化流燃烧等问题；爆炸、燃爆、着火等问题；搅拌反应釜问题；环保等问题提供一定的数据依据。而CFD的研究数据则可以为其在工程设计上、生产管理和技术改造上提供一定的数据参考。例如在流体的阻力上。流体与固体之间的热传递，固体、气体状态的停留时间，产品质量，反应速率，处理能力等综合指标来对现场的各种情况进行一个针对性有效的调节，并且以此拉对整个系统进行一定的定性和定位。并且通过对于这一部分的数据分析来对现场的装置和设计中的不足进行技术的更正和提升，以能更好的完成施工目标。所以CFD在一定的程度上是一种多功能、通用型的大型试验数据库。

3 暖通空调领域中CFD技术的使用

3.1 CFD在暖通空调的主要应用领域

（1）通风空调房间的设计。利用CFD技术的能力，可以将整个房间的气流分布进行一个详细的预测，并且能够起到一个准确的数据参考。这种气流数据分析能够将室内的各种情况参考进去，并且能够结合内扰条件、边界条件以及初始条件，进而全面系统的对室内气流的分布情况进行泛红，从而得出最优的整体设计方案，以使其在施工完成后能够有一个良好的通风效果。

（2）建筑外环境设计。在我们的居住环境中，建筑外部与建筑内部的环境同样重要。这就使在建筑设计中对于小区的二次送风、小区的热环境等问题也逐渐被人们重视起来。而利用CFD的计算模式可以便捷的将整个建筑的外环境进行一个分析模拟，从而得出最好的建筑效果和空气效果。并且能够通过对外环境的流动情况来对建筑内部的通风进行一个设计因素。

（3）室内空气品质。利用CFD的研究技术可以达到对于室内空气品质进行一定的鉴定。通过对室内的整体设计、相对温度、相对湿度和污染物浓度等参数进行一个综合的分析，从而得出通风的效率舒适度和排污效果的整体数值。

（4）改进建筑设备性能。在现阶段暖通工程的施工中，大部分的施工器械如风机、蓄水槽、空调等都是通过流体工艺制作的，由于流动情况对于设备的运转效果有着非常大的影响。利用CFD模拟算法则可以对设备内部的流动进行一个准确的计算，从而来对器械进行一定的调节，以提升其工作效率。

3.2 CFD在暖通空调中的求解过程

将CFD在暖通空调领域中，整个计算过程中都是如下的几个顺序：建立数学模型、进行气流数值计算、结果可视化等步骤。

（1）建立数学模型。建立数学模型就是指很对所要研究的问题将其各种条件进行一个数理分析，建立一个合理的数学模型来进行计算，以为数值求解做出一定的准备工作。

（2）气流数值求解。在进行气流数值求解前，首先要将边界条件和初始条件进行一个明确，由于二者是控制方程存在合理解的前提。初始条件是指对于研究对象在开始的情况下各个求解变量的空间分布情况。而对于瞬间状态的问题是必须给定初始条件的，而对于稳定的环境问题则不需要给定初始条件。而边界条件则是指对于求解问题的边界上所存在的变量和导数的随机性的变化规律。其次是要进行计算网格的划分。利用网格划分和非网格的结构。由于网格式结构在空间上比较规范，而且对于一个时变性的区域可以简单的对其进行分类分析，现阶段的大部分CFD计算软件都有专门的网格生成功能。在最后建立一个离散方程，并且对其求解。选择一种合适的方法来对求解的区域进行离散化。

（3）结果可视化。结果可视化是指在进行方程求解之后因为其计算的结果是单纯的数据结果，不存在一定的可视性，并且不直观，很难被除了工程人员和计算人员所熟悉，所以就要利用相关的软件来讲计算的结果进行可视化处理，CFD软件的后期结果可以显示出温度、速度、浓度等相关的图片，也可以以一种动态的流动线条或者图形来进行表现。

综上所述，在现阶段CFD已经在暖通空调领域上进行应用，但是在全世界范围内，日本和欧洲等国家的相关技术走在世界的前列，并且现阶段的日本已经将CFD技术全面的应用到暖通行业的实用当中，并且国外CFD不仅基础成果丰富，而且其软件业比较成熟。我国从20世纪80年代开始将CFD与暖通领域进行结合应用，现在已经有了相当的成果和实际应用。但是从全面上来说，要将其全面的加入到暖通工程领域中还需要很长的一段时间发展，所以我们要大力发展我们的科技水平以使其在暖通领域做出更大的贡献。

参考文献

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[2] Flake K.K.，潭洪卫，等.空调设计中的 CFD应用[J].现代空调，2011（1）.

[3] 董玉平.高大空间建筑空调系统CFD模拟[D].天津：天津大学，2013.endprint