浅谈CFD在暖通空调节能方面的应用

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摘要：在暖通空调的整体系统内的应用非常广泛的主要工具之一就为cfd技术。对于空调房间的气流组织以及人体热舒适的模拟方面CFD起到了非常重要的作用。文章研究分析了暖通空调系统内CFD技术应用方法，以便为设计暖通空调内的CFD技术的应用提供一定的参考。

关键词：CFD;暖通空调；节能；应用

中图分类号：TB657文献标识码： A

科技的不断进步和人们生活水平的不断提高，对于自然资源的利用工作也开始不断更新和完善，大家都知道，地球上并不是有着用不尽的能源，因此能源危机也成为了最为关注的问题之一。而我国不仅是一个能源大国，也是一个耗能大国，总耗能中有将近19.8％比例都未建筑能源消耗，而在这一比例中又有85％都是因空调耗能引起。所以，暖通空调系统开发节能技术的意义重大。

1CFD概述

CFD为Computational Fluid Dynamics的简称，即计算流体力学。使用计算机技术来模拟并解决化学反应、流体流动以及热传递等问题。对于固定的空间内流体流动控制微分方程，利用数值方法来进行求解并得出连续区域上流体流动的流场的离散分布，进而流体的实际流动情况近似模拟出来。CFD能够对流体流动的全过程进行控制和模拟，该方法相比于传统模拟实验而言优点甚多。首先，对于一些不能实现的实验场合，CFD可以模拟出来，例如微小空间或者高温空间等；第二就是CFD的成本较低，其实验的参数和条件都可以及时改变，进而能够得出更多无法通过实验获得的数据资料。CFD技术随着计算机技术的发展而不断完善，并开始向商业化方向迈进。

2CFD在暖通空调中的应用

CFD商业化应用软件在近几年开始不断增多和完善，且在暖通空调领域也有着很重要的应用。根据国内学者专家们在该方面的研究和调查报告，我们可以清楚的认识到空间内的各种参数如温度、压力、速度、空气年龄以及污染物浓度等等的具体分布，进而让室内空调系统能够得以完善。

2.1 通风空调房间气流组织设计

CFD技术还能够对于仿真空调通风空间内的具体气流流动与分布情况进行预测。分析其气流数值可以对室内的边界条件、出现的内扰以及初始条件等进行考虑和分析，进而将室内的气流分布情况进行详细的反映，然后促进最优化气流分布方案进行确定，以提高是空调系统的整体效果。

2.2 建筑外环境分析设计

对于建筑的居住者而言，其建筑外部的环境质量对其室内生活环境的影响巨大，当前已经有越来越多的人开始关注小区内的热环境以及二次风等问题。CFD技术能够有效分析并模拟其建筑的外部环境，进而为建筑风环境的设计提供资料依据。另外通过CFD技术来对其建筑外部环境的风流动情况进行模拟和分析还能够对建筑内设计自然通风起到促进作用。

2.3 建筑设备性能的研究改进

对于空调器、蓄冰槽以及风机等暖通空调系统中的设备而言，其工作前提都是通过流体工质，因此设备的性能高低直接受到其流体流动情况的影响。利用CFD技术来对空调设备的内部流动流体具体情况进行模拟计算，根据得出数据来改进空调系统性能，以降低成本，减少能耗。

3 暖通空调领域中 CFD 的求解过程

3.1 建立数学物理模型

所谓建立数学模型，即运用数学的方法来对流动问题进行描述，进而为求解数值奠定基础。基本数学模型有:

a.质量守恒方程:

b.动量守恒方程:

c.能量守恒方程:

3.2进行气流数值求解

a确定边界条件与初始条件。要想让方程确定解得以确定，首先要有初始条件和边界条件。所谓初始条件，即研究开始时对研究对象空间内每个变量分布情况进行确定。初始条件是瞬态问题所必须含有的基础条件，而其并不是稳态问题内所必需的基础条件。所谓边界条件即随着时间和地点变化而变化的导数规律以及求解范围内边界求解变量情况。

b划分计算网格。网格有着结构与非结构两种类型，前者拥有比较规范的空间，一般都是由按照行列分布形成的网格，例如四边形区域等。非结构网格则与其相反，不具备较为明显的行列分布。而在大多数的CFD应用软件中都是包含专业的网格制定工具。

c建立离散方程并求解。解离散方程方面一般采用有限差分法、有限元法以及有限容积法等等，根据实际情况来选择恰当的方法来进行求解并离散。

3.3结果可视化

因为根据计算机方法来求解数值得出的结果为节点上的，导致其不具备视觉方面的可观性，因此就容易被工程人员忽视。针对此项，有必要利用一定工具来可视化其模拟结果，利用CFD软件对其进行处理后就会有浓度场、速度以及温度的静态图片出现，还可以得出流体流动的痕迹和流线的动态效果。

4 小结

暖通空调系统内加入CFD软件工具使得该系统的制定成本得以减少，同时还能有效掌握空调室内的气流分布情况，不过要注意的是，对于一些比较复杂的问题进行解决的时候，CFD技术的局限性较高，例如模拟人体周围的微观环境、有误差的模拟结果等等，所以，未来暖通空调领域内的软件应用更多的是将CFD技术与其他软件工具结合使用。比如将人体模型与CFD模型祸合，还有CFD模型与建筑物耗能模型、多区域模型等等的祸合，这样使得计算结果更加精确，暖通空调系统的系统耗能、热舒适等具体信息也能得以了解。

在国内对于暖通空调系统中加入CFD技术的研究从上世纪80年代就已经开始。到目前大部分成果都是对于某一个算例进行专一软件的分析。实质上并没有太多关于暖通工程中CFD技术应用的案例，且缺乏掌握熟练CFD技术的暖通系统人才，所以目前还有较多的基础工作需要准备。

参考文献

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