CFD技术在暖通空调制冷工程中的实际运用

摘要：暖通空调属于一种特殊意义上的中央空调，可以说是分户中央空调，与传统空调相比，不仅能够实现制冷或者制热，还可以对室内空气进行处理和净化，对微小的灰尘颗粒进行清除，对细菌进行消毒，从而改善室内空气质量，为人们提供一个相对舒适的环境。在暖通空调制冷工程中，应用CFD技术，能够从根本上解决制冷不足的问题，而且具有成本低、速度快等优点，受到了相关技术人员的广泛关注，本文将对CFD技术在暖通空调制冷工程中的应用进行研究分析。

关键词：CFD技术；暖通空调制冷工程；运用

CFD技术是一种成本较低、速度快以及资料完备的暖通技术通过实现对整体设计过程中性能的提升改善空调制冷效果不强问题，从而保障整体空调系统的最优化模式。不断分析CFD技术，探讨该技术在暖通空调制冷工程中的实际运用无疑具有重要的现实意义。

1 CFD技术特点

（1）数学模型组成特征：在CFD通用软件中，数学模型的组成都是以纳维尔.斯托克斯方程组以及各种湍流模型为主体，加上自由面流模型、多相流模型、非牛顿流模型以及燃烧与化学反应流模型等。离散的方法包括有限元素法和有限体积法，后者是当前技术条件下绝大多数CFD软件采用的离散方法。（2）加速收敛技术：在暖通空调设计中，由于三维流动数值模型模拟的计算量非常巨大，因此CFD通用软件需要尽可能采用相应的加速收敛技术来加快收敛速度，缩短计算周期，同时利用平行计算法，环节单机容量不足的问题。常用的加速收敛技术包括多层网格法、残差光顺法以及当地时间步长法等。（3）专用模块：在实际应用中，为了能够满足不同用户的使用需求，CFD技术中设置了大量的专用模块，将其与软件或者系统的专用版本相互结合在一起，可以实现对复杂流动的计算，对网格的自动生成，同时简化边界条件设置，减轻工作人员的工作量，同时也可以为计算结果的分析和处理提供相应的辅助工作，吸引用户的目光。

2 CFD技术的应用范围

CFD在建筑中的应用范围可以简单的概括为室内气流模拟，室外气流模拟和室内气流兼室外气流模拟。围绕这个核心，当前很多CFD技术开始向多个方面、多个行业进行发展。它能做到一些通风空调设计方案优化及预测，包括很多建筑火灾烟气流动及防排烟系统也是通过CFD技术进行分析的。也就是说，当前CFD技术开始向各种以流動为基础的工程问题方向发展，置换通风方式的数值模拟、洁净室气流分布的数值模拟等，气固、液固多相流、非牛顿流、化学反应流、煤粉燃烧等等，这些暖通工程都是结合了CFD技术而实现的。室内空气品质的相互影响过程的CFD分析以及冷库库房及制冷设备的CFD分析、高大空间气流组织分析已经得到广泛的应用。一些经济实力雄厚的实体也见到了CFD应用软件的巨大商机，空气品质及建筑热环境的CFD方法评价、预测等，纷纷介入。

3 CFD技术在暖通空调制冷工程中的实际运用

3.1 建立模型

模型的建立主要包括建立数学模型和物理模型，换而言之，就是通过数学的方式将所要研究的流体问题描述出来，由于暖通领域的流体问题能够充分满足连续性方程的要求，因此，可以运用能量方程和动量方程，通常情况下，人们更加倾向于利用不可压流体的粘性流体流动的控制微方程队同时，在暖通空调制冷工程中，由于其流体流动大多数情况下均属于湍流流动，因此，应该适当运用湍流模型对流体的湍流流动情况进行模拟，只有这样，才能够完整的将所研究的问题描述出来，方便下一步的数值求解。

3.2 数值求解

在进行数值求解的过程当中，应该分为三大步骤进行。第一步：应该明确初始条件和边界条件，因为只有明确了这两大条件，才能够充分保证所解方程有解。边界条件指的是在求解区域的边界上所求解的导数随时间和地点的变化规律或变量。初始条件指的是所研究的对象在流动刚开始的时刻中每一个求解变量在空间上的具体分布情况。针对稳态问题，可以不用设定相确定初始条件，而针对瞬态问题，则必须预先明确初始条件。第二步：对计算网格进行合理划分。计算网格主要包括两种类型，即非结构网格和结构网格。从空间分布上来看，结构网格比非结构网格更加规范，比如，在一个四边形区域内，在空间分布上，非结构网格并没有明显的列线和行线，而结构网格通常是成列和成行规范分布的。从目前的实际情况来看，各种CFD软件均配置了生成网格的专门工具。第三步：建立离散方程并进行求解。通常情况下，相关人员在进行离散方程时往往会采用有限元法、有限差分法以及有限容积法等方法，可以通过这些有效方法对求解区域进行离散。

3.3 数值解的可视化处理

虽然前面已经通过运用CFD模拟技术计算出了空间流体的数值，但是，最终我们所得到的数值结果是以节点数值的形式存在的，因而大大增加了相关人员的工作难度，使得工作人员难以观察结果数据，无法对结果数据进行有效地分析。从目前的实际情况来看，各种CFD软件均出现了对CFD计算结果的后处理工序，通过CFD数据后处理之后所得到的数据便可以通过静态的图片将其显示出来。

综上所述，目前，在西方发达国家，CFD技术已经达到了一个非常成熟的阶段，而且该技术在暖通空调制冷工程中的应用已经达到了一个实用化阶段。但我国由于技术还计较落后，因而使得CDF技术等在暖通领域中的一些技术还无法与国际水平接轨。因此，为了充分适应国际化发展，相关人员必须不断努力探索研究，不断完善和改进现有技术，使CFD技术更加广泛地应用于暖通空调制冷工程当中，为建筑行业的健康发展提供技术保障。

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