CFD技術在暖通空調制冷工程中應用

摘要：CFD技術在暖通空調制冷工程中的應用主要是建立模型、數值求解以及將求解數據可視化三步，能夠幫助工作人員充分了解空調內部流體運行情況，從而減輕工作人員工作量，提高工作效率。但是，目前我國CFD技術依然存在一點的缺陷，不能與國際接軌，需要進一步的完善和提高。

關鍵詞：暖通空調；制冷工程；CFD技術；應用

1、暖通空調CFD技術應用基本功能以及基本原則

CFD技術是一種成本較低、速度快以及資料完備的暖通技術，通過實現對整體設計過程中性能的提升，改善空調制冷效果不強問題，從而保障整體空調系統的最優化模式。如下對暖通空調CFD技術應用的基本功能以及基本原則進行詳細介紹：

1.1 暖通空調CFD技術應用基本功能。

對于CFD技術而言，在暖通空調制冷過程中不僅可以預測流體流動性質，還能夠實現整體傳質、傳熱、相變等功能，有效地改善了相關結構的壓力和變形，對于暖通空調制冷系統的優化有著非常重要的作用。一般對于暖通空調制冷中包括前端處理、計算和結果數據生成以及后臺相關處理三個功能模塊，通過這幾個模塊的相互協調從而實現暖通空調制冷系統的高效性和穩定性。

1.2 CFD軟件基本原則

在暖通空調制冷系統中應用CFD技術時，由于前端處理通常要生成計算模型所必需的數據，一般在這個環節上要進行建模、數據錄入以及網格的生成。同時核心運算器還要對模塊任務進行相應的解析分解，最終形成結果數據以供后臺進行相應的數據組織和詮釋，在以直觀的形式生成方便使用。因為在應用CFD技術時基本要考慮的原則就是模塊、參量、周期。

2、CFD技術在暖通空調制冷工程中實際應用

2.1 建立模型

CFD技術之所以被廣泛應用于暖通空調制冷工程中主要是由于該技術將計算機模擬計算原理與空調制冷工程有機結合起來，從而優化工作模式，節省工程時間，提高工作效率的一種高效技術模式。CFD技術本質就是模擬仿真技術，也是計算機3D模型的應用。因此，在CFD技術中首先就需要建立相關的模型，其中主要包括物理模型和數學模型。建立模型的過程就是將暖通空調制冷工程所需的流體工作部分通過數學運算的方式直觀明了的表達出來，從而讓工作人員更快了解暖通空調制冷工程中流體工作運行情況和原理。在實際運用過程中，工作人員往往更傾向于使用控制微方程。同時，由于湍流流動暖通空調制冷工程中流體的主要流動方式，因此，CFD技術用也應該選用適當的湍流模型對實際情況進行仿真模擬，從而提高模型的真實度。

2.2 數值求解

建立相關模型后，下一步就是對數值進行求解。首先，為了保證方程有解，工作人員應該明確暖通空調制冷工程的邊界及初始條件。所謂邊界條件，就是指臨界于滿足和不滿足方程有解的變量或者變化規律。所謂初始條件就是指研究對象初始狀態下的空間分布情況。只用充分了解這兩點，工作人員才能運用公式解出相關方程。了解邊界及初始條件后，下一步就是合理劃分計算機網格。計算機網格時CFD技術中較為關鍵的部分，也是CFD技術的重點和難點，目前計算機網格主要包括結構網格和非結構網格兩種。在實際運用過程中，需要根據實際情況進行選擇。建立網格后，最后一步就是對離散方程進行求解。工作人員根據已知條件，求解離散方程，從而得出相關數據。

2.3 數值解的可視化處理

完成前兩步工作后，CFD技術還需要將求解的數值進行可視化處理，才能體現CFD技術的模擬仿真性，從而發揮出CFD技術的效用。由于求解的數值往往以節點數值的方式存在，工作人員的工作難度大大增加，因此，很難對數值進行可視化處理。因此，工作人員應該充分利用CFD技術，將運算后的數據通過靜態圖片的方式展現出來，從而實現數值解的可視化，讓工作人員能夠充分了解暖通空調制冷工程流體運轉情況，從而提高工作效率。

3、我國暖通空調制冷行業開展CFD研究的發展方向

自70年代末80年代初起，即已有一些高校、研究機構開始CFD技術的應用研究，20年來已取得許多重要的成就，研究的范圍從以室內空氣分布以及建筑物內煙氣流動規律的模擬為主，逐漸擴展到室外及建筑小區繞流乃至大氣擴散問題，并已形成一些可以解決實際問題的軟件。但從總體上看，我們與國外先進水平是有較大差距的。前面已經談到， CFD 的軟件一般應包括3 部分， 即前處理、求解（ 核心） 部分及后處理（ 科學計算可視化） 部分。從軟件工程的角度來看， 求解（ 核心計算） 的部分與國外先進水平差距不大， 主要差距表現在前處理即幾何造型與網格生成技術、后處理即科學計算可視化部分。所以， 從總體上看， 我國暖通空調制冷行業中開展CFD 方面研究尚有大量工作要做， 主要表現在以下幾個方面：

3.1繼續加強算法理論方面的基礎研究；

3.2研究網格自動生成技術；

3.3研究科學計算可視化技術；

3.4用CFD 技術開展本行業中的應用研究。CFD 技術在CAE 工程中已表現出巨大的優勢， 將與CAD 及CAM 乃至AI 技術有效地結合在一起并將顯示其強大的生命力。

結語

在現階段CFD已經在暖通空調領域上進行應用，但是在全世界范圍內，日本和歐洲等國家的相關技術走在世界的前列，并且現階段的日本已經將CFD技術全面的應用到暖通行業的實用當中，并且國外CFD不僅基礎成果豐富，而且其軟件業比較成熟。我國從20世紀80年代開始將CFD與暖通領域進行結合應用，現在已經有了相當的成果和實際應用。但是從全面上來說，要將其全面的加入到暖通工程領域中還需要很長的一段時間發展，所以我們要大力發展我們的科技水平以使其在暖通領域做出更大的貢獻。

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