CFD技術在暖通空調(diào)制冷工程中的應用

摘 要：CDF技術最早誕生于美國，早在二十世紀八十年代，美國就已經(jīng)通過CFD模擬來完成了室內(nèi)空氣流動的過程，并且針對其結(jié)果進行一定程度上的分析，室內(nèi)空氣流動就此進入了人們的視線，后來美國也已經(jīng)成立了相關機構(gòu)來專門采用CFD方式來對室內(nèi)空氣流動進行預測，并且已經(jīng)對空氣流動的方法進行了一些解釋。但實際上在這個過程中，CFD技術的本質(zhì)其實就是將計算機技術和數(shù)值技術加以結(jié)合，總體上來說，其是一種虛擬技術，采用有效手段來針對流體流動情況進行計算和預測。關鍵詞：CFD技術；應用范圍；暖通空調(diào)我國將CFD技術和暖通領域加以結(jié)合開始也較早，經(jīng)過一段時間的發(fā)展，現(xiàn)在也已經(jīng)得到了一定的應用效果，雖然如此，但在當前的世界范圍內(nèi)，CFD技術走在前列的國家則以美日歐為主，基礎技術已經(jīng)有了較為豐富的結(jié)果，并且軟件行業(yè)也具有了一定的成熟性，但是總體上來說，如果想要其與暖通技術完成融合應該還需要較長時間。CFD就是通過計算機來計算流力動力，并且采用圖像來將其現(xiàn)實出來。這項技術可以作為流體方程來模擬計算整個控制參數(shù)，并通過熱和動量傳遞來針對燃燒等反應進行研究。1 關于CFD技術的功能以及其原則CFD技術實質(zhì)上是一種成本較為低廉、速度較為快捷同時技術資料完備水平較高的暖通技術，其主要可以實現(xiàn)性能的提升，來讓空調(diào)制冷的效果得到有效改善，這樣才能讓空調(diào)系統(tǒng)得到不斷優(yōu)化。1.1 CFD技術的功能簡介其實針對CFD技術來說，將其應用在暖通空調(diào)當中，不僅可以針對流體流動性質(zhì)進行一定預測，還能探討其整體傳質(zhì)、傳熱以及相變方面的功能。正常來說，其對于空調(diào)制冷包括以下幾個模塊，分別是前端處理、計算結(jié)果以及后臺的處理，通過這幾個模塊的配就能實現(xiàn)整個空調(diào)制冷性能的穩(wěn)定。1.2 CFD軟件原則簡介正常來說，在CFD軟件應用的過程中，正常來說首先需要在前端處理生成一個必備的數(shù)據(jù)來計算模型，正常來說，在這個環(huán)節(jié)涉及到的內(nèi)容有建模和數(shù)據(jù)錄入，最終才能生成一個網(wǎng)絡。其后，核心計算機還需要分解模塊的任務，形成一個結(jié)果數(shù)據(jù)，這樣才能在后臺進行數(shù)據(jù)的組織，生成一個直觀可見的模型。所以這樣看來，在CFD的應用過程的當中，其原則就是模塊調(diào)整、參量調(diào)整和周期調(diào)整，保證這些內(nèi)容的準確無誤就能不斷提高運行效率。如果其整個系統(tǒng)模型化難度較高，在這種情況下，就很難采用CFD分析來進行展示，無法看出其真正的實質(zhì)和現(xiàn)象，所以需要我們給CFD設計提供足夠的可視性，只要給出參量，CFD就能，迅速將結(jié)果結(jié)給出，這也可以成為繼續(xù)調(diào)節(jié)參數(shù)的有效依據(jù)，這樣看來，運用CFD系統(tǒng)本身也是具有很高的經(jīng)濟型的，并且正是由于其開發(fā)簡單，所以可以節(jié)約大量人力，給產(chǎn)品投產(chǎn)和投入市場都創(chuàng)造了很大的便利。2 CFD技術在暖通空調(diào)制冷工程中的實際運用CFD技術之所以被越來越廣泛應用于暖通空調(diào)制冷工程當中，主要原因是因為該技術對數(shù)值模擬計算的原理，將該技術合理有效的應用于暖通空調(diào)制冷工程當中，有助于相關設計人員快速而高效的完成模擬數(shù)值的計算工作，大大節(jié)省人力和節(jié)約時間。以能量守恒方程、動量守恒方程以及質(zhì)量守恒方程為例，在實際的計算過程當中，必須嚴格按照一定的步驟進行，首先需要建立模型，然后再進行數(shù)值求解，再對數(shù)值解進行可視化處理，最后再對暖通空調(diào)制冷的具體應用進行設計，如果數(shù)值解的可視化處理通過評估，便可以正式實施或進行投產(chǎn)。2.1 建立模型模型的建立主要包括建立數(shù)學模型和物理模型，換而言之，就是通過數(shù)學的方式將所要研究的流體問題描述出來，由于暖通領域的流體問題能夠充分滿足連續(xù)性方程的要求，因此，可以運用能量方程和動量方程，通常情況下，人們更加傾向于利用不可壓流體的粘性流體流動的控制微方程。同時，在暖通空調(diào)制冷工程中，由于其流體流動大多數(shù)情況下均屬于湍流流動，因此，應該適當運用湍流模型對流體的湍流流動情況進行模擬，只有這樣，才能夠完整的將所研究的問題描述出來，方便下一步的數(shù)值求解。2.2 進行氣流數(shù)值求解（1）確定邊界條件與初始條件。初始條件和邊界條件是控制方程有確定解的前提。初始條件是所研究對象在過程開始時刻各個求解變量的空間分布情況。對于瞬態(tài)問題必須給定初始條件，對于穩(wěn)態(tài)問題不需要初始條件。邊界條件是在求解區(qū)域的邊界上所求解的變量或其導數(shù)隨地點和時間的變化規(guī)律。（2）劃分計算網(wǎng)格。網(wǎng)格分結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。簡單說，結(jié)構(gòu)網(wǎng)格在空間上比較規(guī)范，如對一個四邊形區(qū)域，結(jié)構(gòu)網(wǎng)格多是成行成列分布的，而非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格在空間分布上沒有明顯的行線和列線。目前各種CFD軟件都有專門的網(wǎng)格生成工具。（3）建立離散方程并求解。離散方程常用的方法有：有限容積法、有限差分法和有限元法等。選擇合適的方法，對求解區(qū)域進行離散。2.3 數(shù)值解的可視化處理雖然前面已經(jīng)通過運用CFD模擬技術計算出了空間流體的數(shù)值，但是，最終我們所得到的數(shù)值結(jié)果是以節(jié)點數(shù)值的形式存在的，因而大大增加了相關人員的工作難度，使得工作人員難以觀察結(jié)果數(shù)據(jù)，無法對結(jié)果數(shù)據(jù)進行有效地分析。從目前的實際情況來看，各種CFD軟件均出現(xiàn)了對CFD計算結(jié)果的后處理工序，通過CFD數(shù)據(jù)后處理之后所得到的數(shù)據(jù)便可以通過靜態(tài)的圖片將其顯示出來。3 關于CFD技術在空調(diào)制冷領域的應用前景計算機技術數(shù)值模擬技術目前還在不斷發(fā)展的階段，目前在很多高大空間氣流研究以及置換通風環(huán)境研究都已經(jīng)在廣泛應用CFD技術了，并且在潔凈房間的氣流和污染排除等方面，CFD技術也有著相當廣闊的前景，并且很多建筑而機構(gòu)的排煙方案創(chuàng)造了有利條件。所以可以認為，在未來一段時間內(nèi)，CFD技術的發(fā)展趨勢表現(xiàn)在兩個方面，首先我們會不斷簡化現(xiàn)有的CFD操作步驟，在多種計算機當中的應用適性還會不斷加強，并且能夠有效計算空間流體等方面的問題，對于相關試驗和分析提供更多有效依據(jù)，同時也可以有效捕捉空間管道封口的流體變化，不斷提高分析的準確性，針對室內(nèi)流體情況進行模擬。所以這樣看來，其適用范圍還會不斷繼續(xù)擴大。4 結(jié)束語針對當前階段我國的CFD技術進行總結(jié)，和世界先進水平相比，我國仍然在以下幾個方面存在不足：首先是幾何造型以及網(wǎng)絡生成，其次可視化部分。現(xiàn)在我國還處于社會主義建設的初期階段，很多科學技術與其他國家相比仍然還處于弱勢，包括核心技術在內(nèi)，很多技術都較為落后，為了能夠推動我國暖通事業(yè)的發(fā)展，就需要我們針對這些技術進行推動，保證我國技術水平能夠得到有效提高。本文針對CFD技術在暖通制冷當中的應用進行簡要探討，希望可以給相關工作的開展提供一些參考。參考文獻[1]宋曉雷.CFD技術在暖通空調(diào)制冷工程中的應用分析[J].工程技術：引文版，2017（2）：00308-00308.[2]文超.CFD技術在暖通空調(diào)制冷工程中的實際運用[J].裝飾裝修天地，2016（6）.[3]蔣運鵬.CFD技術在暖通空調(diào)制冷工程中的實際運用[J].企業(yè)導報，2015（14）：52-52.[4]徐曉梅.CFD模擬技術在暖通空調(diào)系統(tǒng)中的實際應用[J].科學與信息化，2017（9）.作者簡介：胡陽，身份證號：230281199002143711。