浅谈 CFD技术在暖通工程应用

摘要：CFD（Computational Fluid Dynamics，即计算流体动力学简称CFD）是目前国际上一个强有力的研究领域。暖通空调制冷行业是CFD技术应用的重要领域之一。我国暖通空调制冷行业已有不少专家对CFD的应用研究开展了大量的工作，并取得了许多重要成果。

    关键词：CFD 空调制冷

    1、简介

 

    CFD（Computational Fluid Dynamics，即计算流体动力学简称CFD）是目前国际上一个强有力的研究领域。暖通空调制冷行业是CFD技术应用的重要领域之一。我国暖通空调制冷行业已有不少专家对CFD的应用研究开展了大量的工作，并取得了许多重要成果，主要表现在以下方面：

 

   （1）通风空调设计方案优化及预测，如长沙世界之窗中心剧场（大剧院）空调设计方案的数值预测（仿真）、高大空间气流组织、置换通风方式的数值模拟、洁净室气流分布的数值模拟等；

 

   （2）传热传质设备的CFD分析，如各种换热器、冷却塔的CFD分析。

 

   （3）射流技术的CFD分析，如空调送风的各种末端设备等；

 

   （4）冷库库房及制冷设备的CFD分析；

 

   （5）流体机械及流体元件，如泵、风机等旋转机械内流动的CFD分析，各种阀门的CFD分析等；

 

   （6）空气品质及建筑热环境的CFD方法评价、预测；

 

   （7）建筑火灾烟气流动及防排烟系统的CFD分析；

 

   （8）锅炉燃烧（油、气、煤）规律的CFD分析；

 

   （9）通风除尘领域，如工业通风系统，各种送排风罩的CFD分析，静电除尘器、旋风除尘器、重力沉降室内气粒分离过程的CFD分析；

 

   （10）城市风（或建筑小区微气候）与建筑物及室内空气品质的相互影响过程的CFD分析；

 

   （11）管网水力计算的数值方法。

 

    2、用CFD方法解决工程设计及产品开发等问题的一般步骤

 

    在暖通空调制冷工程设计与产品开发及其它行业中，一般只能依靠经验和试验及简单的进论分析来完成工程设计产品开发工作。
 
    计算流体力学即CFD的应用则改变了传统的设计过程，由于CFD软件可以相对准确地给出流体流动的细节，因而不仅可以准确预测流体产品的整体性能，而且很容易从对流场的分析中发现产品或工程设计中的问题。
 
    而现代设计过程中，“试验样本”这一环节中的大量工作已通过CFD工作完成，即通过CFD工作形成大量的“虚拟试验样本”即可检验CFD方法的可靠性、正确性，故现代设计过程之工作量大为减少。

 

    方案的筛选是以科学性的分析为基础，因而比较容易保证设计成功和产品质量的稳定，而且它将传统设计的大循环过程转变为方案设计带有预测性质的校验循环（验证循环），当设计已基本达到设计要求时再转入通常的详细设计，大大减少了设计过程的中间环节。

 

    CFD技术的大量应用能显著缩短设计周期，降低费用。

 

    3、CFD软件的一般结构

 

    CFD软件的一般结构可分为前处理、求解器及后处理等三大模块，各有其独特的作用。

 4、我国暖通空调制冷行业开展CFD研究的发展方向

 

    自70年代末80年代初起，即已有一些高校、研究机构开始CFD技术的应用研究，20年来已取得许多重要的成就，研究的范围从以室内空气分布以及建筑物内烟气流动规律的模拟主为，逐渐扩展到室外及建筑小区绕流乃至大气扩散问题，并已形成一些可以解决实际问题的软件。

 

    从软件工程的角度来看，求解（核心计算）的部分与国外先进水平差距不大，主要差距表现在前处理即几何造型与网格生成技术、后处理即科学计算可视化部分。开展CFD方面的研究尚有大量工作要做，表现为：（1）继续加强算法理信纸方面的基础研究；（2）研究网络自动生成技术；（3）研究科学计算可视化技术；（4）用CFD技术开展本行业中的应用研究。