浅谈CFD技术在暖通空调制冷工程中的应用

　　摘要：CFD技术在较大程度上可提高暖通的制冷效果,具有成本低、资料完备等优势,在市政暖通工程的建设过程中具有较大的应用效果,对我国市政暖通工程质量的提升提供助力,以此为市政暖通工程未来的发展奠定良好的基础。对CFD技术进行有效分析,从概念中对CFD技术进行初步的了解,再对CFD技术应用原则进行探讨,然后对CFD技术在市政暖通工程应用中的技术特点实施深入分析,着重分析了CFD技术在暖通空调制冷工程中的具体应用。

　　关键词：CFD技术; 市政暖通工程; 模型建立;

　　Application of CFD Technology in Municipal HVAC Engineering

　　Li Fa-cai

　　Abstract：CFD technology can effectively remedy this defect,and to a large extent can improve the refrigeration effect of HVAC.It has the advantages of low cost and complete data.It has great application effect in the construction process of Mayor's HVAC project,and provides a boost to the improvement of the quality of municipal HVAC project in China,so as to lay a good foundation for the future development of municipal HVAC project.Firstly,the CFD technology is analyzed effectively,and then the application principle of CFD technology is discussed.Then,the technical characteristics of CFD technology in municipal HVAC engineering application are deeply analyzed.Finally,the concrete application of CFD technology in HVAC refrigeration engineering is emphatically analyzed.

　　CFD技术主要应用到我国市政暖通工程建设中,是一种现代化的新型暖通技术,CFD能通过模拟技术,对室内外的空气流动情况实施预测,以此最大程度上制订最佳方案。因CFD技术在应用的过程中具有成本低,速度快等优势,能在较大程度上提高设计性能,并且可有效提升制冷效果,在我国市政暖通工程建设的过程中应用相对较为广泛。

　　1 CFD技术概述

　　CFD技术也称之为计算流体动力学,实质上是一种的数学模型,其中模型的构建是建立在计算机技术基础之上,此种技术具有运行成本低、资料完备等优点。CFD技术的主要通过数值求解方法有效控制流体流动微分方程,从而获得流体流动过程中一些连续区域中的离散分布情况,实现流体流动情况的模拟。

　　我国目前对CFD技术的研究较为重视,主要对多相流反应、燃烧以及传热等方面内容进行详细研究,同时在不同工程领域中有较为广泛的应用,如热能动力已经航天领域等,其中CFD技术在暖通工程中应用最为广泛,可对暖通空调制冷系统实施有效优化,以此确保暖通空调系统确保稳定的运行状态。

　　2 CFD技术的应用原则

　　2.1 CFD技术基本功能

　　CFD技术在应用的过程中,能发挥其多种功能,主要表现在以下方面。

　　2.1.1 预测功能

　　在对市政暖通空调制冷的过程中,一般情况下需要通过CFD技术,主要是对内部流体流动性质实施有效预测。

　　2.1.2 整体传热、形变功能

　　在CFD技术应用的过程中,能对一些结构中的变形与压力实施有效的改善,以此达到对暖通空调制冷系统优化的目的,效果显着。

　　2.1.3 协调功能

　　CFD技术在暖通工程的应用过程中,协调功能扮演着较为重要的角色,在暖通空调制冷期间,能使前端处理、计算及结果数据生成等模块相互协调,这在较大程度上能有效提升暖通工程运行过程中的稳定性,并且在此基础上还具有高效性。

　　2.2 三点原则

　　市政暖通工程在建设的过程中,CFD技术有较好的应用,首先需要构建有效的模型以及生成网络,这在较大程度上是该技术应用的首要原则,还需要对模型任务实施有效的解析,最后形成结果数据。

　　此外,CFD技术在市政暖通工程中的应用过程中,需要遵循以上几个原则,只有这样才能有效发挥其效率,提高暖通运行效果。在模型建立而言,模型的构建需要的数据在前端处理过程中形成,所以需要通过进行模型的构建,才能将相关数据实施有效录入,以此进行网络的生成,然后再由计算机对其核心运算器实施有效的解析,最后将数据提供给后台。

　　3 CFD技术在市政暖通工程应用中的技术特点

　　3.1 数学物理模型

　　数学物理模型主要是对流体问题采用数学的方式进行有效描述。在本文的研究中,主要是对流体进行研究,一般情况下是不可压粘性流体,在模型建立过程中主要是对微分方程实施有效控制,主要有连续性方程、动量方程以及能量方程。

　　此外,因该领域中流体形式主要是湍流,所以应构建湍流模型,并与此有效结合,以此对相关问题实施有效描述,从而对数值求解。

　　3.2 数值方法

　　数值方法之间具有一定的区别,其中主要区别在于控制方程离散方式以及求解区域的不同,在对流体力学数值方法的运用过程中,离散方式在应用过程中相对较为广泛,主要有有限元法、有限差分法以及边界元法等。

　　一般情况下,对于不可压及低速流动问题,需要采用有限体积方法对其进行有效的离散,其中该方法主要是使用物理观点离散,不同有限体积中物理量守恒方程形成了一定的离散方程,在该方程中,方程系统具有一定的代表意义。离散后,微分方程被代数方程所代替,并在此基础上采用有效的计算方法实施全面计算并求解,这在较大程度上能得到有效的离散流场分布。

　　3.3 结果可视

　　根据计算机图形学技术对CFD模拟流场结果的可视化呈现,其中模拟流场主要是温度场、速度场以及浓度场等,再直观地呈现CFD的分析结果,这在较大程度上能较好起到有效的显示效果。

　　4 CFD技术在市政暖通工程中的应用过程

　　4.1 问题分析与前处理

　　在对问题进行分析与处理的过程中,需要对模拟目标实施定义,并对适当简化物理问题,以此采取有效的模拟方法。在对模拟目标进行定义的过程中,需要清晰地回答结果的形式,并且明确结果的用处以及精度,确定模拟计算域范围实施。还需要对一个重要的问题从系统中分离开来,并且确定计算域的位置,并在此基础上深入分析边界条件信息,还需要分析问题,同时将其转化为二维问题。还应根据几何的流动特点以及复杂程度对网格单元类型进行实时性的选择,若几何相对较为简单,六面体网格与四边形网格质量与其他网格相比质量相对较高,并且具有较少的单元数量。

　　4.2 解算器执行

　　在此过程中需要对数值模型实施有效的设置,其中主要包括物理模型,如燃烧以及湍流等;材料属性的定义,如固体、流体等;制订的工作条件;制订便捷条件等,再对解的过程进行有效的计算域监控,以此最大程度上保证离散守恒型方程值迭代过程收敛,在解的过程中还需要确保其精确度,这就需要对收敛解的精度实施有效的判断。

　　4.3 后处理

　　若计算收敛之后,应对计算结果实施有效的检查,并在此基础上对有效数据进行提取。一般情况下,在读数据方式进行提取的过程中,应提取有用的数据方式,主要有曲线、彩色图以及物理量数据报告。再对结果进行有效的分析,并且在此基础上对模型修正方案实施分析,这在较大程度上能获得更为理想的计算结果。

　　5 CFD技术在暖通空调制冷工程中的具体应用

　　5.1 物理及数学模型的构建

　　CFD模型的建立对CFD技术实施尤为重要,其中该模型一般情况下有物理模型与数学模型,数学模型的构建主要是通过数学的形式对流动问题进行实时性描述,通过暖通领域中的流体问题进行方程式的选择,一般选择动量以及能量方程式对其实施计算,在目前不可压流体的粘性流体流动的控制中,微分方程使用频率相对较高,因暖通领域流动一般为湍流,所以还应与湍流模型进行有效结合,从而对流体进行有效模拟,只有这样才能采用更加完整的描述对问题实施有效研究,并在此基础上更加直观清晰。

　　5.2 数值算法求解

　　在对数值进行求解的过程中,需要进行数学模型的构建,由于该模型所采用的不可压流体的粘性流体流动的控制微分昂恒非线性特征较为明显,为此需要通过以下几个步骤对其进行有效的求解。

　　(1)初始条件以及边界条件的确定。初始条件与边界条件的有效确定是方程游街的重要基础,其中边界条件主要是指在求解区域边界中,求解变量与导数会在一定程度上根据时间与地点的变化;初始条件主要是指研究对象在开始的过程中,不同求解变量的空间分布情况。所以,能通过两者定义对求解过程中出现的稳态问题,忽略初始条件,但是若出现瞬态问题,需要具备一定的初始条件,只有这样才能有效保证方程式进行计算。

　　(2)计算机网格的划分。网络主要分为两个部分,结构网络与非结构网络,其中结构网络具有较为规范的空间结构,非结构网络在空间分布中不具备列线与行线,在应用CFD技术的过程中,相关技术人员能通过一定的工具有效生成不同网格结构。

　　(3)离散方程式的建立与求解。CFD技术在市政暖通工程的应用过程中,相关技术人员在对方程离散的过程中,一般会通过有限溶剂方法以及有限元法,此种方法在暖通工程建设中应用较为广泛,并且具有较好的效果。如在对暖通领域中传热问题进行分析的过程中,可采用有限容积方法对其实施求解,主要是因此种方法具有较好的物理意义,并且在此基础上满足质量守恒规律,因此在选择方法时,能根据方法的自身特点进行合理的选择,以此进行有效离散。

　　5.3 结果可视化处理方法

　　离散方程在求解的过程中,能通过CDF模拟技术来完成,并且在此基础上能对空间流体数值实施有效计算,但该数值的呈现方式主要是节点数值,这在较大程度上能降低相关技术人员对其的理解能力,同时在此基础上很难对其进行直观观察,大幅增加了工作人员的工作难度,对工作质量的有效提升产生一定的影响,因此无法对得到的计算结果实施有效的分析。这就需要通过CFD技术来完成,在采用该技术的过程中,需要通过相关软件对计算结果实施有效的可视化处理。

　　如计算机图形软件能对数据进行有效的处理,处理后能以静态图像的形式呈现,这在较大程度上能提高相关技术人员对其的理解能力,同时在此基础上方便对其进行直观观察,大幅降低了工作人员的工作难度。暖通空调在制冷的工程中,根据CFD技术与软件能对一些空间流体问题进行全面的计算,并且计算相对较为准确,这在较大程度上为提高分析的准确性奠定坚实的基础,还能对室内空气流动进行有效的模拟,以此促进暖通空调的整体性能的提高,最大程度上改善制冷效果实施。

　　6 结束语

　　综上所述,由于我国CFD技术的发展相对较晚,一些发达国家在对该技术的应用过程中较为成熟,并且在暖通工程中的应用过程中已进入到了实用化阶段,这在较大程度上对我国市政暖通工程质量的提升提供了良好的参考。因我国CFD技术的发展相对落后,在市政暖通工程的应用中不能与其他国家相比,但是能大幅改善我国传统应用技术,较大程度提高我国市政暖通工程质量,同时为我国建筑行业未来的发展奠定良好的基础。

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