CFD技術在暖通工程中的應用分析

胡明輝

摘要：目前，暖通工程在建筑行業中得到了廣泛應用，為改善人們室內環境發揮著非常重要的作用，而CFD技術則是利用流體力學+熱學+數值分析+計算機科學等對室內氣流進行模擬，然后對暖通設計方案進行優化，對此本文將進行簡要的分析。

關鍵詞：CFD技術;暖通;應用

當前暖通系統成為人們工程與生活中必不可少的重要設施，但同時也增加了能源的消耗，因此許多研究學者一直在不斷的探尋一種既能有效控制暖通系統，又能有效降低能源消耗的一種方法，在這過程中CFD技術得到了廣泛的應用，并發揮了非常重要的作用。

一、CFD技術概述

計算流體動力學簡稱為CFD，其最早始于1933年由英國人計算得出，隨后經過幾十年的發展進步，于1974年被引用于調節計算空調系統中。同時伴隨著全世界都在提倡低碳環保，綠色生活的理念，很多國家都投入到了研究CFD應用于暖通空調系統的大軍中來。

1. CFD技術的優點

在應用CFD技術的過程中，該技術表現出來諸多的優點：

（1）投入的資金少;

（2）簡易的模擬設備;

（3）可以快速完成的計算出所需要的資料內容;

（4）不論使用暖通空調系統的空間大小，都可以有效的進行應用。

由于其具備這些特點，而其他的計算模型都是不可能同時具備這些優點的。所以不論是發達國家還是發展中國家都在全力研究CFD。因為其不但可以有效計算模擬空調系統空間，同時它對于土木工程、水利工程、環境保護系統、航天航空等方面都是得到廣泛應用的。

2.CFD技術的特點

由于CFD目前在暖通空調系統中已經得到廣泛應用，其應用特點主要體現于以下幾個方面：

2.1現在的不論是居住還是辦公的建筑物都是比較大的，所以對于三維流動的數值要求也是非常巨大，但是通過應用CFD原件來計算模擬此數值的話，其可以通過高速的收斂方法來計算此模擬數值。通過有效結合各種方法進行收斂，這樣不但可以在短時間內計算出數值，同時還避免了單個計算機存儲空間不足的問題。

2.2CFD軟件應用的基準是數字模型，同時有效的結合其他各類數學方程組織以及各類應用的模型。同時根據需要應用CFD軟件的建筑物實際情況來計算應用，同時還需選擇物理方法和化學反應方法來結合不同相流的模型。同時在實際計算莞城中，我們還需要結合數學的體積計算方法以及各類元素的情況進行應用計算。

2.3CFD軟件可以應用于各類專用的模塊當中，可以根據建筑物的不用需有來使用不同的模塊，通過選用適當的模塊進行應用，這樣就可以有效避免一些繁雜的情況，同時也節省了時間，提高了精確度。除此之外，現在我們可以有效的兼容CFD的應用軟件和CFD軟件，這樣在計算過程中對于各類結果分析確認，都可以有準確的輔助模板進行幫助。

二、暖通系統應用CFD技術的現狀

現在的建筑物中普遍都已經使用了暖通空調系統，但是所處于建筑物中的人們卻越來越反應出各種空調疾病，同時暖通系統的能源損耗占建筑物的整體損耗一半左右，所以如何控制暖通系統的節能情況和提高空調間的空氣質量成了研究的主要方向。因為CFD具備很全面的優點，同時很多國家都在爭先恐后的研究其在各個領域方面的應用情況。但是CFD應用于暖通空調系統已經有四十年左右的時間，同時對于暖通空調系統有了良好的改善作用，不但可以改變現在建筑物中對于空調系統的設計規劃，同時還增加空調的制冷效果。

1.在空調制冷方面的作用

CFD技術最明顯的改善了暖通空調的制冷效果，大大提高制冷的速率和質量問題。為了保證暖通空調系統制冷的快速性和持久性，其通過以下幾個流程進行：①對于整個暖通空調系統的通熱、同等的改變功、質變全部保證同時改變;②對于空氣流動改變的情況，可以準確預估;③由于現在的建筑物都比較大，那么暖通空調系統所需要控制的范圍也比較廣，而應用CFD可以有效減小其控制壓力等一系列情況。CFD除了通過上述三個方面來改善暖通空調系統的制冷情況以外，還通過對模塊進行數據的分析和計算，以及相對應的處理，以保證暖通空調系統的制冷效果達到最佳。

2.擬建CFD模型

在暖通空調系統中應用CFD技術時候，我們需要對于建筑物中的相關數據資料進行提前的收集、備份這樣方便處理前端問題，同時擬建對應的模型和網格。為了方便后臺能夠更好的分析處理相關的數據等情況，需要對擬建的模型進行細分主要通過核心的計算機進行處理。同時在應用CFD技術時還需要考慮到三個元素的情況即對照物、時間變化、模塊。①因為CFD技術所具備的優點比較全面，對于復雜的情況，它都可以全面的進行分析;②通過擬建模型。采用立體的效果，這樣可以讓使用者可以更加直觀全面的進行了解體驗;③不論需要計算的數據資料是多么的繁雜，CFD技術都可以依靠其計算實力，可以在最短的時間內進行處理;④因為CFD技術已經發展了很久，相對而言，其比較完善，這樣在開發的時候有很多的資料進行參照，所以可以有效的節約開發的費用和投入的人力，開發的時間也是比較簡短的。

3.提高室內空氣質量

CFD技術除了改善了暖通系統的制冷問題以外，對于暖通空調系統建筑物內的空氣質量也是有所提高的，其通過模擬計算建筑物外部的環境情況，同時結合建筑物周圍的風的流動的情況，可整體改善暖通空調系統的空氣流通情況，同時還保證了制冷的質量。除此之外，CFD技術通過對于室內環境進行全方位的研究，每個角落的氣體流動情況、室內的干濕度、有害物質的比例等情況進行分析，從而高效的改善空調間的空氣質量。

三、未來的發展情況

目前我國已經相繼的研究出兩款軟件來應用CFD技術，但是這兩款軟件不能夠完全兼容CFD技術的全部優點，目前只是取長補短的階段。其中一款為CFX，此款軟件相對而言所具備的的優點以及發展的前景比較光明。目前我國研究此技術的水平同國際水準還是差一大截。所以我們要參照發達國家的發展情況同時將CFD技術有效的結合各種計算方法進行應用。目前CFD技術在日本暖通行業的應用已經達到實用化階段。我國現有成果大部分屬于運用專用軟件進行某個算例的分析。從總體上說，真正把CFD技術與實際工程的暖通設計結合的案例還很少，在我國暖通行業中開展CFD方面研究尚有大量工作要做，主要表現在以下幾個方面：繼續加強算法理論方面的基礎研究;研究網格自動生成技術;研究科學計算可視化技術;用CFD技術開展本行業中的應用研究。

四、結束語

在暖通系統中有效的應用CFD技術，可以改善很多的問題，同時還節省了能源損耗和改善了控制質量等問題。我們根據我國自身的特點，同時結合CFD技術的優點不斷的進行開發，這樣才可以為暖通空調系統以及其他各個領域做出貢獻。

參考文獻：

[1]鄭備阢.CFD技術在暖通空調制冷工程中的應用[J].城市建設理論研究，2013（11）：42.

[2]潘冬玲.CFD模擬技術在暖通工程的應用[J].廣西輕工業，2009（8）：111.

[3]宋木瀾.暖通空調節能相關問題分析[J].建筑工程技術與設計，2013（3）.