CFD技术在暖通空调制冷工程中的应用

摘 要：CDF技术最早诞生于美国，早在二十世纪八十年代，美国就已经通过CFD模拟来完成了室内空气流动的过程，并且针对其结果进行一定程度上的分析，室内空气流动就此进入了人们的视线，后来美国也已经成立了相关机构来专门采用CFD方式来对室内空气流动进行预测，并且已经对空气流动的方法进行了一些解释。但实际上在这个过程中，CFD技术的本质其实就是将计算机技术和数值技术加以结合，总体上来说，其是一种虚拟技术，采用有效手段来针对流体流动情况进行计算和预测。关键词：CFD技术；应用范围；暖通空调我国将CFD技术和暖通领域加以结合开始也较早，经过一段时间的发展，现在也已经得到了一定的应用效果，虽然如此，但在当前的世界范围内，CFD技术走在前列的国家则以美日欧为主，基础技术已经有了较为丰富的结果，并且软件行业也具有了一定的成熟性，但是总体上来说，如果想要其与暖通技术完成融合应该还需要较长时间。CFD就是通过计算机来计算流力动力，并且采用图像来将其现实出来。这项技术可以作为流体方程来模拟计算整个控制参数，并通过热和动量传递来针对燃烧等反应进行研究。1 关于CFD技术的功能以及其原则CFD技术实质上是一种成本较为低廉、速度较为快捷同时技术资料完备水平较高的暖通技术，其主要可以实现性能的提升，来让空调制冷的效果得到有效改善，这样才能让空调系统得到不断优化。1.1 CFD技术的功能简介其实针对CFD技术来说，将其应用在暖通空调当中，不仅可以针对流体流动性质进行一定预测，还能探讨其整体传质、传热以及相变方面的功能。正常来说，其对于空调制冷包括以下几个模块，分别是前端处理、计算结果以及后台的处理，通过这几个模块的配就能实现整个空调制冷性能的稳定。1.2 CFD软件原则简介正常来说，在CFD软件应用的过程中，正常来说首先需要在前端处理生成一个必备的数据来计算模型，正常来说，在这个环节涉及到的内容有建模和数据录入，最终才能生成一个网络。其后，核心计算机还需要分解模块的任务，形成一个结果数据，这样才能在后台进行数据的组织，生成一个直观可见的模型。所以这样看来，在CFD的应用过程的当中，其原则就是模块调整、参量调整和周期调整，保证这些内容的准确无误就能不断提高运行效率。如果其整个系统模型化难度较高，在这种情况下，就很难采用CFD分析来进行展示，无法看出其真正的实质和现象，所以需要我们给CFD设计提供足够的可视性，只要给出参量，CFD就能，迅速将结果结给出，这也可以成为继续调节参数的有效依据，这样看来，运用CFD系统本身也是具有很高的经济型的，并且正是由于其开发简单，所以可以节约大量人力，给产品投产和投入市场都创造了很大的便利。2 CFD技术在暖通空调制冷工程中的实际运用CFD技术之所以被越来越广泛应用于暖通空调制冷工程当中，主要原因是因为该技术对数值模拟计算的原理，将该技术合理有效的应用于暖通空调制冷工程当中，有助于相关设计人员快速而高效的完成模拟数值的计算工作，大大节省人力和节约时间。以能量守恒方程、动量守恒方程以及质量守恒方程为例，在实际的计算过程当中，必须严格按照一定的步骤进行，首先需要建立模型，然后再进行数值求解，再对数值解进行可视化处理，最后再对暖通空调制冷的具体应用进行设计，如果数值解的可视化处理通过评估，便可以正式实施或进行投产。2.1 建立模型模型的建立主要包括建立数学模型和物理模型，换而言之，就是通过数学的方式将所要研究的流体问题描述出来，由于暖通领域的流体问题能够充分满足连续性方程的要求，因此，可以运用能量方程和动量方程，通常情况下，人们更加倾向于利用不可压流体的粘性流体流动的控制微方程。同时，在暖通空调制冷工程中，由于其流体流动大多数情况下均属于湍流流动，因此，应该适当运用湍流模型对流体的湍流流动情况进行模拟，只有这样，才能够完整的将所研究的问题描述出来，方便下一步的数值求解。2.2 进行气流数值求解（1）确定边界条件与初始条件。初始条件和边界条件是控制方程有确定解的前提。初始条件是所研究对象在过程开始时刻各个求解变量的空间分布情况。对于瞬态问题必须给定初始条件，对于稳态问题不需要初始条件。边界条件是在求解区域的边界上所求解的变量或其导数随地点和时间的变化规律。（2）划分计算网格。网格分结构网格和非结构网格。简单说，结构网格在空间上比较规范，如对一个四边形区域，结构网格多是成行成列分布的，而非结构网格在空间分布上没有明显的行线和列线。目前各种CFD软件都有专门的网格生成工具。（3）建立离散方程并求解。离散方程常用的方法有：有限容积法、有限差分法和有限元法等。选择合适的方法，对求解区域进行离散。2.3 数值解的可视化处理虽然前面已经通过运用CFD模拟技术计算出了空间流体的数值，但是，最终我们所得到的数值结果是以节点数值的形式存在的，因而大大增加了相关人员的工作难度，使得工作人员难以观察结果数据，无法对结果数据进行有效地分析。从目前的实际情况来看，各种CFD软件均出现了对CFD计算结果的后处理工序，通过CFD数据后处理之后所得到的数据便可以通过静态的图片将其显示出来。3 关于CFD技术在空调制冷领域的应用前景计算机技术数值模拟技术目前还在不断发展的阶段，目前在很多高大空间气流研究以及置换通风环境研究都已经在广泛应用CFD技术了，并且在洁净房间的气流和污染排除等方面，CFD技术也有着相当广阔的前景，并且很多建筑而机构的排烟方案创造了有利条件。所以可以认为，在未来一段时间内，CFD技术的发展趋势表现在两个方面，首先我们会不断简化现有的CFD操作步骤，在多种计算机当中的应用适性还会不断加强，并且能够有效计算空间流体等方面的問题，对于相关试验和分析提供更多有效依据，同时也可以有效捕捉空间管道封口的流体变化，不断提高分析的准确性，针对室内流体情况进行模拟。所以这样看来，其适用范围还会不断继续扩大。4 结束语针对当前阶段我国的CFD技术进行总结，和世界先进水平相比，我国仍然在以下几个方面存在不足：首先是几何造型以及网络生成，其次可视化部分。现在我国还处于社会主义建设的初期阶段，很多科学技术与其他国家相比仍然还处于弱势，包括核心技术在内，很多技术都较为落后，为了能够推动我国暖通事业的发展，就需要我们针对这些技术进行推动，保证我国技术水平能够得到有效提高。本文针对CFD技术在暖通制冷当中的应用进行简要探讨，希望可以给相关工作的开展提供一些参考。参考文献[1]宋晓雷.CFD技术在暖通空调制冷工程中的应用分析[J].工程技术：引文版，2017（2）：00308-00308.[2]文超.CFD技术在暖通空调制冷工程中的实际运用[J].装饰装修天地，2016（6）.[3]蒋运鹏.CFD技术在暖通空调制冷工程中的实际运用[J].企业导报，2015（14）：52-52.[4]徐晓梅.CFD模拟技术在暖通空调系统中的实际应用[J].科学与信息化，2017（9）.作者简介：胡阳，身份证号：230281199002143711。