CFD技术在暖通空调制冷工程中的应用

CFD 技术在暖通空调制冷工程中的应用

高利娟

青岛东方监理有限公司 山东省青岛市 266000

摘要：目前建筑行业发展十分多元化。尤其对暖通发展也有了新的要求。不仅要求暖通空调制冷工程有良好稳定性，还需要响应环保的号召。目前CFD技术应用在暖通空调制冷过程中具有特殊的意义。在暖通空调制冷项目工程设计与施工中，借用新型计算机技术，对原本的制冷方式加以改进，形成更高效的制冷效率。

关键词：CFD技术；暖通空调；气流组织 ；自然通风

引言：在建筑结构中，空调系统能有效的对室内环境进行调节。通过集中供暖、通风等，让室内有良好居住环境。目前城市建筑功能性组成中空调是重要组成部分。随着时代发展，新技术融合在暖通空调设计中显得尤为重要。目前CFD技术逐渐成熟，将其应用在暖通空调设计中，能提升设计科学性，为城市建筑提供良好居住环境。值得一提的是，在空调系统中，CFD技术不可或缺。有助于形成科学的管控工作，让气体的流通最大化，为用户提供舒适的使用环境。暖通空调制冷工程中运用CFD技术能使运行效率得以提升，满足人们使用需求。

一、CFD技术概述

CFD是英文Computational Fluid Dynamics(计算流体动力学)的简称，属于流体力学。其本质是一门数值计算方法直接求解流体运动方程从而发现流体运动规律，在发展过程中，逐渐融合计算机学科，进而诞生的一门技术。CFD可对于室内空气流动模拟分析，可以很好的分析室内的温度、湿度、风速等数据，因此在暖通空调领域得到了很好的发展。简单地说，该方法就是在计算机上虚拟的做实验，依据室内空气流动的物理数学模型，将房间划分为更小的控制体，把控制气体流动的连续的微分方程组分解为非连续的代数方程，然后结合实际的边界条件在计算机上求解。

近些年，CFD技术在其他行业应用程度逐渐加深。虽然流体力学问题一般更为复杂，有非常大的使用限制，很难进行具体问题分析.但是如果采用CFD方法，有效降低成本，对复杂的情况加以模拟。运用CFD软件实现多物理模型优化，包括常流动以及非定常流动等。CFD软件在使用的时候能够进行数值交换，便于数值处理。这对研究人员而言，能够简化计算过程。在研究的过程中，对无效性工作加以规避，从而使工作效率更高，让问题解决方式清晰明了。

CFD技术应用原理简单。在掌握基础之后，只需进行简单求解，利用数值法，对流体进行控制。借此说明，流体在运行过程中所处于的离散情况。而且发电技术能实现对流动情况模拟，有助于建立模型，利用模型实现计算，解决有关问题。

二、暖动空调制冷系统中运用CFD技术的作用以及原则

（一）CFD技术运用作用

在暖通空调使用过程中，利用CFD技术能有效监测流体状态，提升检测效率.调整参数，对暖通空调制冷系统中的热导性加以优化.而且在不断调整流体状态的时候，能够感受到构件所承受的流体压力。因此CFD技术能提升暖通空调系统运行效率，让优化效果更为明显，有着非常强的使用价值。利用CFD技术能对各个调环节加以优化，形成功能性调整，让整体运行更为可靠。

（二）技术的应用原则

CFD技术系统中存在多个功能区。在技术使用过程中，需做好前端处理模块的操作。因为前端处理模块直接关乎着空运行状态。针对信息录入等调整，其科学性与准确性也会影响其他模块，对其他模块产生强烈影响。CFD技术系统中核心模块的功能与计算有关，高效率对数据进行分析。

三、在暖通空调制冷系统中应用CFD技术的方面

（一）构建流体相关模型

在暖通空调制冷系统之中，运用CFD技术能够取得卓有成效的效果。利用微分方程建立模型，在大量的数学研究之中，对空调中的冷循环系统进行运算，通过模型的作用，让工程中应用效果更为明显。通常对于暖通空调领域的流体而言，流体基本流动为不可压缩粘性流体流动的控制微分方程，流体流动为湍流流动，因此要结合湍流模型进行完成的建模，才能对我们关心的温度、湿度、流速等问题有所解决。

（二）数据计算收敛加速技术

在实际的运行过程中，暖通空调系统中的流体状态运行是十分复杂的。这就要求计算使用更为科学的措施，运用收敛技术，避免无效的运算，使得计算效率更高。整个计算，可包含两个方面，第1个是多重网格法，第2个为残差法。这两种方法让流体的运行状态更为简单。不会采用加速收敛法，而会使用到平行计算法。不但可以减少计算的压力，而且可以完善运算时效率。 CFD技术会使用模块方式进行处理，有助于降低网络中计算时间，为空调制冷系统运行创造条件。

四、提升CFD技术在暖通空调中的应用策略

（一）对高大空间空调气体组织流通优化

大空间一般指层高高、容积大的建筑，比如机场、展览馆，体育馆、高铁站等，这类建筑环境空间大，人员密度大、温度梯度大。此外受送风口、送风温度、送风形式影响较大。大送风量导致系统能源浪费且不能保证供暖供冷的效果。鉴于此种情况，我们主要采用CFD技术进行气流与实验相结合。气流数值分析综合考虑周边环境的干扰、初始条件，从而较真实的反应室内气流的分布情况。模拟实验主要针对具体数据验证分析修正。气流数值分析与模拟实验相结合从而达到一种较舒适的气流情况。

利用CFD技术的监测功能，可以为设计人员提供帮助，有助于形成优质的空调结构，整体制冷效果也更为突出。

（二）工业厂房自然通风中CFD的应用

工业厂房层高高，生产环境复杂，目前对于厂房自然通风的计算均采用简化的方法。然而影响自然通风的主要因素有厂房形式、工艺设备布置、设备散热、室外风压、热压等因素。室外室外因素均对厂房的自然气流产生影响。

对于室外环境，CFD技术主要考虑了室外环境风型的模拟，室外风压风速的作用，定量的解答通风风量问题，从而选择更优的建筑布局，在保证室内通风效果的前提下，减少冬季的冷风渗透及夏季的冷风溢出。

室内空气品质不仅影响工人的健康，还关系到能否安全生产的问题。合理的应用自然通风不仅可以保证室内空气品质，还可以减少设备的投入。采用CFD技术可以根据室内房间布局及通风舒适性进行模拟，从而通过改良外窗、大小、窗高等来满足人们对于舒适性方面的要求，还可以更大程度的减少能耗。

自然通风作为工业厂房建筑的主要通风方式，绿色经济且环保。研究自然通风规律就离不开对室外环境及室内空气流动的分析。CFD技术能在室内外环境中定量的模拟气流运动规律，通过分析气流流动保证厂房正常、安全、高效的生产。

五、提升CFD技术在暖通空调制冷系统中的应用策略

暖通空调制冷系统在使用CFD技术的时候，涵盖以下三步。第一是形成模型。第二是利用模型进行方程计算，知道空调制冷系统运行中的相关情况。第三是要将所得到的数值化进行转化。相应技术人员根据处理的结果，加以预测，了解空调的实际运行情况。由于CFD技术处理主要集中于图片的转化与展示，会让原本枯燥的内容，形成可视化的分析，帮助工作人员进行观察。 CFD技术后处理将静态图片加以转化，让可视性进一步提高，帮助工作人员了解制冷系统的实际运行情况。但是在操作的过程中也有一些注意点。首先需让步骤更为完整，应用的时候要严谨，才能保证应用过程更为科学，使空气中的流体进行调整，为空调运行创造条件，目前CFD技术对空调制冷有着良好促进作用，帮助工作人员开展作业。目前我国CFD技术起步较晚，与国外相比，还有非常大进步空间.工作人员应该做出更多努力，尽可能地学习并完善CFD技术，主动将其落实在空调制冷系统研究过程中，让使用者得到良好的体验。虽然我国CFD技术发展较晚，但未来发展前景广阔，我国有着非常庞大的应用市场，这对于CFD的技术发展大有裨益，不应该局限于此，应积极学习他人的方式，改善市场运行情况。

六、结束语

暖通空调制冷工程项目的 CFD技术必不可少。通过运用CFD技术，将原本方案加改进，让空调制冷效果更为理想，形成良好的稳定性，达到良好的效果，让节能效果更为突出。但在实际运行过程中，通过数值模拟，利用流体相关原理，进行数值求解。目前我国的CFD技术的研发运用时间并没有很长。与发达国家相比，还有非常大的进步空间。值得进一步开发与应用。尤其当今的国际背景之下，应该采取更为积极的措施，提升我国对于CFD技术的应用程度，将其应用范围进一步拓展。

参考文献：

[1] 唐柱才. CFD技术在暖通空调制冷工程中的应用[J]. 电子世界, 2018(3):1.

[2] 焦东峰. CFD技术在暖通空调制冷工程中的应用[J]. 科技经济导刊, 2017(9):1.

[3] 张文涛, 杨士心. CFD技术在暖通空调制冷工程中的应用[J]. 城市建设理论研究:电子版, 2015, 5(036):4632.

[4]蔡本才. CFD技术在暖通空调制冷工程中的实际运用[J]. 工业：00009-00009.