CFD技术在暖通空调制冷工程中的应用

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　　摘    要：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。
　　关键词：CFD技术;暖通空调;制冷工程;应用
　　1  CFD技术在暖通空调制冷工程中的应用功能及原则
　　1.1  应用的基本功能
　　CFD技术可以对流体流动的性质进行检测，进而应用到暖通空调制冷方面，有利于优化设备的导热、传递功能，能够降低相关设备受到的外界压力，减少变形情况的出现。因此，这对于暖通空调制冷技术的优化及作用的放大都十分有利，具有重要的应用价值。在暖通空调进行工作的各个环节，CFD技术可以利用其自身功能的协调运作，保持暖通空调的运行稳定性，通过其前端模块、数据计算模块以及后台处理模块，能够促进高效性的提升。
　　1.2  应用的基本原则
　　CFD技术的不同模块在暖通空调制冷工作中发挥着不同的作用，在具体的应用中前端处理模块十分重要，由于数据的计算所需信息是在前端形成，因此，在前端模块会初步进行建模、数据录入并且形成数据网格。同时，技术核心的运算功能不断运转，保持着对于数据的分析，然后将结果提供给CFD后台模块，方便其进行实际应用。可以发现，暖通空调对于CFD技术的应用应该有效的利用模块、参数和周期的不同原则，只有这样才可以优化自身的制冷效果，并且保持运转的快捷高效。
　　2  CFD技术在暖通空调制冷工程中的应用范围
　　CFD技术在暖通空调制冷工程中的应用，其主要的目的就是对空调制冷工程中的性能不足进行相应的改善，从而有效的提高空调制冷。CFD技术在暖通空调制冷工程中的应用范围主要可以分为：通风空调房间气流组织的设计、建筑外环境的设计、室内空气的研究以及建筑设备的性能改进等这四个部分。
　　首先针对通风空调房间气流组织的设计来说，CFD技术在目前已经被大量的运用在了暖通空调制冷工程当中，这样不但有效的提升了工作的效率，而且也能够对其中不足的地方进行相应的改善。因而在空调制冷的工程当中，一般情况下都是采用的CFD技术来预测对仿真空调的通风情况，同时这样的方式，不但可以对空调内部造成破坏的因素进行相应的管理，而且还可以对初始条件出现的一系列的问题进行相应的检测。从而就可以很好的掌握空调内部的气流，同时设计出好的通风，提高暖通空调制冷的整体性能。
　　其次就是建筑环境分析，对于暖通空调制冷的效果来说，建筑的环境也是一个重要的影响因素，因此，就需要在建设的时候，强化对于二次通风的实用性。当然，可以通过使用CFD技术对建筑外部的通风流动情况进行一个相关的模拟，从而根据设计的情况进行分析，然后设计出建筑的结构，这样不但可以加强空调制冷内部的优化，提高制冷的效果，而且可以滿足现在人们的需求。
　　最后就是建筑设备性能的研究改进，在暖通空调制冷的工程当中，大部分的设备都是通过流体的流动进行工作的，因此，可以看出流体的流动情况对于空调内部的设备来说是有着重要的影响作用的，对此，使用CFD技术就可以模拟内部的流体流动情况，然后就可以进行相关的研究以及对设备不足的地方进行更好的完善。
　　由此可见，CFD技术在暖通空调制冷工程当中的应用意义是非常大的，并且，合理的运用CFD技术来改善暖空调制冷，不但可以有效的提升空调制冷的效果，而且也可以有效的提升空气的质量。
　　3  CFD技术在暖通空调制冷工程中的具体应用
　　在本文所研究的暖通空调制冷领域，CFD技术可以预测流体的流动特性，可以实现传质（分离、溶解等）、传热（导热、对流和辐射）、相变（凝固、沸腾等）和化学反应等功能，另外还能模拟机械运动（涡轮机等）以及相关结构的压力和变形（桅杆弯曲等）等，对优化暖通空调制冷系统有很好的指导作用。CFD具体应用主要包括以下方面。
　　3.1  室内气流组织的设计
　　一个空间的空调制冷效果如何，与其的气流组织形式有很直接的关系。通过利用CFD进行模拟，可以预测此空间内气流相关参数的详细分布情况，从而有力的指导通风空调系统的设计。通风空调空间一般可分为普通空间和特殊空间，前者主要指用来居住、办公的空间，还包括高大空间等，后者主要指医院、交通工具和一些特殊场所等的空间。
　　3.2  建筑外部环境的分析
　　建筑物的外部环境对其内部环境的影响不可小觑，建筑小区热环境、小区二次风等问题日益成为人们关注的热点。利用CFD技术，可以便捷快速地对建筑物的外部环境进行相关参数的模拟和分析，从而对建筑物外部的风环境等进行合理的设计。同时，可以进一步对建筑物内部的自然通风设计等提供有效的指导。
　　3.3  工程设备性能的研究
　　本文研究的工程领域中，很多设备（如制冷机、泵、风机）工作原理都是利用工质流动而实现能量的转换，所以工质的流动状况对设备性能影响很大。利用CFD技术，可以快速地对设备内流体的流动状况进行模拟，从而了解设备性能，以便加以改进，使其性能更稳定和高效。
　　4  CFD技术在暖通空调制冷工程中的应用过程
　　4.1  问题分析和前处理
　　首先定义适当的模拟目标、对物理问题合理简化、确定合适的模拟方法。在定义模拟目标时，需要很清楚地回答需要得到什么样的结果（如压力降、质量流率或阻力等）？这些结果将被如何使用？需要什么样的模拟精度？需要多长时间得到计算结果等。然后确定模拟的计算域范围。考虑如何将关心的问题从一个完整的较大的系统中隔离出来，取定计算域的起始与终止位置，在确定此计算域范围时要分析在边界上是否有边界条件信息、这些边界条件类型能否与这些信息匹配、是否能将计算域的边界确定在有合理数据的位置，分析问题能否简化为二维问题或轴对称问题。其次根据几何的复杂程度和流动特点选择合适的网格单元类型。对于简单的几何，一般情况下四边形、六面体网格的质量较高，而且单元数量较少（相对于三角形、四面体网格而言）。
　　4.2  解算器执行
　　首先要设置数值模型，包括：选择物理模型，如湍流、燃烧、多相流等;定义材料属性，如流体、固体、混合材料等;指定工作条件;指定边界条件;提供初始值;设置解算器控制参数，如松弛因子、库朗数等;设置收敛监控曲线。然后要计算并监控解的过程，计算直到离散守恒型方程的数值迭代的过程收敛。为了提高解的精度，需要对收敛标准和收敛解的精度进行综合判断。
　　4.3  后处理
　　当计算收敛之后，需要检查计算的结果并提取其中的有用的数据。通常情况下，提取有用数据方式包括彩色图像、曲线以及物理量的数值报告三种方式。然后在对结果进行分析的基础上，考虑如何修正模型以获得更加理想的计算结果。
　　5  结束语
　　我国对CFD技术研究开展较晚，相关的应用实践也不够深入，所以相对于发达国家，在技术层面还处于落后状态，这导致了我国的暖通空调工程技术在整体上还无法与世界水平相媲美。因此，为了赶上国际脚步，也为了提高我国暖通空调制冷水平，就必须要对原有技术进行优化，使得CFD技术广泛的应用于暖通空调领域，从而有效促进我国建筑事业的进步。
　　参考文献：
　　[2] 张译文.CFD技术在暖通空调制冷工程中应用分析[J].科学导报，2014.
　　[3] 曹端泉.CFD技术在暖通空调制冷工程中的实际运用[J].电子制作，2015.
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