用CFD方法进行空调房间置换通风的模拟
通风.空调设计中的CFD技术
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应用CFD技术对冬季空调房间气流模拟分析
应用CFD技术对冬季空调房间气流模拟分析摘要：本文应用CFD技术，以方程为基础，对重庆某高校教工宿舍室内的气流在冬季工况条件下进行三维模拟计算（速度矢量）。
并对结果进行了分析，依据通风及空气调节在冬季工况下的标准，对室内气流速度进行评判。
关键词：计算流体动力学数值模拟速度矢量1 概论计算流体动力学简称CFD，是随着计算机技术而出现的一门新学科。
它运用流体动力学的基本原理，通过建立数学物理模型，根据提供的合理的边界条件和参数，可以对空调区域内气流的速度场、温度场、压力场等进行模拟计算。
而室内空气的速度场、温度场又是研究空调房间室内气流组织设计及空调房间室内舒适环境评价的基础。
目前国内，研究人员对室内气流研究主要集中在夏季对房间内空调制冷进行数值模拟，而本文中则以重庆某高校教工宿舍冬季空调房间为模型，对空调制热房间室内气流进行数值模拟。
本文采用三维紊流模型，采用N-S方程，将送风气流与房间形状及障碍物作为一体来考虑，用整体求解法计算了空调房间室内空气流动与传热问题，对空调房间室内气流组织，主要是速度场分布进行了数值模拟。
目前，室内气流分布的研究主要采用三种方法：(1)利用射流原理进行分析和预测；(2)利用相似性原理进行模型试验；(3)利用计算机求解室内气流控制方程组的数值预测方法。
第一种方法由于其局限性目前较少采用。
第二种方法不仅耗费较多的人力、物力和财力．而且在许多情况下，在测量技术的实现上有一定的因难，如测量低速气流的方向和湍流强度。
由于计算机和计算技术的发展，数值预测方法得到了迅速的发展。
本文以重庆某高校教工宿舍在冬季工况下的室内气流为研究对象，在考虑宿舍(根据所处于的地理位置)外界气温以及围护结构及其热工性能、空调系统的制冷、室内人员的散热量等条件的基础上，对室内的气流进行了数值模拟。
2 模型结构根据此教工宿舍的实际情况，建立长5.2m，宽3.2m，高3.2m的宿舍模型，宿舍的平面结构如图1所示、宿舍内有书桌（长1.2m，宽0.5m，高1m），床（长2m，宽0.9m，高0.5m）等障碍物及人员(只考虑人员散热量对空调冷负荷的影响)。
用CFD对空调房间进行数值模拟
二、层高3米房间，置换通风方式（底送风）
2、温度场
Z为0.1米处温度场
Z为1.1米处温度场
Z为1.6米处温度场
y为0.8米处温度场
二、层高3米房间，置换通风方式（底送风）
3、速度场
Y为0.8米处速度场
X方向送风口处速度场
三、层高3米房间，置换通风方式（侧送风）
1、风口布置方式
三、层高3米房间，置换通风方式（侧送风）
设计及优化方法
1、根据实际情况建立几何模型和数学模型；
2、利用PHOENICS程序对模型进行模拟和预测，考察
气流流型以及工作区参数（温度，速度），并进行优化， 直到满足人体舒适要求为止； 3、在上述优化完成后，对两种空调方式进行比较。
设计内容（一） 模型建立
一、几何模型
房间尺寸：6m*3.3m*3m
前言
设计任务 设计方案 设计内容
模型建立
模拟结果与分析
顶部送风
底部送风
结论 体会
侧面送风
设计任务
用CFD方法分别对采用传统送风方式和置换 通风方式的空调房间的气流组织进行模拟和 优化，得到不同情况下的温度场和速度场， 并进行比较。
设计方案
算例选择
选择层高分别为3米和4.5米的两个空调房间进行模拟
2、温度场
Z为0.1米处温度场
Z为1.1米处温度场
Z为1.6米处温度场
x为3.8米处温度场
三、层高3米房间，置换通风方式（侧送风）
3、速度场
x截面送风口处速度场
回风口速度场
z截面送风口处速度场
四、层高3米房间，置换通风方式（侧送风改进）
1、风口布置方式
•增加一个风口 •不等间距布置，两 侧风口靠近壁面
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摘要：在我国的建筑结构中，暖通空调系统起着调节建筑物内部环境的作用。
我国许多城市建筑的功能结构中都离不开暖通空调系统，将CFD技术应用到暖通空调系统中可以提高设计的科学性，为空调系统的舒适度的提高创造条件。
关键词：CFD技术；暖通空调；应用导言：CFD作为一种模拟技术应用于建筑暖通空调领域，可以准确模拟室内气流、空气质量等环境，为建筑设计师提供有效信息，并使整个项目更加完善和优化，本文将着重介绍CFD技术在暖通制冷工程中的应用。
1CFD技术概述及其应用特点CFD技术是一种通过应用计算机技术计算流体动力学的数学模型技术。
由于需要大量的数学计算，该技术对计算能力和收敛加速技术在实际工程应用中的应用效果要求较高。
在CFD技术的应用中，通过加速收敛技术对流体动力学模型进行数学简化，可以提高计算效率，节省数学计算的时间。
在实际工程计算应用中，为了提高效率和稳定运行，CFD技术体系通常集成多个技术职责不同的模块，其中涡轮机械模块可以形成三维效应模型，从而提高计算的生动性和直观性。
暖通空调系统。
由于CFD技术是在数学模型的基础上进行计算和分析的，因此模型的选择和计算的应用非常重要。
由于不同系统的数学模型形状不同，对其进行数学运算时，计算公式和计算量会有一定差异。
2CFD技术在暖通制冷系统中的主要作用和基本原理2.1CFD技术应用的作用CFD技术在暖通系统中的应用可以提高流体流动检测效率，进而调节参数以优化暖通空调制冷系统中设备的热传导和热能传递效果，并可以通过调节流体状态来减少部分设备部件的数量。
所遇到的流体压力降低了变形失败的可能性。
基于此，CFD技术的集成可以大大提高暖通制冷系统的维护和优化效果，其应用价值不容小觑。
CFD技术可以帮助暖通系统进行高效的功能调整，提高整个系统的可靠性。
2.2该技术的应用原理分析由于CFD技术体系中存在多个功能模块，在暖通空调智能系统的运行中发挥着不同的作用，该技术的应用过程中过程中，需要做好前端处理模块的运行，因为这个模块是由建筑和空调系统的信息输入和相应的建模过程形成的，其科学性和准确性会影响到其他模块的操作。
探讨CFD技术在暖通空调制冷工程中的运用
探讨CFD技术在暖通空调制冷工程中的运用CFD技术(CFD：计算流体力学，即Computational Fluid Dynamics)是一种模拟流体流动过程的数值计算方法，一般运用于物理建模，优化设计及耗能分析中。
在暖通空调制冷工程中，CFD技术被广泛应用，通过对系统内流体流动、传热、物质转移等过程进行模拟，预测系统运行的效果、发掘性能瓶颈、改进设计，提高系统的效率以及降低运行成本。
CFD技术可以较准确地确定空气运动、温度分布、湍流强度和热传导等参数，大大提升了制冷系统的设计精度。
下面，我们将针对制冷过程中的关键问题进行讨论：1、室内空气流动与传热在制冷工程中，CFD技术可以模拟出室内空气流动的情况，进而分析温度分布、气流速度和流量分布等参数，通过分析参数结果辅助设计合理的送风口及回风口，降低准热负荷，提高空调的效率。
同时，热传导是空调的另一个重点问题。
通过CFD技术的模拟分析，可以准确测量或预测建筑物的热通量和传热系数，并对设计的管道系统和换热器进行优化。
2、蒸发冷却和冷凝水排放CFD技术能够精细模拟制冷系统中的蒸发冷却和冷凝水排放。
在蒸发冷却计算中，CFD 技术能有效预测冷却塔的水量，增加通风设备的效率，进而更好的降温。
在冷凝水排放方面，CFD技术能分析出水分的分布状态，优化系统设计，减少水分流失和热能损失。
3、计算耗能CFD技术能够模拟制冷过程中的能耗，为冷却系统的准确微观分析提供了一个理论基础，以便找出焦点并减少不必要的冷却、空调和供暖所产生的电力和燃气成本。
4、实验数据分析CFD技术在实验数据分析中也有着重要作用。
在实验中，CFD技术可以很好的模拟实际工程运行的过程，进而通过分析实验数据的参数，确定实验数据的正确性。
总之，CFD技术在暖通空调制冷工程中具有重要应用价值。
CFD技术的应用，可使制冷系统设计更合理，提高系统的效率，同时降低系统的成本，进一步为用户创造价值。
CFD技术在暖通空调制冷工程中的应用初探
CFD技术在暖通空调制冷工程中的应用初探CFD技术是计算流体力学的缩写，可以模拟流体的物理和化学行为。
在暖通空调制冷工程中，CFD技术可以模拟风流动和温度传输，以改善空调系统的效率和舒适性。
本文将探讨CFD技术在暖通空调制冷工程中的应用，并介绍相关研究的进展。
一、CFD技术在风系统设计中的应用CFD技术可以对不同的风流动情况进行模拟，为空调系统设计提供帮助。
在室内空气循环系统中，CFD技术可以帮助优化送风口和回风口的设计。
通过模拟室内风流动的情况，可以确定进出风口的位置和数量。
在这方面，CFD技术可以优化房间的温度和湿度分布，从而提高空调系统的效率。
同样，CFD技术还可以模拟改变风速和方向的不同情况，为空调系统设计提供更多的帮助。
CFD技术可以模拟制冷系统中的流体传热现象，从而帮助设计制冷循环系统。
该技术可以模拟制冷循环系统内部的热传输，并确定冷却努力的最佳位置和大小。
此外，CFD技术还可以模拟制冷系统在不同温度下的运行情况。
这有助于设计更有效的冷却系统，并确保最大化系统的效率和可靠性。
CFD技术还可以用于研究建筑物内部的能量传输和使用。
利用CFD技术，可以模拟室内和室外的温度和湿度情况，以及空气在建筑物内部动力学行为。
这有助于建筑师了解建筑物内部的能量传输方式以及将如何影响能量消耗。
通过分析建筑物的能耗情况，可以确定减少能源消耗的最佳方案。
现阶段的研究目前，有许多研究正在使用CFD技术来优化暖通空调制冷工程。
许多学者正在使用CFD技术研究室内空气质量，如模拟花粉和尘埃等污染物的传输和去除。
除此之外，还有许多研究正在使用CFD技术优化送风口和回风口的设计，以提高空气的运动效率。
同样，一些研究正在使用CFD技术研究室内空气温度和湿度的分布，以便更准确地计算室内空气的舒适度。
此外，CFD技术还被用来研究热交换器的设计，以确保最大化能源传输效率。
结论可以看出，CFD技术在暖通空调制冷工程中的应用前景广阔，对于提高空调系统的效率和舒适性具有重要意义。
运用CFD技术进行建筑通风空调设计的探索
运用CFD技术进行建筑通风空调设计的探索【摘要】针对高大空间空调气流组织设计的问题,目前,暖通界的主要研究手段是用CFD技术进行气流数值分析与模型实验相结合。
由于气流数值分析能够考虑室内的各种可能的内扰、边界条件和初始条件,因而它能全面地反映室内的气流分布情况,从而便于发现最优的气流组织方案;模拟实验则主要用来对重要的数据进行验证,或者进行必要的修正。
本文就运用CFD技术进行建筑通风空调的设计进行了探索,以期和同仁共探讨。
【关键词】CFD技术;通风空调;通风设计;建筑通风1引言随着现代社会科学技术的不断进步,当前建筑内的通风空调设计科技含量不断提高,运用用CFD技术改进室内通风、空调设计已成为现代建筑领域一个必然趋势。
创造健康、舒适的室内热环境,国内外相关专业人员(包括环境科学和暖通空调等领域人员)已在这方面进行了大量研究,CFD(ComputationFluidDynamics)计算流体动力学,简单地说,就是利用计算机求解流体流动的各种守恒控制偏微分方程组的技术。
即在工程设计中,首先建立数值模型,然后从计算实验中获得数据的技术。
它涉及流体力学,尤其是湍流力学、计算方法以及计算机图形处理等多种学科。
这种技术允许工程师去研究不同物理条件(有些是在实验室条件下不能获得或是难以获得的)下的不同模型配置,只需花费很少的时间就能获得结果,可极大的缩短研究时间,降低研究成本。
日本是另一个使用CFD技术较成功的国家。
数值模拟技术在日本建筑环境工程领域的应用始于20世纪70年代初,最早主要用于建筑热负荷计算法的开发,以后逐渐应用到动态热负荷数值模拟,此后开发了气流数值解析的CFD,并进入实用阶段。
日本的一些较大型的建筑承包公司、空调设备施工公司、设计单位和厂家都不同程度的使用CFD技术,包括产品制造、产品性能的检验、空调系统的设计等。
2.运用CFD技术进行通风空调的设计目前,我国暖通行业的CFD研究正逐渐起步,许多暖通领域的专家对CFD的应用研究开展了大量工作,涉及空调、通风设计的主要有以下几个方面:2.1.高大空间空调气流组织问题大空间建筑指的是顶棚高、容积大的建筑,如体育馆、博物馆、科技馆、剧院等,这类建筑的空调系统控制的环境范围大,气流复杂,人员变化大,容易出现温度分层、上下温度梯度大的现象。
基于CFD的置换通风空调房间数值模拟
第32卷第2期2009年4月辽宁科技大学学报Journal of University of Science and Technology Liaoning Vol.32No.2A pr.,2009基于CFD 的置换通风空调房间数值模拟杨忠国1,2,谢安国1,宋闲慧1,王志涛1(1.辽宁科技大学材料科学与工程学院,辽宁鞍山 114051;2.黑龙江八一农垦大学工程学院,黑龙江大庆 163319)摘 要:以下送风置换通风空调房间为例,采用计算流体力学CFD 软件,运用两方程湍流模型模拟置换通风房间的温度场和污染物浓度场,揭示了置换通风在提高人体的热舒适性、改善室内空气品质、节能等方面的作用。
模拟结果对改善室内空气品质具有指导意义。
关键词:置换通风;空气品质;流场;计算流体力学中图分类号:T U -023 文献标识码:A 文章编号:1674-1048(2009)02-0153-04 随着社会的飞速发展和人们生活水平的不断提高,人们对室内空气品质的要求也越来越高[1]。
大量资料表明,人们80%以上的时间是在室内渡过的[2],很多人都出现了不同程度的 病态建筑综合症 [3],因此,室内空气品质方面的研究近年来日益受到重视[4]。
20世纪70年代全球能源危机后,节能减排越来越受到全世界的关注[5]。
就建筑节能方面而言,空调系统节能是其中的一个重要方面,寻求节能的、健康的、可持续发展的空调方式便成为人们一直努力的目标[6]。
因此,置换通风孕育而生。
置换通风是将新风以低速从房间下部送入室内,以浮升力为动力,使新鲜空气随对流气流向室内上部流动形成热羽流,最终将整个流场分为空气品质接近新风的下部工作区和空气品质接近排风的上部空气污浊区[7]。
这种通风方式与传统的混合通风方式相比较,可使室内工作区具有较高的空气品质、热舒适性和通风效率,并且噪音低,因此适用场合极其广泛[8]。
1 建 模使用CFD 软件进行计算,选用标准k - 两方程湍流模型,控制方程离散采用二阶迎风差分格式,空图1 模拟房间的物理模型Fig.1 Physical model for simulation room 间区域离散选择外节点法划分网格,对压力与速度的耦合采用SIM PLE 算法求解[9]。
CFD模拟在空调房间设计中的应用概要
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紊流能量传递方程
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CFD模拟在空调房间设计中的应用
报告人：王春华 剧霏 指导老师：钱宇教授 李秀喜博士 2004. 11. 9
设计任务书
• • • • 概述 空调设计方案 设计步骤 模拟结果分析及优化
一、概述
什么是CFD ?
CFD是英文Computational Fluid Dynamics（计算流体 动力学）的简称。其基本原理是数值求解控制流体流动的 微分方程，得出流体流动的流场在连续区域上的离散分布， 从而近似模拟流体流动情况。 CFD就是利用计算机技术、数值计算技术发展而来的， 相当于“虚拟”地在计算机做实验，用以模拟仿真实际的 流体流动情况，它是现代模拟仿真技术的一种。
三、设计步骤
1、建立模型
2、数值求解 3、可视化处理
1、建立模型
空气流动的湍流特性一般采用适当的湍流模 型。在设计中采用标准k－ε 模型，它适用于模拟 室内气流流动这种湍流情况。
2、数值求解
连续性方程
动量方程 含尘浓度方程
ui 0 xi
( ui u j ) x j ui u j p ( t )( ) xi x j x j xi
2、设计内容
选择空调房间尺寸(具体尺寸待定)
室内两台电脑、4盏灯具、两人
送风温度12.7℃
室内设计温度23℃
3、设计及优化方法
根据实际情况建立几何模型和数学模型。
毛细管+置换通风空调的实验研究和CFD模拟
毛细管+置换通风空调的实验研究和CFD模拟吴子恒;祝健【摘要】It can be found that the air temperature in floor radiant cooling system is higher than that in roof radiant cooling system ,but the radiant level of the former is far higher than that of the latter af-ter contrasting these two kinds of systems .Furthermore ,fresh air can enter into the active area faster in floor radiant cooling system .It is more efficient to remove heat in floor radiant cooling system .So the floor radiant cooling system is not inferior to the roof radiant cooling system .The result of the simulation using computational fluid dynamics (CFD) shows that the error of two kinds of radiant cooling modes is 16% at most ,w hich is acceptable in consideration of the complex indoor models .%文章对顶板辐射和地板辐射供冷2种空调系统进行对比后发现,地板辐射空调系统室内空气温度可能高于顶板辐射空调系统,但是地板辐射对人体的辐射量远大于顶板辐射,并且新风在地板辐射系统中能够更快地送入人员活动区,其除热效率更高,因此地板辐射供冷系统对人体的作用效果并不逊色于顶板辐射供冷.基于计算流体动力学(computational fluid dynamics ,CFD)进行模拟验证,结果表明,顶板辐射与地板辐射2种方式供冷的误差不超过16%,考虑到室内模型布置较为复杂,误差在可接受范围内.【期刊名称】《合肥工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(041)006【总页数】5页(P828-832)【关键词】毛细管;置换通风;计算流体动力学(CFD)模拟【作者】吴子恒;祝健【作者单位】合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥 230009;合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥 230009【正文语种】中文【中图分类】TU831.5由北欧国家发展起来的辐射空调改善了传统空调完全由对流换热对人体造成的不适感[1],其辐射换热的部分能达到总换热量的30%～40%[2],其安装位置不同,效果稍有差异,更多的能达到50%以上[3]。
CFD在暖通空调中的应用
CFD在暖通空调中的应用简介：本文对CFD技术在暖通空调中的应用进行了阐述，介绍其使用方法和步骤，为设计人员在暖通设计中应用CFD技术提供参考。
0 前言为制定出最佳的通风空调方案，暖通工作者都希望在设计阶段就能预测室内空气的分布情况。
而目前在暖通空调领域中采用的方法主要有四种:射流公式法、Zonal Model、模型实验和CFD[1]。
射流公式法是最经济简单的室内空气分布预测方法，对于实际空调房间的复杂气流形式模拟误差很大。
Zonal Model模拟得到的实际上还是一种相对“精确”的集总结果，且在机械通风中的应用还存在较多问题。
模型实验是最可靠的方法，但是搭建实验模型耗资很大，周期很长，而对于不同的条件，可能还需要多个实验，耗资更多，周期也长达数月以上。
且它对于整个流场的速度、温度分布缺乏全面深刻的了解，这些都限制了它的推广和使用。
CFD具有模拟设备简单、投资低、计算速度决、计算空间不受限制、完整的资料获取、并且可以模拟各种工况，是其它三种方法所不具备的。
随着经济发展、科技进步，CFD技术已成为现代建筑领域一个重要的研究课题。
1 CFD技术CFD是英文Computaional Fluid Dynamics（计算流体动力学）的简称，通过计算机数值计算和图像显示，对包含有流体流动和热传导等相关物理现象的系统所做的分析。
CFD可以看做是在流动基本方程（质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程）控制下对流动的数值模拟，是进行“三传”(传热、传质、动量传递)及燃烧、多相流和化学反应研究的核心和重要技术，广泛应用于热能动力、航空航天、机械、土木水利、环境化工等诸多工程领域。
暖通空调制冷行业是CFD 技术应用的重要领域之一[2]。
1933年，英国人Thom首次数值求解了二维粘性流体偏微分方程，标志着CFD的诞生；1974年，丹麦的P.V.Nielsen利用流函数和涡旋公式求解封闭二维流动方程，采用k-ε流体湍流模型模拟室内空气流动情况，首次将CFD技术应用于空调工程。
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设计步骤
1、设计参数： 房间尺寸：长*宽*高=6*4*3 风口尺寸：0.6*0.3 送风温度：15ºC 室内设计温度：23ºC
模型建立
控制方程
• 假设空气在房间内流动时为稳态不可压缩流体,这 一过程可以用连续方程、动量守恒方程来描述, 在直角坐标系中表示为 ：
（1）连续性方程： (u) (v) (w) 0
设计任务
• 本设计主要考察均匀的气流与温度场两 方面
• 满足房间温度要求，夏季室内20℃；且 整个房间温度场分布均匀，竖直方向上， 人体脚部与头部温差要小，避免因此造 成的不舒适感
• 人体活动区域的风速小于0.5m/s，且气流 场均匀而稳定
设计方案
• 用CFD方法对传统送风方式和置换通风 方式的空调房间的气流组织进行模拟和 优化，得到不同情况下的温度场和速度 场，并对送风量、温度、及风口的布置 进行讨论。
x
y
z
（2）动量守恒方程：x分量
u
u x
v
u y
w
u z
p x
2u x2
2u y2
2u z2
控制方程
动量守恒方程
Y分量：
u
v x
v
v y
w
v z
p y
2v x2ຫໍສະໝຸດ 2v y 22v z 2
动量守恒方程
Z分量：
u
w x
v w y
w
w z
p y
2w x2
2w y2
2w z2
控制方程
能量守恒方程：
(u jT ) x j
x j
[(
k
c p
vt )
T x j
]
qv
c p
边界条件及相关因素考虑
• 在不考虑人体的空态下进行
• 前、后和左面的墙体作为内墙 右面的墙体作为外墙
• 每个灯具负荷为60W
模拟结果
一、传统送风方式
1、温度场
2、速度场
二、置换通风
1、底送风 ➢ 温度场
• （3）置换通风更多的体现了以人为本的设计 理念，把室内的控制对象从原来室内全空间改 为人员活动空间；
• （4）置换通风方式可以减少送风量，实现节 能目的，对高大空间建筑更能显示其优势。
➢速度场
2、侧送风
➢ 温度场
➢速度场
分析讨论及结果
• （1）采用传统送风方式的空调房间，大部分 工作区域的温度都在24℃到26 ℃ 之间，并且 工作区垂直温差不超过3 ℃，满足人体舒适要 求；但是在风口下方风速较大，人员不宜长时 间停留；
• （2）置换通风是将新鲜空气直接低速送入工 作区，在热源的对流作用下实现温度分层。温 度下低上高，工作区的温度场比较均匀；
用CFD方法进行空调房间置换 通风的模拟
报告人:闫军威 唐广栋 指导老师:钱宇 陆恩锡教授
汇报概要
➢设计背景及任务 ➢设计方案 ➢设计步骤 ➢模拟结果分析与优化 ➢结论
设计背景
• 传统的空调方式是基于稀释原理的。它向室内送入温 度、污染物浓度比较低的空气，来稀释室内空气，从 而使房间的各项参数维持设计标准。置换通风 (Displacement Ventilation)是在北欧积累了20年实际成绩 基础上产生的，它最早在工业厂房中用以解决室内的 污染物控制问题，后来在民用建筑，如办公室、会议 厅、剧院等建筑中被广泛采用。置换通风是基于自然 对流原理的。置换通风的送风口通常靠近地板，新鲜 空气由送风口直接进入工作区，并在地板上形成一层 较薄的空气池，在室内的热源(人员及设备)作用下产生 向上的对流气流。排风口设在房间的上方，以利于尽 可能多的排除最热的、污染物浓度最高的部分空气， 让人体等发热源产生的余热，余湿和污染物只停留在 房间顶部，而居住区域保持清洁环境。