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：通过CFD进行流体流动性模拟，空调系统可以进一步优化，从而使室内舒适度得到提升，还能尽量减少外部环境产生的不利影响，延长设备的使用寿命。在空调系统设计中应用CFD技术可以提升空调供热制冷的效果，发挥出系统的优势，促进空调系统的稳定运行，协调各个部件的运行，降低故障发生率，保持结构的稳定性。基于此，本文重点分析CFD技术在暖通空调制冷工程的应用，探讨该技术的应用价值和效果。

关键词：CFD；工作原理；暖通空调；制冷工程；应用

CFD技术通过构建数学模型，其主要是从维纳尔斯托克斯方程演变形成的，其模型设计的基础是燃烧模型、多相流模型、化学反应流模型等，在模型演变与改进的过程中，要经过大量的离散计算，所以在暖通空调制冷中，应进行有限体积法离散计算。因为CFD技术中需要计算的数据体量很大，还要应用收敛技术，可以通过多种网格法与残差法展开，使用收敛技术后计算效率大幅提升，获得足够的数据信息。因此，CFD技术的应用优势明显，为暖通空调制冷系统的发展产生积极作用。

一、CFD的工作原理

CFD技术是一种通过使用数值计算的方法解出流体控制方程组，并且获得流体流动、传热以及化学反应各项数据信息，比较常用的方法是有限元法、有限体积法等。在分析和应用中，需要将原体积与时间的连续物理场，比如速度场、压力场等进行离散有限组合，然后假设流体力学的状态，形成控制方程，计算确定流体力学参数，得出变量参数信息。

CFD技术是计算机模拟以及数据计算的方式，通过系统实现仿真模拟分析，从而提高数据计算的精确性。在当今科学技术发展下，CFD是在流体力学、理论流体力学发展之下的第三种力学研究方法，对相关领域产生重要的作用，特别是针对暖通空调通风系统的计算和分析，有着明显的优势。

二、暖通空调领域中的CFD求解过程分析

暖通空调系统中应用CFD模拟仿真分析，要经过多个过程进行，本文以气流数值求解为例，进行如下过程的分析：①明确边界条件与初始条件。这是进行方程求解的基本条件，初始条件主要是研究对象初始时刻中求解变量的空间分布状态，对于瞬态问题要确定初始条件，而其他的问题则不需要。②划分计算网络。对于网络结构来说，可以分析结构性与非结构性两种。结构性网络通常在空间上规范性较好，比如四边形区域，规则性较强，分布也更加的规范化；非结构性网络就是以不规则的形式出现，行与列都没有规律可以遵循。③建立离散方程并求解。结合实际求解的需要来选择合适的方式，从而确定最为合适的方式，以对求解的范围内进行离散处理。

三、暖通空调制冷工程中的CFD技术应用分析

1、应用原则。在CFD技术应用之后，对于空调系统化内的各个模块都能应用，尤其是对于制冷、制热的部分有着极为重要的影响，并且在前端模块内应用CFD技术可以充分的发挥出应有的作用，才能更好的提高处理的效果。在空调前端处理模块建模，经过各种数据录用之后即可形成数据网体系，然后将该网络传输到系统内，准确的进行计算和分析，将获得的结果提交给CFD模块，即可完成数据的传输和管理，达到系统数据的有效应用。因此，CFD技术应用后，空调可以进行对外数据的收集和整理，促进空调功能性的提高，进行暖通空调系统的有效控制，各个模块都能顺利的执行，促进空调工作效率的全面提高。此外，在这些工作完成之后，要设置合适的边界条件和初始数值，然后对解算器的具体参数进行确定，包括松弛因子、库朗数等具体参数要精确设定。最后要对收敛监控曲线进行合理设置，为了保证整个计算的计算精确性，要对收敛标准和收敛解进行精确控制，最后一个部分是后处理，后处理的工作是检查数据的精确性，并检查所有有价值的数据，将有价值的数据进行提取利用，最后在计算结果的基础上对修正模型进行分析和优化。

2、应用过程。暖通空调系统在使用CFD技术时，通常要从问题分析、前处理、解算器执行、后处理等过程进行。对于问题分析与前处理来说，首先要明确模拟分析的具体目标，并将目标分解与简化，选择合适的模拟方法。CFD技术应

用制定目标时，首先要展开目标数据的计算和分析，比如获得哪样的模拟结果，

如何利用该结果等，在有了数据之后才能进行目标的简化，最终是确定具体的模

拟方法。在第一步工作结束后，CFD技术就能执行解算器，该阶段应进行模型建立，结合具体的模型先确定物理模型，然后是确定具体的材料性质，并根据系统

的需要进行边界条件与具体数值的分析，掌握各项数据信息，达到数据精度的要求。再就是进行收敛监控曲线，进行合理的布置曲线，从而提高计算的精准性，

根据收敛标准与收敛解的控制，达到精度的要求。最后进行后处理，该环节要确

保数据的精确性，并且对于全部有价值的数据信息进行查看，并且提取和应用，

然后根据计算得出的结果后实施模型修正，合理的分析与处理，才能保证结论具

备可行性。

3、应用要求。（1）房间内气流通畅性。在目前的建筑工程项目设计中，应

该考虑到内部的空气流通效果，保证其达到舒适度的要求，室内的空气质量不断

的提高，湿度、温度都处于合理的范围内，发挥出暖通空调的制冷效果，得出最

优化的解决方案。CFD技术可以准确的计算分析建筑内部空间的气流分布和变化

的情况，优化制冷方案，并且还能做出方案的调整和处理，从而优化空气内的环

境质量，保证运行的效果。将CFD技术应用到房间监测的过程中，快速掌握其感

染因素，分析对于建筑内部空间的影响因素，从而发现影响暖通空调系统的制冷

效果影响因素，通过方案设计与内部流通特点的分析，优化设计方案，促进制冷

水平的提高。（2）改进制冷系统的工作效果。暖通空调系统内，最为主要的一

种设备是制冷设备，其制冷效果对于整个系统的运行效果提升产生积极的作用。

通常来说，暖通空调中的空调器、风机等都是通过流体工作实现环境改善的。在CFD技术应用后，对于暖通空调系统的流体工作情况进行监控，了解到目前系统

运行功能不足的部分，再做出改进和优化，提高制冷系统的工作水平。（3）分

析研究外部环境的影响。在暖通空调的制冷工程建设中，要综合分析内部的环境，同时也不能忽视外部环境的影响。在建筑工程项目内，通常会存在二次风和热环

境的问题，为了消除这些问题的影响，应用CFD技术展开外部环境监测，掌握外

部环境的具体情况，分析具体制冷影响因素，设计人员结合环境要素及时做出改

进和调整，还要满足建筑内部的具体环境，从而使得符合暖通空调制冷系统的运

行需要。