CFD简介及国内外发展状况
CFD分析理论及应用技术

3.3计算成效:cpu时间和解决方案
从计算的角度看Spalart-Allmaras模型在FLUENT中是最经济的湍流模型,虽然 只有一种方程可以解。由于要解额外的方程,标准k-e模型比SpalartAllmaras模型耗费更多的计算机资源。带旋流修正的k-e模型比标准k-e模型稍 微多一点。由于控制方程中额外的功能和非线性,RNGk-e模型比标准k-e模型 多消耗10~15%的CPU时间。就像k-e模型,k-ω模型也是两个方程的模型,所 以计算时间相同。 比较一下k-e模型和k-ω模型,RSM模型因为考虑了雷诺压力而需要更多的CPU 时间。然而高效的程序大大的节约了CPU时间。RSM模型比k-e模型和k-ω模型 要多耗费50~60%的CPU时间,还有15~20%的内存。 除了时间,湍流模型的选择也影响FLUENT的计算。比如标准k-e模型是专为轻 微的扩散设计的,然而RNG k-e模型是为高张力引起的湍流粘度降低而设计的。 这就是RNG模型的缺点。同样的,RSM模型需要比k-e模型和k-ω模型更多的时 间因为它要联合雷诺压力和层流。
ρu j ρ t x j x j
非定常项 对流项
D S x j
源项
扩散项
Navier-Stokes方程离散化的过程还留有某些问题,那就是比网格的分辩率还小的小 旋涡(混乱)引起的问题。包含这些小旋涡的流动称为紊流,紊流从大的旋涡慢慢向 小的旋涡扩散。如果使用比这些小旋涡还小的网格来计算,计算规模将非常大,现 代的计算机处理能力远远达不到实用阶段,所以有必要使用紊流模型来近似。
五、CFD汽车应用实例
分析案例
案例一:吹面风管分析 在炎热夏季为保证驾驶室的冷舒适性,需要对吹面风道进行合理的设计。空调的制 冷效果虽然是保证冷舒适性的重要因素,但吹面的效果却是通过风道来实现,这就 要求各风口出风要相对均匀,管内压力损失不能过大。传统的实验设计方法不仅周 期长,而且成本高,不利于开发,这里采用CFD方法对吹面风道进行模拟,获取需要 的参数,并以分析结果指导设计。
一文带你了解计算流体力学CFD及其应用领域

一文带你了解计算流体力学CFD及其应用领域计算流体力学的发展计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics)简写为CFD,经过半个世纪的迅猛发展,这门学科已经是相当的成熟了,一个重要的标志就是近几十年来,各种CFD通用软件的陆续出现,成为商品化软件,服务于传统的流体力学和流体工程领域,如航空、航天、船舶、水利等。
随着CFD通用软件的性能日益完善,应用的范围也不断的扩大,在化工、冶金、建筑、环境等相关领域中也被广泛应用。
现代流体力学研究方法包括理论分析,数值计算和实验研究三个方面。
这些方法针对不同的角度进行研究,相互补充。
理论分析研究能够表述参数影响形式,为数值计算和实验研究提供了有效的指导;试验是认识客观现实的有效手段,验证理论分析和数值计算的正确性;计算流体力学通过提供模拟真实流动的经济手段补充理论及试验的空缺。
更重要的是,计算流体力学提供了廉价的模拟、设计和优化的工具,以及提供了分析三维复杂流动的工具。
在复杂的情况下,测量往往是很困难的,甚至是不可能的,而计算流体力学则能方便的提供全部流场范围的详细信息。
与试验相比,计算流体力学具有对于参数没有什么限制,费用少,流场无干扰的特点。
出于计算流体力学如此的优点,我们选择它来进行模拟计算。
简单来说,计算流体力学所扮演的角色是:通过直观地显示计算结果,对流动结构进行仔细的研究。
计算流体力学在数值研究大体上沿两个方向发展,一个是在简单的几何外形下,通过数值方法来发现一些基本的物理规律和现象,或者发展更好的计算方法;另一个则为解决工程实际需要,直接通过数值模拟进行预测,为工程设计提供依据。
理论的预测出自于数学模型的结果,而不是出自于一个实际的物理模型的结果。
计算流体力学是多领域较差的学科,涉及计算机科学、流体力学、偏微分方程的数学理论、计算几何、数值分析等,这些学科的交叉融合,相互促进和支持,推动了学科的深入发展。
CFD方法是对流场的控制方程用计算数学的方法将其离散到一系列网格节点上求其离散的数值解的一种方法。
CFD方法在流体机械设计中的应用

完成以上流程后,需要测试模拟水泵的性能。为了探索水泵的性能,设计高性能水泵需要探索出水泵的内部流动。模拟水泵的性能需要模拟其数值,从而进行泵和叶轮值准确数值的提供,并对它们进行整体的数值分析。在相对坐标下的旋转叶轮区域可以建立控制方程组,求解入口管道和出口管道以及泵体区域的绝对坐标系统中的控制方程,然后在双参考系统下检测计算其流动性能。在检测过程中,有必要使相对和绝对动态及静态接口达成绝对物理量相等。
图1喷雾泵模型
4.1.2计算数值
完成设计喷雾泵的模型后,要计算数值。在FLUENT软件中设置3D单精度求解器,接着在此求解器上进行计算模型的选择,模型为喷水泵计算模型。当在软件上选择标准的混合表面和近壁功能以喷射水泵时,模拟转子和定子运动的现象。边界条件在模拟期间设置,设定边界条件需要分别设定转子和定子,并设定转子的流体状态,主要设定其转速,可设定为每分钟1000转,只能为定子设定液态状态。为了使喷水泵入口的压力条件得到保证,总压力设定为0,默认设定保持在湍流水平。不仅要检查进口压力,还检查出口压力,并将外壁条件设定为边界条件。边界条件设置完成后,能够应用分离变量求解器计算喷雾泵的速度和其他值,然后使用FLUENT软件中的3D技术做出处理,从而获得更逼真的喷水泵运行模拟。
4.1.1构建模型
应用FLUENT软件首先需要构建模型。水泵的型号由6个转子和10个定子组成,该模型相对简单,只能在转子和定子之间考虑计算水流量的问题。如果设定转子与定子都只是一个叶片,对于每分钟120转,实验环境中的压力假设为latm。设置完成后,开始在FLUENT软件中建模,并简化初始模型,并在划分和设置网格之前将其简化到一定程度。简化的模型是网格化的,如图1所示。
关键词:CFD;流体机械设计;应用
CFD技术应用论文

CFD技术在内燃机中的应用汽车学院14班鲁瑛琦44120208摘要:进入二十一世纪以来,科学技术的高速发展让内燃机实验变得更加简便。
尤其是仿真模拟软件的应用大大节省了内燃机实验的成本,提高了可操作性。
其中CFD技术运用广泛,在内燃机设计中发挥的作用也越来越重要。
本文简要介绍了内燃机工作过程数值模拟和内燃机CFD的发展历程,并介绍了内燃机CFD 的各个组成部分和缸内紊流流场的基本算法,最后指出了内燃机CFD的发展趋势。
1.CFD技术简介CFD(Computational Fluid Dynamics)是基于计算机技术的一种数值计算工具,用于求解流体的流动和传热问题。
由于CFD可以准确的给出流体流动的细节,因而可以从对流场的定量分析中发现产品设计中存在的问题,据此优化设计方案,达到改变传统产品设计过程的目的。
本文对CFD技术在内燃机设计中的应用进行了讨论。
1.1紊流运动的CFD简介内燃机的缸内气体流动是典型的紊流运动,对紊流运动的计算属于计算流体力学(CFD)的范畴。
内燃机工作过程CFD即是在紊流流动CFD的基础上,增加了对内燃机工作过程所特有的喷雾、蒸发、混合及燃烧等子模型的建立。
紊流运动的CFD是目前CFD领域困难最多但研究最活跃的领域之一。
目前关于此类的计算方法大致可分为:(1).直接数值模拟(DNS)。
运用非稳态的N-S方程对紊流进行直接计算,包括大尺度涡旋和小尺度涡旋,对高度复杂的紊流运动必须采用很小的时间和空间步长。
(2).大涡模拟(LES)。
运用非稳态N-S方程直接模拟大尺度涡旋,小涡对大涡的影响通过近似的模型来考虑。
以上两种计算方法都要求计算机有很高的处理速度和存储容量。
(3).Reynolds时均方程法。
将非稳态方程对时间作平均,在所得出的关于时均物理量非控制方程中包含了脉动量乘积的时均值等物理量,于是所得出的方程个数小于未知量的个数。
为使方程组封闭,就建立模型把未知的更高阶的时间平均值表示成较低阶的在计算中可以确定的量的函数。
CFD软件简介

CFD软件简介CFD软件简介作者:酥梨源于:CAE学术论坛CFD,主要用于解决工程中的流体和传热问题,目前比较好的CFD软件有:Fluent、CFX、Phoenics、Star-CD,除了Fluent是美国公司软件外,其它三个都是英国公司的产品。
FLUENTFLUENT是目前国际上比较流行的商用CFD软件包,在美国的市场占有率为60%。
举凡跟流体,热传递及化学反应等有关的工业均可使用。
它具有丰富的物理模型、先进的数值方法以及强大的前后处理功能,在航空航天、汽车设计、石油天然气、涡轮机设计等方面都有着广泛的应用。
其在石油天然气工业上的应用包括:燃烧、井下分析、喷射控制、环境分析、油气消散/聚积、多相流、管道流动等等。
Fluent的软件设计基于CFD软件群的思想,从用户需求角度出发,针对各种复杂流动的物理现象,FLUENT软件采用不同的离散格式和数值方法,以期在特定的领域内使计算速度、稳定性和精度等方面达到最佳组合,从而高效率地解决各个领域的复杂流动计算问题。
基于上述思想,Fluent开发了适用于各个领域的流动模拟软件,这些软件能够模拟流体流动、传热传质、化学反应和其它复杂的物理现象,软件之间采用了统一的网格生成技术及共同的图形界面,而各软件之间的区别仅在于应用的工业背景不同,因此大大方便了用户。
其各软件模块包括:GAMBIT——专用的CFD前置处理器,FLUENT系列产品皆采用FLUENT公司自行研发的Gambit前处理软件来建立几何形状及生成网格,是一具有超强组合建构模型能力之前处理器,然后由Fluent进行求解。
也可以用ICEM CFD进行前处理,由TecPlot进行后处理。
压缩流及中度可压缩流流场问题的CFD软件。
可应用的范围有紊流、热传、化学反应、混合、旋转流(rotating flow)及震波(shocks)等。
在涡轮机及推进系统分析都有相当优秀的结果,并且对模型的快速建立及shocks 处的格点调适都有相当好的效果。
船舶CFD研究现状

1 前言船舶的水动力性能(快速性、适航性、操纵性)是由绕船的流场特性而决定,从理论上讲通过求解描述流场特性的流体动力学方程就能对相应的水动力性能做出预报。
然而,由于自由面的存在、船体几何形状复杂(特别是船尾)、附体较多,导致自由面水波、流体分离、旋涡等现象的出现,使得流场中的流动结构很复杂,即使有了描述流动过程的微分方程式也不可能得到解析解,因此,长期以来船模试验便成了研究船舶周围流场特性的一个必不可少的手段。
然而,船模试验不仅周期长、费用高、很难得到详细的局部流场信息,同时因为尺度效应,船模实际上并不能真实地再现实船的流动情况,存在很大的局限性。
新的水动力性能预报手段的引入己十分必要。
计算流体力学(Computational Fluld Dynamics) 是在计算机上求解描述流体运动、传热和传质的偏微分方程组,并对上述现象进行过程模拟。
用它来进行流体动力学的基础研究,其主要优点是能以较少的费用和较短的时间来获得大量有价值的研究结果。
随着计算机技术的飞速发展,数值方法不断改进,CFD 的计算精度不断提高以至满足工程实用要求逐渐成为可能,正成为研究船舶水动力性能的一种新的、快速而经济的重要工具。
较为成功的应用实例是耐波性的计算程序的普及,升力线、升力面理论已取代了螺旋桨图谱设计。
船舶阻力的CFD 计算尽管存在自由表面、高雷诺数等多种难题,但近30年来通过人们不懈的努力,从势流理论线性计算到非线性计算,从理想流体到粘性流体,从薄边界层到全NS 方程的求解,直至考虑自由面的NS方程的求解,CFD方法在计算能力和实用方面都发生了深刻的变化。
过去只是在大学和研究机构才有的计算方法,如今已有很多商业化的CFD 软件可以应用。
2 CFD 技术在舰船总体性能设计与试验相比的优势目前在船舶水动力研究上,CFD技术与试验互补,与试验结合,对试验提供辅助,使试验功能强化,由CFD技术获于取试验无法观察或难以观察到的流动信息或性能信息。
CFD技术在航空设计中的应用

CFD技术在航空设计中的应用第一章:引言航空工业一直是高科技、高精度、高效率和高质量的行业,需要对航空器进行复杂的模拟,以提高设计和生产效率。
Computational Fluid Dynamics (CFD)技术是一种适用于航空领域的非常重要的技术。
通过CFD技术,航空工程师们可以在设计和生产过程中进行流体动力学方面的模拟,从而实现航空器的优化设计和性能改进。
本文将主要探讨CFD技术在航空设计中的应用,展示CFD技术在航空领域未来的前景。
第二章:CFD技术的基本概念和原理CFD流体计算力学技术是一种通过数值方法解决流场和传热传质问题的方法。
它基于物理方程,使用数值方法将这些方程离散化并求解,这些方程包括质量守恒、动量守恒和能量守恒。
CFD的求解过程可以分为以下几个步骤:首先,通过离散方程将流场的信息转化为数值问题。
其次,使用CFD软件求解这些方程得出流场的数值解,并进行后处理以得出所需的结果。
CFD技术对于航空工程师来说具有极大的意义,因为在设计和生产航空器时,CFD技术可以模拟预测流体流动、空气动力学和热力学等方面的问题。
其基本原理是利用计算机模拟了问题,可以减少试错和试验成本,同时也可以改进航空器的性能和设计。
第三章:CFD技术在航空设计中的应用3.1 流场分析流场分析是CFD技术在航空设计中的最主要的应用之一。
流场分析可以通过预测航空器周围空气的流动情况,对气动力学特性和设计方案进行验证和优化。
CFD技术可以用来模拟除气动外其他方面的流体问题,比如空气在飞机上的装载和传播。
通过这种方法可以减少设计周期和改进设计,实现高效的生产。
3.2 研究翼型形状翼型形状是航空工程中一个很关键的方面,因为它对气动布局、飞行控制、降阻、噪声和减震等方面都有着重要影响。
CFD技术可以帮助工程师们对不同翼型进行模拟,分析其气动表现,减少试错和建立翼型模型和设计。
它还可以模拟飞行过程中的不同气流和气动效应,比如着陆时,惯性降阻起到了什么作用等。
CFD第一讲

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五、CFD的方法
• 现代科学研究的三大基本方法及其关系 理论分析、实验研究、数值模拟
流体力学 研究方法
数值分析
动力
实验研究
理论分析
条件
计算流体力学
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计算机技术 飞速发展
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(1)理论分析(Analytical):所得结果具有普遍性,各 种影响因素清晰可见,是指导实验研究和验证新的数值计 算方法的理论基础。但它往往要求对计算对象进行抽象和 简化,才有可能得出理论解。对于非线性情况,只有少数 流动才能给出解析结果。
计算流体动力学
CFD
一、CFD基本概念
★计算流体力学(Computation Fluid Dynamics ,简称CFD)就是在电子计算机上数值求解流体与气体 动力学基本方程的学科,通过计算机数值计算和图像显 示,对包含有流体力学流动和热传导等到相关物理现象 的系统所做的分析。
★控制方程:质量守恒方程、动量守恒方程、能量 守恒方程、组分质量守恒方程
CFD控制方程
• 能量守恒方程(energy conservation equation):微元体中能 量的增加率等于进入微元体的净热流量加上体力与面力对微 元体所做的功。
k ( T ) div( uT ) div grad T S T c t p
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四、CFD的基本原理
任何流体运动的规律都是以质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定 律为基础的。这些基本定律可由数学方程组来描述,计算流体力学可以看 做是在流动基本方程,控制对流体的数值仿真模拟。
通过这些数值模拟,我们可以得到极其复杂问题的流场内各个位置上的 基本物理量(如速度、压力、温度、浓度等)的分布,以及这些量随时间 变化的情况,确定是否产生涡流,涡流分布特性及脱流区域等。
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1.1 计算流体力学的起源 计算流体力学(Computational Fluid Dynamics)是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。他作为流体力学的一个分支产生于第二次世界大战前后,在20 世纪60年代左右逐渐形成了一门独立的学科【1】。总的来说随着计算机技术及数值计算方法的发展,我们可以将其划分为三个阶段: 第一,初始阶段(1965~1974),这期间的主要研究内容是解决计算流体力学中的一些基本的理论问题,如模型方程(湍流、流变、传热、辐射、气体-颗粒作用、化学反应、燃烧等)、数值方法(差分格式、代数方程求解等)、网格划分、程序编写与实现等,并就数值结果与大量传统的流体力学实验结果及精确解进行比较,以确定数值预测方法的可靠性、精确性及影响规律。同时为了解决工程上具有复杂几何区域内的流动问题,人们开始研究网格的变换问题,如Thompson, Thams和Mastin提出了采用微分方程来根据流动区域的形状生成适体坐标体系,从而使计算流体力学对不规则的几何流动区域有了较强的适应性,逐渐在CFD中形成了专门的研究领域:“网格形成技术”。 第二,工业应用阶段(1975~1984年),随着数值预测、原理、方法的不断完善,关键的问题是如何得到工业界的认可,如何在工业设计中得到应用,因此,该阶段的主要研究内容是探讨CFD在解决实际工程问题中的可行性、可靠性及工业化推广应用。同时,CFD技术开始向各种以流动为基础的工程问题方向发展,如气固、液固多相流、非牛顿流、化学反应流、煤粉燃烧等。但是,这些研究都需要建立在具有非常专业的研究队伍的基础上,软件没有互换性,自己开发,自己使用,新使用的人通常需要花相当大的精力去阅读前人开发的程序,理解程序设计意图,改进和使用。1977年,Spalding等开发的用于预测二维边界层内的迁移现象的GENMIX程序公开,其后,他们首先意识到公开计算源程序很难保护自己的知识产权,因此,在1981年,组建的CHAM公司将包装后的计算软件(PHONNICS-凤凰)正式投放市场,开创了CFD商业软件的先河,但是,在当时,该软件使用起来比较困难,软件的推广并没有达到预期的效果。我国80年代初期,随着与国外交流的发展,科学院、部分高校开始兴起CFD的研究热潮。 第三,快速发展阶段(1984至今),CFD在工程设计的应用以及应用效果的研究取得了丰硕的成果,在学术界得到了充分的认可。同时Spalding领导的CHAM公司在发达国家的工业界进行了大量的推广工作, Patankar也在美国工程师协会的协助下,举行了大范围的培训,皆在推广应用CFD,然而,工业界并没有表现出太多的热情。1985年的第四界国际计算流体力学会议上,Spalding作了CFD在工程设计中的应用前景的专题报告,在该报告中,他将工程中常见的流动、传热、化学反应等过程分为十大类问题,并指出CFD都有能力加以解决,分析了工业界不感兴趣,是因为软件的通用性能不好,使用困难。如何在CFD的基础研究与工程开发设计研究之间建立一个桥梁?如何将研究结果为高级工程设计技术人员所掌握,并最大限度地应用于工程咨询、工程开发与设计研究?这正是本时期应用基础研究所追求的目标。此后,随着计算机图形学、计算机微机技术的快速进步,CFD的前后处理软件得到了迅速发展,如GRAPHER,GRAPHER TOOL,ICEM-CFD等等。
1.2 计算流体力学的基本原理 任何流体运动的规律都是以质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律为基础的。这些基本定律可由数学方程组来描述,计算流体力学可以看做是在流动基本方程,控制下对流体的数值仿真模拟。通过这些数值模拟,我们可以得到极其复杂问题的流场内各个位置上的基本物理量(如速度、压力、温度、浓度等)的分布,以及这些量随时间变化的情况,确定是否产生涡流,涡流分布特性及脱流区域等。 计算流体力学以理论流体力学和计算数学为基础,是这两门学科的交叉学科。主要研究把描述流体运动的连续介质数学模型离散成大型代数方程,建立可在计算机上求解的算法。广义而言,可从流体现象出发,直接建立满足流动规律的、适当的离散数值模型,而不必经由已有的流体力学偏微分方程组。通过时空离散化,把连续的时间离散成间断的有限的时间。把连续的介质离散成间断有限的空间模型,从而把偏微分方程转变成有限的代数方程。因此,数值方法的实质就是离散化和代数化。离散化—把无限信息系统变成有限信息系统;代数化—把偏微分方程变成代数方程。而离散的数值解一般可用两种形式给出:网格点上的近似值,如差分法;单元中易于计算的近似表达式,如有限元、边界元法。 CFD包括对各种类型的流体(气体、液体及特殊情况下的固体),在各种速度范围内的复杂流动在计算机上基进行数值模拟的计算。它涉及用计算机寻求流动问题的解和流体动力学研究中计算机的应用两方面问题。计算机科学及超级计算机的发展为CFD技术的发展提供了舞台。
1.3 计算流体力学在国内外的应用 目前,计算流体力学主要应用于热能动力、航空航天、机械、土木水力、环境化工等工程领域,近些年,暖通空调行业也日益成为CFD技术应用的重要领域。 1.3.1 计算流体力学在国外的应用 在欧美等发达国家,自二十世纪六十年代以来CFD技术已得到飞速发展。其发展的原动力是不断增长的工业需求,而航空航天工业自始至终是最强大的推动力。传统飞行器设计方法试验昂贵、费时,所获信息有限,迫使人们需要用先进的计算机仿真手段指导设计,大量减少原型机试验,缩短研发周期,节约研究经费。四十年来,CFD在湍流模型、网格技术、数值算法、可视化、并行计算等方面取得飞速发展,并给工业界带来了革命性的变化。如在汽车工业中,CFD和其它计算机辅助工程(CAE)工具一起,使原来新车研发需要上百辆样车减少为目前的十几辆车;国外飞机厂商用CFD取代大量实物试验,如美国战斗机YF-23采用CFD进行气动设计后比前一代YF-17减少了60%的风洞试验量。目前在国外,在航空、航天、汽车等诸多工业领域,利用CFD进行的反复设计、分析、优化已成为标准的必经步骤和手段。
1.3.2 计算流体力学在国内的应用 计算流体力学进入我国时间较短,但其已在我国众多领域获得了广泛的应用。其中航天、航空、船舶、汽车、核电是资深的CFD应用领域【7】,例如在航天方面,载人航天工程、新一代运载火箭的研制等都大大的依赖于CFD技术,我国第一架喷气涡扇式支线飞机的研制就是CFD在我国应用的典范;在船舶方面,据有关材料说上海到2015年总造船能力要达到120万吨,这样巨大的任务必须依托CFD才能完成;汽车方面,随着全球汽车制造向中国的转移,汽车研发能力开始提上日程,处于综合成本的考虑,这些企业都在寻求外部高性能计算,最终必须依赖CFD。 目前,采用通用成熟的商业CFD软件进行日常设计分析工作已成为众多企业不可或缺的一部分。以我国的上海为例,在电子工业、市政建设工程、环保、建筑、机电成套设备工业和其他工业领域都相继引入CFD作为基本设计分析手段。如在电子工业中采用CFD进行散热分析,在市政工程中采用CFD进行通风、火灾、泥沙淤积模拟,在机电成套设备工业中应用CFD进行水轮机、汽轮机等旋转机械设计和锅炉等燃烧器燃烧流动分析,在环保中应用CFD进行水系污染模拟,在注塑、模具、炼钢中应用CFD进行非牛顿流体过程分析等等。 随着CFD应用的不断深入,我国高校和科研院所也开始对其加大研究,比如目前西北工业大学与中航商用飞机有限公司联合进行的机翼颤振分析软件的并行化开发,上海交通大学开发的气动优化设计分析软件和具有自主知识产权的CFD平台。
1.4 计算流体力学在暖通空调方面的应用
1.4.1 计算流体力学在暖通空调方面的应用概况 计算流体力学在暖通空调领域的应用最早可以追溯到1974年,当时丹麦的 Nielsen 首次将CFD用于暖通空调 (HVAC) 工程领域【6】,对通风房间内的空气流动进行模拟。简单地说,CFD相当于"虚拟"地在计算机上做实验,用以模拟仿真实际的流体流动情况,故CFD是现代模拟仿真技术的一种。它在暖通空调(HVAC)工程中的应用,主要在于模拟预测室内外或设备内的空气或其他工质流体的流动情况。相比传统的模型实验和经验公式预测液体的流动和传热而言,CFD技术具有成本低、速度快、资料完备等优点。故其逐渐受到人们的青睐,尤其是随着计算机技术和数值模拟技术的发展,CFD已被广泛应用于解决工程中的实际问题。CFD方法可应用于对室内空气分布情况进行模拟和预测,从而得到房间内速度、温度、湿度以及有害物浓度等物理量的详细分布情况。 CFD 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,这其中将涉及流体力学(尤其是湍流力学)、计算方法乃至计算机图形处理等技术。对于暖通空调领域内的流动问题,多为低速流动,流速在10m/s以下;流体温度或密度变化不大,可看作不可压缩流动。从此角度而言,此应用范围内的 CFD 和数值传热学等同。另外,暖通空调领域内的流体流动多为湍流流动,这又给解决实际问题带来很大的困难。由于湍流现象至今没有完全得到解决,目前暖通空调中的一些湍流现象主要依靠湍流半经验理论来解决。 HVAC领域的流动问题满足连续性方程,动量方程和能量方程,通常用不可压流体的粘性流体流动的控制微分方程。又因为HVAC领域的流体流动基本为湍流流动,所以从工程应用的角度而言,需要采用适当的湍流模型模拟湍流流动才能实现对所研究问题的完整描述,以便于数值求解。目前在房间空气流动中最普遍采用的是 k − e 模型,它属于两方程模型.对于一般工程,也可采用新的零方程模型。 CFD在HVAC工程中的具体应用主要有: 第一,通风空调空间气流组织设计。通风空调空间的气流组织设计是通风空