摘要：随着科技的发展，暖通空调的传统技术因为逐渐跟不上时代发展的步伐而面临挑战，CFD技术应运而生。CFD技术以计算机为工具，应用各种离散化方法，对流体力学问题进行数值实验、计算机模拟和分析研究。将CFD技术应用到空调制冷工程中，能有效地解决暖通空调制冷过程出现的问题。本文首先介绍了CFD技术在暖通空调制冷工程中的应用特点和应用功能及原则，然后阐述了CFD技术在暖通空调制冷工程中的应用过程，最后列举了CFD技术在暖通空调制冷工程中的具体应用，希望能对相关行业提供帮助。
关键词：CFD技术；暖通空调制冷工程；应用研究
1 CFD技术在暖通空调制冷工程中的应用特点
1.1数学物理模型
数学物理模型是流体问题的数学描述。对本文研究领域而言，研究涉及的流体通常是不可压粘性流体，其模型的控制微分方程包括连续性方程（质量守恒）、动量方程（动量守恒）和能量方程（能量守恒）。同时，由于此领域中流体流动大多是湍流流动，因此需结合相应的湍流模型，形成问题的完整描述，以进行数值求解。
1.2数值方法
不同数值方法的主要区别在于求解区域和控制方程的离散方式。在流体力学数值方法中，应用较广泛的离散方式包括有限差分法、有限元法、边界元法、有限体积法和有限分析法。一般而言，对于本文研究领域中的不可压、低速流动和传热问题，普遍采用第四种方法（有限体积法）进行离散。有限体积法采用物理观点离散，每个有限体积上物理量守恒方程构成相应的离散方程，物理概念清晰，离散方程的系数具有一定物理代表意义。离散之后，代数方程替代了微分方程，结合相应的计算方法进行求解，就可以得到离散的流场分布。
1.3结果可视
通过计算机图形学等技术，可以实现对CFD模拟流场（速度场、温度场或浓度场等）结果的可视化显示，将CFD分析结果形象、直观地表示出来。
1.4收敛技术
CFD技术在进行数据计算方面可以利用收敛技术，从而解决数学模型中计算量庞大的问题，运用收敛技术可以提高计算的效率，并且更加便捷，包括了残差法和多重网格法。
2 CFD技术在暖通空调制冷工程中的应用功能及原则
2.1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。
2.2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。
3 CFD技术在暖通空调制冷工程中的应用过程
3.1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。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在定义模拟目标时，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。
3.2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。
3.3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。
4 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[1]，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［1］。CFD具体应用主要包括以下方面：
4.1室内气流组织的设计
建筑的设计以及制冷要充分考虑内部气流问题，房间气流能够对温度、空气质量产生影响，必须要进行优化才能保证制冷效果的有效性。CFD技术的具体应用，可以有助于进行空调气流的计算，进而预测出气流的分布情况。同时，CFD技术还可以进行室内环境的分析，找出对环境进行干扰的因素以及干扰边界条件的问题和相关初始条件，这些问题都是暖通空调需要注意解决的，对于自身制冷的效率有直接的影响。
4.2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。
4.3完善暖通空调制冷设备
对于暖通空调的具体功能来说，制冷设备的制冷能力最为关键，其效率高低决定了这台设备的优劣与否。通常情况下，暖通空调的相关装置是利用流体工质原理进行运作，包括了风机、空调器等设备。通过CFD技术的应用，能够分析出装置中流体运动状况，进而判定出设备的性能，方便对其进行有效改善优化，逐步提升制冷的高效性。
例如，对于风机设备改善来说，首先要利用CAD软件画出风机装置的构成平面图，然后在通过CFD技术进行数学模型生成，因为CFD技术具备流动显示功能以及网格生成功能，所以，在这方面可以节省时间，高效分工。其次就是针对不同板块进行分工，在此过程中的计算工作也由于CFD技术被缩减，降低了难度[2］。对数学模型进行计算之后，就能够对风机装置的相关工作状况进行有效分析，这是一个判断的过程，要通过具体的分析判断形成对装置的全面解析，发现不完善的地方，从而在设计中进行改善。
5结束语
CFD技术已在众多实际工程中得到了广泛的应用，其可作为解决暖通空调制冷领域的流动和传热传质问题的重要手段，对提高此领域系统效率和稳定性具有重要意义。
参考文献：
［1］龚光彩.CFD技术在暖通空调制冷工程中的应用［J］.暖通空调，1999（06）：25~27.
［2］裴峰，何启林，贾群.暖通空调CFD技术应用现状及展望［J.制冷与空调，2003（03）：56~58.
论文作者:李会迪
论文发表刊物:《基层建设》2018年第20期
论文发表时间:2018/8/21
标签：技术论文; 暖通论文; 空调制冷论文; 流体论文; 暖通空调论文; 工程论文; 方程论文; 《基层建设》2018年第20期论文;