摘要：本文對CFD技術(shù)在暖通空調中的應用進(jìn)行了闡述，介紹其使用方法和步驟，為設計人員在暖通設計中應用CFD技術(shù)提供參考。

　　關(guān)鍵詞：CFD技術(shù)；數值模擬；暖通空調；氣流組織

　　前言

　　為制定出最佳的通風(fēng)空調方案，暖通工作者都希望在設計階段就能預測室內空氣的分布情況。而目前在暖通空調領(lǐng)域中采用的方法主要有四種：射流公式法、Zonal Model、模型實(shí)驗和CFD[1].

　　射流公式法是最經(jīng)濟簡(jiǎn)單的室內空氣分布預測方法，對于實(shí)際空調房間的復雜氣流形式模擬誤差很大。Zonal Model模擬得到的實(shí)際上還是一種相對“精確”的集總結果，且在機械通風(fēng)中的應用還存在較多問(wèn)題。模型實(shí)驗是最可靠的方法，但是搭建實(shí)驗模型耗資很大，周期很長(cháng)，而對于不同的條件，可能還需要多個(gè)實(shí)驗，耗資更多，周期也長(cháng)達數月以上。且它對于整個(gè)流場(chǎng)的速度、溫度分布缺乏全面深刻的了解，這些都限制了它的推廣和使用。

　　CFD具有模擬設備簡(jiǎn)單、投資低、計算速度決、計算空間不受限制、完整的資料獲取、并且可以模擬各種工況，是其它三種方法所不具備的。隨著(zhù)經(jīng)濟發(fā)展、科技進(jìn)步，CFD技術(shù)已成為現代建筑領(lǐng)域一個(gè)重要的研究課題。

　　1、CFD技術(shù)

　　CFD是英文Computaional Fluid Dynamics（計算流體動(dòng)力學(xué)）的簡(jiǎn)稱(chēng)，通過(guò)計算機數值計算和圖像顯示，對包含有流體流動(dòng)和熱傳導等相關(guān)物理現象的系統所做的分析。CFD可以看做是在流動(dòng)基本方程（質(zhì)量守恒方程、動(dòng)量守恒方程、能量守恒方程）控制下對流動(dòng)的數值模擬，是進(jìn)行“三傳”（傳熱、傳質(zhì)、動(dòng)量傳遞）及燃燒、多相流和化學(xué)反應研究的核心和重要技術(shù)，廣泛應用于熱能動(dòng)力、航空航天、機械、土木水利、環(huán)境化工等諸多工程領(lǐng)域。暖通空調制冷行業(yè)是 CFD 技術(shù)應用的重要領(lǐng)域之一[2].

　　1933年，英國人Thom首次數值求解了二維粘性流體偏微分方程，標志著(zhù)CFD的誕生；1974年，丹麥的P.V.Nielsen利用流函數和渦旋公式求解封閉二維流動(dòng)方程，采用k-ε流體湍流模型模擬室內空氣流動(dòng)情況，首次將CFD技術(shù)應用于空調工程。隨后10多年，世界各發(fā)達國家出于節約能源和提高社會(huì )工作效率的考慮，都投入大量人力、物力、財力來(lái)進(jìn)行這方面的研究，并且取得了一定的成果[3].短短的 20 多年內，CFD 技術(shù)在暖通空調工程中的研究和應用也進(jìn)行地如火如荼。如今，CFD 技術(shù)逐漸成為廣大空調工程師和建筑師解決分析工程問(wèn)題的強有力工具。

　　美國是使用CFD技術(shù)較早的國家之一。1986年美國國家標準協(xié)會(huì )對世界范圍內用CFD模擬室內空氣流動(dòng)的發(fā)展情況進(jìn)行了總結，并成立了專(zhuān)門(mén)研究機構，致力于室內空氣流動(dòng)的研究。美國ASHARE協(xié)會(huì )于1989年成立了研究用CFD方法預測室內空氣流動(dòng)的研究機構，比較完整的研究了CFD方法模擬室內空氣流動(dòng)的相關(guān)問(wèn)題。日本是另一個(gè)使用CFD技術(shù)較成功的國家。數值模擬技術(shù)在日本建筑環(huán)境工程領(lǐng)域的應用始于20世紀70年代初[4].

　　2、CFD技術(shù)在暖通空調領(lǐng)域的應用

　　2.1 CFD在暖通空調中的主要應用領(lǐng)域

　　CFD 主要可用于解決以下幾類(lèi)暖通空調工程的問(wèn)題：

　　1.通風(fēng)空調房間氣流組織設計

　　借助CFD可以預測仿真通風(fēng)空調空間的氣流分布詳細情況。氣流數值分析能夠考慮室內各種可能的內擾、邊界條件和初始條件，因而它能全面地反映室內的氣流分布情況，從而便于發(fā)現最優(yōu)的氣流分布方案，進(jìn)而指導設計使其達到良好的通風(fēng)空調效果。

　　2.建筑外環(huán)境分析設計

　　建筑外環(huán)境對建筑內部居住者的生活有重要的影響，建筑小區二次風(fēng)、小區熱環(huán)境等問(wèn)題日益受到人們的關(guān)注。采用CFD可以方便地對建筑外環(huán)境進(jìn)行模擬分析，從而設計出合理的建筑風(fēng)環(huán)境。而且，通過(guò)模擬建筑外環(huán)境的風(fēng)流動(dòng)情況，還可進(jìn)一步指導建筑內的自然通風(fēng)設計等[5].

　　3.室內空氣品質(zhì)研究

　　利用CFD技術(shù)研究室內空氣品質(zhì)問(wèn)題，主要是通過(guò)模擬得到室內各個(gè)位置的風(fēng)速、溫度、相對濕度、污染物濃度等參數，從而評價(jià)通風(fēng)換氣效率、熱舒適和污染物排除效率等。