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

　　關鍵詞：CFD技術；數(shù)值模擬；暖通空調；氣流組織

　　前言

　　為制定出最佳的通風空調方案，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域中采用的方法主要有四種：射流公式法、Zonal Model、模型實驗和CFD[1].

　　射流公式法是最經(jīng)濟簡單的室內空氣分布預測方法，對于實際空調房間的復雜氣流形式模擬誤差很大。Zonal Model模擬得到的實際上還是一種相對“精確”的集總結果，且在機械通風中的應用還存在較多問題。模型實驗是最可靠的方法，但是搭建實驗模型耗資很大，周期很長，而對于不同的條件，可能還需要多個實驗，耗資更多，周期也長達數(shù)月以上。且它對于整個流場的速度、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。隨著經(jīng)濟發(fā)展、科技進步，CFD技術已成為現(xiàn)代建筑領域一個重要的研究課題。

　　1、CFD技術

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

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

　　美國是使用CFD技術較早的國家之一。1986年美國國家標準協(xié)會對世界范圍內用CFD模擬室內空氣流動的發(fā)展情況進行了總結，并成立了專門研究機構，致力于室內空氣流動的研究。美國ASHARE協(xié)會于1989年成立了研究用CFD方法預測室內空氣流動的研究機構，比較完整的研究了CFD方法模擬室內空氣流動的相關問題。日本是另一個使用CFD技術較成功的國家。數(shù)值模擬技術在日本建筑環(huán)境工程領域的應用始于20世紀70年代初[4].

　　2、CFD技術在暖通空調領域的應用

　　2.1 CFD在暖通空調中的主要應用領域

　　CFD 主要可用于解決以下幾類暖通空調工程的問題：

　　1.通風空調房間氣流組織設計

　　借助CFD可以預測仿真通風空調空間的氣流分布詳細情況。氣流數(shù)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(xiàn)最優(yōu)的氣流分布方案，進而指導設計使其達到良好的通風空調效果。

　　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(qū)二次風、小區(qū)熱環(huán)境等問題日益受到人們的關注。采用CFD可以方便地對建筑外環(huán)境進行模擬分析，從而設計出合理的建筑風環(huán)境。而且，通過模擬建筑外環(huán)境的風流動情況，還可進一步指導建筑內的自然通風設計等[5].

　　3.室內空氣品質研究

　　利用CFD技術研究室內空氣品質問題，主要是通過模擬得到室內各個位置的風速、溫度、相對濕度、污染物濃度等參數(shù)，從而評價通風換氣效率、熱舒適和污染物排除效率等。