基于cfd模拟的大型公共建筑通风空调系统研究

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1、基于CFD模拟的大型公共建筑通风空调系统研究课题名称：基于CFD模拟的大型公共建筑通风空调系统研究课题承担单位（盖章）：中国建筑第七工程局有限公司课题起止时间：2013年01月至2014年06月课题验收时间：2014年07月目录1绪论11.1选题背景11.2计算流体力学（CFD）在通风空调中应用21.3国内外研究现状61.3本文研究的内容和目标82CFD发展概况与原理分析92.1计算流体力学的发展历史92.2物理现象的数学描述112.3计算方法及求解过程142.4总结203工程原设计方案通风空调系统CFD模拟研究213.1建筑设计概况213.2展厅原设

2、计方案夏季CFD模拟计算223.3展厅原设计方案冬季CFD模拟计算273.4总结304工程现状通风空调系统CFD模拟研究324.1展厅现状夏季CFD模拟计算324.2展厅现状冬季CFD模拟计算384.3总结425分层空调方案空调系统CFD模拟研究445.1分层空调改进方案设计计算445.2分层空调的CFD模拟计算465.3本章小结546结论556.1主要研究结论556.2课题研究心得561绪论1.1选题背景目前，国内外大型公共建筑的建设数量越来越多，公共建筑对通风空调系统的要求也越来越高。大型公共建筑一般指建筑面积2万平方米以上且采用中央空调的办公建筑

3、、商业建筑、旅游建筑、科教文卫建筑、通信建筑以及交通运输等公共建筑用房。CFD(ComputationalFluidDynamics,即计算流体动力学,简称CFD)是目前国际上一个强有力的研究领域,是进行“三传”(传热、传质、动量传递)及燃烧、多相流和化学反应研究的核心和重要技术,广泛应用于热能动力、航空航天、机械、土木水利、环境化工等诸多工程领域,暖通空调制冷行业是CFD技术应用的重要领域之一。在1998年全国暖通空调制冷学术年会上设有一个CFD专题小组,之后基于CFD模拟通风空调系统的研究就越来越突出。近几年来，随着计算机大容量化和高速度化以及CF

4、D的发展，应用CFD技术模拟预测大型公共建筑空调系统的气流组织、热舒适性以及优化设计方案成为可能。大型公共建筑空调系统由于受到初投资昂贵、设计复杂等条件的限制，我国尚缺乏各种空调设计方案在大型公共建筑中采用的应用实例。因此，结合淮北恒大名都二期主体及配套工程二标段工程项目原设计院设计有回风管道空调系统和无回风管道空调系统现状以及改进方案分层空调系统三种方案，利用专业软件Airpak2.1对其空调系统的热舒适性与气流组织开展了模拟研究，以期研究结果能对实际空调工程设计具有指导价值。551.2计算流体力学（CFD）在通风空调中应用1.2.1初识CFDCFD

5、是英文ComputationalFluidDynamics（计算流体动力学）的简称。它是伴随着计算机技术、数值计算技术的发展而发展的。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。而其基本原理则是数值求解控制流体流动的微分方程，得出流体流动的流场在连续区域上的离散分布，从而近似模拟流体流动情况。可以认为CFD是现代模拟仿真技术的一种。CFD是目前国际上一个被极为关注的研究领域，是进行“三传”(传热、传质、动量传递)及燃烧、多相流和化学反应研究的核心和重要技术，广泛应用于热能动力、航空航天、机械、土木水利、环境化工等诸

6、多工程领域。暖通空调制冷行业是CFD技术应用的重要领域之一。CFD就是利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。因问题的不同，CFD技术也会有所差别，如可压缩气体的亚音速流动、不可压缩气体的低速流动等。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，故可将其看作不可压缩流动，不必考虑可压缩流体高速流动下的激波等复杂现象。从此角度而言，此应用范围内的CFD和数值传热学NHT（NumericalHeatTransfer）等同。另外

7、，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。由于湍流现象理论求解至今没有完全得到解决，目前HVAC领域内的一些湍流现象主要依靠湍流半经验理论来解决。总体而言，CFD通常包含如下几个主要环节：建立数学物理模型、数值算法求解、结果可视化。551.2.2CFD的模拟优势CFD是一种模拟仿真技术，在暖通空调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。以预测室内空气分布为例，目前在暖通空调工程中采用的方法主要有四种：射流公式、Zonalmodel、CFD以及模型实验。由于建筑空间越来越向复杂化、多样化和

8、大型化发展，实际空调通风房间的气流组织形式变化多样，而传统的射流理论分析方法采用的是基于某些标