计算流体力学在制冷空调中应用探究

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1、计算流体力学在制冷空调中应用探究摘要：计算流体力学属于现代模拟仿真技术，研究专员利用计算机来模拟仿真实际的流体流动，通过虚拟的实验情况来得出相应理论，并将理论运用于实际的工程领域中。暖通空调CFD技术就是基于计算流体力学而发展的一种技术，该技术在暖通空调的实际工程领域中得到了广泛的应用，在此基础上激发了研究专员对制冷空调工程领域的探索，提出了基于计算流体力学在制冷空调中的应用研究。在此，本文将从暖通空调cro技术出发，探究cro技术在制冷空调中的应用。关键词：计算机流体力学；CFD；制冷空调；应用研究1前言计算流体力学，又名计算流体动力学，英文简称CFD,这是一种对流体学

2、问题进行数值模拟与分析的新分支，主要得益于计算机技术与数值模拟技术的辅助。简而言之，cro属于现代模拟仿真技术，研究专员利用计算机来模拟仿真实际的流体流动，通过虚拟的实验情况来得出相应理论，并将理论运用于实际的工程领域中。成本低、速度快、资料完备等这些都是CFD技术的优势，加之伴随计算机技术与数值模拟技术的越来越成熟，在解决工程中的实际问题时CFD技术发挥着越来越重要的作用。1974年，CFD首次被运用于HVAC（暖通空调）工程领域，丹麦的Nielsen利用CFD对通风房间内的空气流动进行模拟，主要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。2计算机流体力学在制

3、冷空调中的应用2.1暖通空调CFD技术暖通空调CFD技术，即结合CFD方法、流体力学、湍流力学、计算方法、计算机图形处理技术等在计算机中求解出流体流动的各种守恒控制偏微分方程组的技术。在模拟暖通空调领域内流体流动实验时，分析结论是流动问题多为低速流动，保持lOm/s以下的流速，而根据变化不大的流体温度与密度情况可判断其为不可压缩流动，这一结论等同与应用范围内的CFD与数值传热学。但由于湍流流动是暖通空调领域内的主要流体流动，而CH）技术对湍流现象尚未取得全面解决理论，因而只能依靠湍流半经验理论来解决暖通空调的湍流现象，不过在解决实际问题中依然存在诸多困扰。暖通空调cro技

4、术主要有建立模型、数值求解、可视化处理三大主要步骤。2.1.1建立模型在研究流动问题时，需要通过建立数学物理模型才能完成数学描述。由于连续性方程、动量方程、能量方程都能满足HVAC领域的流动问题，一般可采用不可压流体的粘性流体流动的控制微分方程，但又因湍流流动是HVAC领域中的主要流体流动，为完整描述HVAC领域的流动问题，还需要运用适当的湍流模型模拟湍流流动及求解数值。当前，房间空气流动广泛采用两方程模型中的k-e模型，也可以采用新的零方程模型来解决HVAC领域的一般工程。粘性流体流动通用的控制微分方程为:其中变量可代表不同的物理量，进而表示不同含义的方程，如表示速度时

5、，就代表流体流动的动量守恒方程；表示焓时，代表能量守恒方程；表示湍流参数时，则代表湍流动能及湍流动能耗散率方程。通过上述方程，研究专员就可以计算出工程流场所需的温度、浓度、速度等物理量的分布。2.1.2数值求解在对HVAC领域的流动问题进行数值求解时，可以通过上述各微分方程进行数值求解。但由于那些微分方程相互耦合且非线性特征非常明显，因而只能通过离散实际问题的求解区域采用数值方法来求解。一般，有限容积、有限差分、有限元这三种是数值方法中主要运用的离散形式，普遍应用在HVAC工程领域的CFD技术中。又因低速、不可压流动是HVAC领域的特征，且其存在传热问题，因而在离散情形中

6、更多是采用有限容积的数值方法求解。2.1.3可视化处理通过数值求解步骤能够得出离散后的各网格节点上的数值，不过这种方式的求解结果直观性不强，不便于一般工程人员及其他相关人员理解，因而需要对求解结果的温度场、浓度场、速度场进行可视化处理。运用计算机图形学技术直观形象的表示出HVAC工程领域中的温度场、浓度场、速度场，使之成为暖通空调CFD技术应用中的必要组成部分。通过制冷空调的CFD预测仿真空调房间内的空气分布详细情况，从中得到的分析结果是要想迖到良好的制冷空调效果，需要重点解决通风空调系统中通风空调空间的气流组织设计，合理的气流组织设计不仅能够实现制冷空调的满意效果，而且

7、还能达到能源节省的目的。在制冷空调的设计中，通风空调空间是设计问题的关键部分，根据不同的空间特征可将制冷空调的通风空间划分为两类，一类是如住宅、办公室、高大空间等的普通建筑空间；一类是如洁净室、客车、列车等特殊空间。如此，可根据不同的空间需求在制冷空调设计中应用计算流体力学中的CFD技术，并借鉴暖通空调CFD技术的设计经验来帮助解决制冷空调设计中实际问题的解决。2.2食品的冷冻、冷藏与运输现如今，随着我国经济的快速发展，食品物流行业获得了巨大的发展空间。但是，制约于保鲜、冷冻、冷藏技术的落后，造成我国每年因食品运输而浪费了大量