暖通空调新技术.ppt

第一页，共二十八页，2022年，8月28日 CFD (Computational Fluid Dynamics ,即计算流体动力学,简称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，这其中将涉及流体力学（尤其是湍流流动）、计算方法、计算机图形处理等技术。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。 CFD简介 第二页，共二十八页，2022年，8月28日 (1)利用CFD方法可以对室内空气流动形成速度场、温度场、湿度场以及有害物浓度场等进行模拟和预测，从而可以得到房间内速度、温度、湿度以及有害物浓度等物理量的详细分布情况，这对于保证良好的房间空调系统气流组织设计方案、提高室内空气品质以及减少建筑物能耗都有着重要的指导意义; (2)利用CFD技术也能对建筑外部的空气流动情况进行模拟和预测，有助于建筑师进行建筑设计时全面考虑建筑物周围的微气候。 (3)对于暖通空调工程中其他的一些流动问题，也可以用CFD方法进行模拟，可以较快地提供给研究者详细的有关资料，避免大量昂贵复杂的实验。 CFD作用 第三页，共二十八页，2022年，8月28日 CFD基本上都是通过求解一组非线性偏微分方程数值模拟流体流动的物理过程，这些偏微分方程描述了基本的物理规律，如质量，动量和能量守恒。 室内空气流动的驱动力是压力差，这些压力差主要是由于风速，热浮升力，机械通风系统中某一种或者某几种共同作用而产生。 微分方程组 当把CFD用于IAQ( Indoor Ari Quality)领域时，运用控制容积的方法推导N一s方程描述质量和动量守恒，同时应用能量守恒和质量守恒定律。在三维笛卡儿坐标系中，偏微分方程分别表示了室内气流流动，热交换和污染物的迁移。 第四页，共二十八页，2022年，8月28日 X方向动量守恒 Y方向动量守恒 Z方向动量守恒 质量守恒 第五页，共二十八页，2022年，8月28日 污染物浓度守恒 能量守恒 第六页，共二十八页，2022年，8月28日 紊流模型 第七页，共二十八页，2022年，8月28日 2 　用CFD 方法解决问题的一般步骤 在这种设计过程中,设计可行与否往往取决于试验,为保证性能稳定,就不得不进行大量试验,而且,产品方案的筛选和优化是在设计、制造、测试部门之间进行大循环,由于牵涉的环节多,产品的开发周期长,费用高;对工程设计而言,往往需要进行方案选择、优化,这一工作一般是靠经验完成,难免导致方案可靠性降低,从而引起设计失败。 第八页，共二十八页，2022年，8月28日 计算流体力学即CFD 的应用则改变了传统的设计过程,由于CFD 软件可以相对准确地给出流体流动的细节,如速度场、压力场、温度场或浓度场分布的时变特性 ,因而不仅可以准确预测流体产品的整体性能,而且很容易从对流场的分析中发现产品或工程设计中的问题,据此提出的改进方案只需重新计算一次就可以判断、评估改进是否有效,并更容易得到某些规律性的知识。 第九页，共二十八页，2022年，8月28日 ①通风空调设计方案优化及预测,如长沙世界之窗中心剧场(大剧院) 空调设计方案的数值预测(仿真) 、高大空间气流组织、置换通风方式的数值模拟、洁净室气流分布的数值模拟等; ②传热传质设备的CFD 分析,如各种换热器、冷却塔的CFD 分析; ③射流技术的CFD 分析,如空调送风的各种末端设备等; ④冷库库房及制冷设备的CFD 分析; ⑤流体机械及流体元件,如泵、风机等旋转机械内流动的CFD 分析,各种阀门的CFD 分析等; CFD在暖通领域应用情况 第十页，共二十八页，2022年，8月28日 ⑥空气品质及建筑热环境的CFD 方法评、预测; ⑦建筑火灾烟气流动及防排烟系统的CFD 分析; ⑧锅炉燃烧(油、气、煤) 规律的CFD 分析; ⑨通风除尘领域,如工业通风系统,各种送排风罩的CFD 分析,静电除尘器、旋风除尘器、重力沉降室内气粒分离过程的CFD 分析; ⑩城市风(或建筑小区微气候) 与建筑物及室内空气品质的相互影响过程的CFD 分析; ⑾管网水力计算的数值方法。 第十一页，共二十八页，2022年，8月28日 CFD 结构 第十二页，共二十八页，2022年，8月28日 Fluent 软件的主要特点 前处理：Fluent 软件中采用GAMBIT 作为专用的前处理软件,使网格可以有多种形状。 二维流动－－生成三角形和矩形网格; 三维流动－－可以生成四面体、六面体、三角柱和金字 塔等网格; Fluent 软件的结构： 前处理 求解器 后处理 第十三页