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综合体项目空调系统CFD模拟介绍

1CFD在暖通空调中的应用及其原理简介

1.1、CFD的应用

近年来，计算机技术飞速发展及应用极大的促进了众多行业的发

展及进步，并带动了人们生活水平的进步。在与人居生活品质息息相

关的暖通空调领域，CFD（计算流体力学）技术因其计算精度高，准

确性好，可视性强等优点逐渐获得应用。

简单而言，该方法就是在计算机上进行虚拟实验：依据室内空气

流动的数学物理模型，将房间划分为小的控制体，结合实际的边界条

件在计算机上数值求解离散得到的代表整个房间内空气分布情况。就

目前的理论预测室内温度场和气流组织分布的方法而言，CFD方法

确实具有不可比拟的优点。CFD方法可应用于对室内温度场和气流

组织分布情况进行模拟和预测，从而得到房间内空气各种物理量的详

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、室

内热舒适性，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。

1.2、CFD在暖通空调设计中的应用流程

通过CFD进行数值计算以获取室内的温度场及气流的速度场可

对室内末端选型及布置位置的合理性作出客观的评价。而在Fluent、

AnsysCFX、PHOENICS、Star-CD等诸多CFD模拟软件中，Fluent

以稳定性好，准确度高等，易于操作等优点获得了广泛的使用。因而

本工程拟采用Fluent软件对室内的温度场及气流的速度场进行数值

模拟以客观评价方案的合理性，CFD模拟在暖通设计中其主要工作

原理流程详见图1：

图1工作流程图

2CFD模拟在本工程中的应用

2.1本工程选用房间简介

本项目CFD模拟依据设计情况，选用标准层房间作为研究对象，

其平面布置详见图2，其长×宽×高：13.7m×7.8m×4.2m。使用Gambit

软件建模，通过Fluent软件进行数值计算，进而获取冬夏季工况下，

室内温度场分布及气流速度场分布，以客观评价室内末端的选型及位

置布置的合理性。

图213-21层标准层平面图（层高4.2m）

2.2物理模型的建立

依据本工程的标准层平面图绘制物理模型图详见图3，利用

Gambit软件对其进行网格划分，在风口处进行局部加密以获取更为

精确的数值计算结果。

图3物理模型图

2.3数学模型的建立

2.3.1控制方程

（1）质量守恒方程

3

式中，——空气密度，kg/m；

、、——、、方向上的速度分量，m/s；其中，x、y

为水平方向，z为竖直方向。

将空气视为不可压流动的流体，其密度视为常数，故连续性方程

化可简为：

（2）动量守恒方程

在、、方向上的动量方程通式可以表示为：

式中，——、、方向的速度分量、、，m/s；

——有效扩散系数，kg/(s·m)；

——源项。

（3）能量守恒方程

式中，——源项；

——扩散系数。

可按照下式计算得到：

其中，由分子扩散造成，而由湍流脉动造成；

式中，——经验系数。

2.3.2湍流模型

合理的湍流模型选取对获取精确的数值模拟结果而言至关重要，k

–ε湍流模型与其他如SA湍流模型相比而言，具有计算量小、收敛快

等优点，对于工程中常见的绕流和边界层流动，以及部分有回流区的

流动，其计算结果与试验值吻合较好,因而是工程应用中首选的模型，

因而本工程数值模拟采用k