CFD模擬在空調(diào)房間設(shè)計中的應(yīng)用概要課件

CFD模擬在空調(diào)房間設(shè)計中的應(yīng)用報告人：王春華劇霏指導(dǎo)老師：錢宇教授李秀喜博士2004.11.9CFD模擬在空調(diào)房間設(shè)計中的應(yīng)用報告人：王春華劇霏1設(shè)計任務(wù)書概述空調(diào)設(shè)計方案設(shè)計步驟模擬結(jié)果分析及優(yōu)化設(shè)計任務(wù)書概述2一、概述什么是CFD?CFD是英文ComputationalFluidDynamics（計算流體動力學(xué)）的簡稱。其基本原理是數(shù)值求解控制流體流動的微分方程，得出流體流動的流場在連續(xù)區(qū)域上的離散分布，從而近似模擬流體流動情況。

CFD就是利用計算機(jī)技術(shù)、數(shù)值計算技術(shù)發(fā)展而來的，相當(dāng)于“虛擬”地在計算機(jī)做實驗，用以模擬仿真實際的流體流動情況，它是現(xiàn)代模擬仿真技術(shù)的一種。

一、概述什么是CFD?3

CFD用于暖通空調(diào)行業(yè)CFD在暖通空調(diào)(HVAC)工程中的應(yīng)用，主要在于模擬預(yù)測室內(nèi)外或設(shè)備內(nèi)的空氣或其他工質(zhì)流體的流動情況。

用CFD方法對室內(nèi)空氣分布情況進(jìn)行模擬和預(yù)測，從而得到房間內(nèi)速度、溫度、濕度以及有害物濃度等物理量的詳細(xì)分布情況。相比傳統(tǒng)的模型實驗和經(jīng)驗公式預(yù)測液體的流動和傳熱而言，CFD技術(shù)具有成本低、速度快、資料完備等優(yōu)點。故其逐漸受到人們的青睞，尤其是隨著計算機(jī)技術(shù)和數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展，CFD已被廣泛應(yīng)用于解決工程中的實際問題。

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二、空調(diào)設(shè)計方案

1、設(shè)計要求滿足房間要求（夏季23℃），使人體所在的區(qū)域，風(fēng)速小于人敏感的0.5m/s，避免氣流過猛帶來的不舒適感。一段時間后,整個房間溫度場分布較均。在豎直方向上，人體頭部與腳部溫度差很小，避免由于人體各部分溫差過大而產(chǎn)生的不適。要求室內(nèi)溫度、濕度、氣流速度和潔凈度均勻而穩(wěn)定，同時保證空調(diào)能耗較低和室內(nèi)空氣品質(zhì)良好。

二、空調(diào)設(shè)計方案1、設(shè)計要求5

2、設(shè)計內(nèi)容選擇空調(diào)房間尺寸(具體尺寸待定)室內(nèi)兩臺電腦、4盞燈具、兩人送風(fēng)溫度12.7℃室內(nèi)設(shè)計溫度23℃

2、設(shè)計內(nèi)容6

3、設(shè)計及優(yōu)化方法

根據(jù)實際情況建立幾何模型和數(shù)學(xué)模型。利用FLUENT軟件對模型進(jìn)行模擬和預(yù)測，考察氣流流型以及工作區(qū)參數(shù)（溫度、速度），并進(jìn)行優(yōu)化，直到滿足人體舒適度要求。對模擬結(jié)果進(jìn)行比較，選出效果較優(yōu)的設(shè)計參數(shù)。

3、設(shè)計及優(yōu)化方法

根據(jù)實際情況建立幾何模型和數(shù)學(xué)模型7三、設(shè)計步驟1、建立模型2、數(shù)值求解3、可視化處理三、設(shè)計步驟1、建立模型81、建立模型

空氣流動的湍流特性一般采用適當(dāng)?shù)耐牧髂Ｐ?。在設(shè)計中采用標(biāo)準(zhǔn)k－ε模型，它適用于模擬室內(nèi)氣流流動這種湍流情況。1、建立模型9

2、數(shù)值求解

連續(xù)性方程

動量方程

含塵濃度方程

2、數(shù)值求解

連續(xù)性方程10

紊流能量傳遞方程

紊流能量耗散率方程紊流能量傳遞方程紊流能量耗散率方程113、可視化處理

仿真模擬,主要是針對空調(diào)器開始工作后一段時間內(nèi)對人影響程度較大的房間溫度變化過程,空調(diào)器開始制冷,房間溫度隨之變化。

3、可視化處理仿真模擬,主要是針對空調(diào)12房間溫度變化過程中的某時刻,制冷的橫截面速分布,見圖1。

圖1從圖中溫度梯度可知風(fēng)速小于人敏感的0.5m/s,從而可以避免由于氣流過猛,給人體所帶來的不舒適感。CFD模擬在空調(diào)房間設(shè)計中的應(yīng)用概要課件13制冷的橫截面溫度場分布如圖2所示

圖2

可看出冷空氣較熱空氣密度大,向下趨勢明顯,從而導(dǎo)致房間下部要比高處溫降快。制冷的橫截面溫度場分布如圖2所示14制冷時,人體附近區(qū)域的溫度場分布情況如圖3所示。圖3

可見在豎直方向上,人體頭部與腳部溫度相差很小,這就避免了由于人體各部分溫差過大而產(chǎn)生的不適。制冷時,人體附近區(qū)域的溫度場分布情況如圖3所示。15模擬結(jié)果分析及優(yōu)化

根據(jù)模擬結(jié)果調(diào)整空調(diào)出風(fēng)口、回風(fēng)口位置以及出風(fēng)溫度、出風(fēng)角度、回風(fēng)量等參數(shù)，以滿足人體舒適度要求。模擬結(jié)果分析及優(yōu)化根據(jù)模擬結(jié)果調(diào)整空調(diào)出風(fēng)16

謝謝！CFD模擬在空調(diào)房間設(shè)計中的應(yīng)用概要課件17CFD模擬在空調(diào)房間設(shè)計中的應(yīng)用報告人：王春華劇霏指導(dǎo)老師：錢宇教授李秀喜博士2004.11.9CFD模擬在空調(diào)房間設(shè)計中的應(yīng)用報告人：王春華劇霏18設(shè)計任務(wù)書概述空調(diào)設(shè)計方案設(shè)計步驟模擬結(jié)果分析及優(yōu)化設(shè)計任務(wù)書概述19一、概述什么是CFD?CFD是英文ComputationalFluidDynamics（計算流體動力學(xué)）的簡稱。其基本原理是數(shù)值求解控制流體流動的微分方程，得出流體流動的流場在連續(xù)區(qū)域上的離散分布，從而近似模擬流體流動情況。

CFD就是利用計算機(jī)技術(shù)、數(shù)值計算技術(shù)發(fā)展而來的，相當(dāng)于“虛擬”地在計算機(jī)做實驗，用以模擬仿真實際的流體流動情況，它是現(xiàn)代模擬仿真技術(shù)的一種。

一、概述什么是CFD?20

CFD用于暖通空調(diào)行業(yè)CFD在暖通空調(diào)(HVAC)工程中的應(yīng)用，主要在于模擬預(yù)測室內(nèi)外或設(shè)備內(nèi)的空氣或其他工質(zhì)流體的流動情況。

用CFD方法對室內(nèi)空氣分布情況進(jìn)行模擬和預(yù)測，從而得到房間內(nèi)速度、溫度、濕度以及有害物濃度等物理量的詳細(xì)分布情況。相比傳統(tǒng)的模型實驗和經(jīng)驗公式預(yù)測液體的流動和傳熱而言，CFD技術(shù)具有成本低、速度快、資料完備等優(yōu)點。故其逐漸受到人們的青睞，尤其是隨著計算機(jī)技術(shù)和數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展，CFD已被廣泛應(yīng)用于解決工程中的實際問題。

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二、空調(diào)設(shè)計方案

1、設(shè)計要求滿足房間要求（夏季23℃），使人體所在的區(qū)域，風(fēng)速小于人敏感的0.5m/s，避免氣流過猛帶來的不舒適感。一段時間后,整個房間溫度場分布較均。在豎直方向上，人體頭部與腳部溫度差很小，避免由于人體各部分溫差過大而產(chǎn)生的不適。要求室內(nèi)溫度、濕度、氣流速度和潔凈度均勻而穩(wěn)定，同時保證空調(diào)能耗較低和室內(nèi)空氣品質(zhì)良好。

二、空調(diào)設(shè)計方案1、設(shè)計要求22

2、設(shè)計內(nèi)容選擇空調(diào)房間尺寸(具體尺寸待定)室內(nèi)兩臺電腦、4盞燈具、兩人送風(fēng)溫度12.7℃室內(nèi)設(shè)計溫度23℃

2、設(shè)計內(nèi)容23

3、設(shè)計及優(yōu)化方法

根據(jù)實際情況建立幾何模型和數(shù)學(xué)模型。利用FLUENT軟件對模型進(jìn)行模擬和預(yù)測，考察氣流流型以及工作區(qū)參數(shù)（溫度、速度），并進(jìn)行優(yōu)化，直到滿足人體舒適度要求。對模擬結(jié)果進(jìn)行比較，選出效果較優(yōu)的設(shè)計參數(shù)。

3、設(shè)計及優(yōu)化方法

根據(jù)實際情況建立幾何模型和數(shù)學(xué)模型24三、設(shè)計步驟1、建立模型2、數(shù)值求解3、可視化處理三、設(shè)計步驟1、建立模型251、建立模型

空氣流動的湍流特性一般采用適當(dāng)?shù)耐牧髂Ｐ汀Ｔ谠O(shè)計中采用標(biāo)準(zhǔn)k－ε模型，它適用于模擬室內(nèi)氣流流動這種湍流情況。1、建立模型26

2、數(shù)值求解

連續(xù)性方程

動量方程

含塵濃度方程

2、數(shù)值求解

連續(xù)性方程27

紊流能量傳遞方程

紊流能量耗散率方程紊流能量傳遞方程紊流能量耗散率方程283、可視化處理

仿真模擬,主要是針對空調(diào)器開始工作后一段時間內(nèi)對人影響程度較大的房間溫度變化過程,空調(diào)器開始制冷,房間溫度隨之變化。

3、可視化處理仿真模擬,主要是針對空調(diào)29房間溫度變化過程中的某時刻,制冷的橫截面速分布,見圖1。

圖1從圖中溫度梯度可知風(fēng)速小于人敏感的0.5m/s,從而可以避免由于氣流過猛,給人體所帶來的不舒適感。CFD模擬在空調(diào)房間設(shè)計中的應(yīng)用概要課件30制冷的橫截面溫度場分布如圖2所示

圖2

可看出冷空氣較熱空氣密度大,向下趨勢明顯,從而導(dǎo)致房間下部要比高處溫降快。制冷的橫截面溫度場分布如圖2所示31制冷時,人體附近區(qū)域的溫度場分布情況如圖3所示。圖3

可見在豎直方向上,人體頭部與腳部溫度相差很小,這就避免了由于人體各部分溫差