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CFD技术对室内热环境的数值模拟

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CFD技术对室内热环境的数值模拟汪晓华1,李　超2(1.内蒙古轻化工业设计院有限责任公司;2.内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院,内蒙古呼和浩特　010000) 摘　要:采用CFD技术中的Fluent软件对某建筑物室内冬季采暖热环境进行了数值模拟,通过对不同热源温度下,室内不同高度处温度场的分析,提出了满足规范要求和人体舒适度要求的热源温度。

为相关系统的采暖设计提供了参考。

关键词:CFD;Fluent;热环境;数值模拟 中图分类号:T U831.2 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)23—0121—03 现代人们的工作压力越来越大,室内的工作时间也越来越长。

因此舒适的室内热环境,对工作人员的身体健康和工作效率有很大的影响。

同时,适宜的室内温度也是建筑节能考虑的重要因素。

在传统的暖通空调设计与分析方法已不能满足现代建筑的要求的情况下,采用CFD技术进行暖通空调的辅助设计、相关节能分析及系统的优化运行越来越受到研究人员的青睐[1]。

江向阳[2]利用CFD仿真软件对广东地区某一使用风机盘管的夏季空调建筑室内温度场、速度场进行模拟仿真,得出了夏季空调情况下该建筑的室内温度场和气流组织分布,结果分析表明,其室内平均温度及送风温差满足《公共建筑节能设计标准》。

李司秀等[3]使用了CFD软件对某体育场观众区和赛场进行了三维数值模拟,分析模拟的结果表明:观众区和赛场气流组织是满足设计要求的,温度、速度、PMV、PPD、空气龄均较为合适。

采用CFD技术对北方某建筑物室内冬季暖风环境进行了数值模拟,为室内采暖系统的设计及合理布局提供了依据。

1　计算方法采用CFD模拟软件Fluent对室内的热环境进行模拟。

Fluent是目前国际上比较流行的商用CFD 软件包,在国内外有广泛的应用,只要是涉及流体、热传递及化学反应等工程问题,都可以用Fluent进行计算。

它可以准确模拟采暖通风过程中空气的流动、热量的传导、污染物的输移等物理现象。

从而减少设计成本,降低设计风险,缩短设计的周期。

1.1　物理模型选取一典型建筑物室内,开间6.5m(对应x 轴),进深8m(对应y)轴,高度3.4m(对应z轴)。

北墙下侧距地面高20cm处左右各设置一热源,其尺寸为1.2m×0.8m×0.1m(长×高×厚)。

热源的上部设置1.6m×1.5m(长×高)的窗。

南侧墙面有0.9m×2m(宽×高)门一副,忽略室内照明灯、电脑等其它热源设备。

建筑物室内几何模型见图1。

图1　室内几何模型图1.2　数学模型假设该建筑物室内空气不可压缩且符合Bossinesq假设,同时为了计算方便,我们忽略墙体面间的热辐射,认为室内气密性良好不考虑漏风影响。

该问题中只考虑两个热源的热辐射以及窗户和门的热传导。

在以上假定下控制方程[4]如下:能量方程:t( E)+ ・v( E+p)= ・k eff T-∑h j J j+( =eff・v )+S h(1)其中,k eff为有效导热率;Jj为组分j的扩散通量;方程1右边的前三项分别表示由于热传导、组分扩散、粘性耗散而引起的能量转移;S h包含化学反应放(吸)热以及任何其它的由用户定义的体积热源。

121　2012年第23期 内蒙古石油化工 收稿日期:2012-09-22式中:E =h -p +v22(2)对不可压流体:h =∑j Y j h j +p(3)方程3、4中,Y j 为组分j 的质量分数:h j =∫TT re f c p ,j dT (4)其中T ref 为298.15K 。

辐射传播方程(RT E)为:dI(r ,s )ds +( + s )I (r ,s )=an 2 T 4+ s 4∫40I (r ,s ′) (s ,s ′)d ′(5)其中:r 位置向量;s 方向向量;s ′散射方向;s 沿程长度(行程长度);a 吸收系数;n 折射系数; s 散射系数; 斯蒂芬-玻耳兹曼常数(5.672×10-8W /m 2-K 4);I 辐射强度,依赖于位置(r )与方向(r );T 当地温度; 相位函数; ′空间立体角;( + s )s 为介质的光学深度。

计算模型采用离散坐标辐射(DO )模型,控制方程的离散采用有限体积法,采用压力与速度耦合的Simple (Semi -Implicit M etho d for Pressure Linked Equation )算法进行求解。

2　边界条件及网格划分忽略墙体由于温度差引起的热量传递,均可假设为绝热边界。

北侧墙面的两个热源温度为分别为35℃、40℃,门和窗户均有热传导产生,传导热量由热传导公式进行计算。

网格的质量和数量直接决定计算的精度和速度,因该几何模型比较简单,所以该建筑物室内模型统一采用六面体网格,因考虑到计算速度的影响,网格尺寸为0.1m ×0.1m ×0.1m (长×宽×高)。

一共划分网格176376个,不同区域的网格采用不同颜色标识,网格划分见图2。

图2　网格划分图3　模拟计算结果根据《采暖通风与空气调节设计规范》(GB 50019-2003)[5],冬季室内舒适温度为18～24℃,温度过高会造成能源浪费,温度过低人体会感觉到寒冷。

本文分别模拟了热源温度分别为35℃、40℃时室内0.1m 、0.6m 、1.2m 和1.8m 处的温度场分布。

其结果如下:122内蒙古石油化工 2012年第23期　图4　热源40℃时不同高度时室内温度分布图 图中温度单位为开尔文(K ),摄氏度与开尔文的转化关系为℃=K -273,从图中可以看出,当热源温度为35℃时,房间的大部分区域温度为287K (约为14℃),在靠间门的位置,温度不足10℃,只有在靠近热源的局部区域,温度满足规范要求的18℃。

越靠房间上部的区域,由于离热源较远,且受到窗户导热的影响,温度越低。

图4显示了热源温度为40℃时不高位置高度处温度场分布。

从图中可以看出,房间大部分区域温度为294K(约为21℃),即使在靠近门的位置,温度也满足了18℃的最低要求,靠近热源的局部区域,温度的梯度稍大,但是仍然满足规范的要求,因本模型中没有考虑空气对流和人员活动的影响。

在下一步研究中若考虑这些因素影响,则温度的分布会相对均匀,温度的梯度变化将减小。

同样越靠房间上部的区域,由于离热源较远,且受到窗户导热的影响,温度越低,但仍大于规范最低温度18℃的要求,也满足美国ASHRAE55-92标准[6]建议地面上方1.8m 和0.1m 之间的温差不大于3℃的要求。

4　结论本文利用CFD 技术中的Fluent 软件对某建筑物室内热环境进行了数值模拟。

分析了不同热源温度下室内不同位置高度处的温度场分布,指出了在没有其它设备和人为因素下,满足规范要求和人体舒适度要求的热源温度。

对于指导该建筑物室内的采暖设计和节约能源等方面有重要的指导意义,也为其它建筑的采暖通风设计提供了参考。

[参考文献][1]　李俊梅,李炎锋,樊洪明,等.CFD 模拟课程在建环专业本科生中的教学实践[J].高等建筑教育,2012,Vol21(3):101～103.[2]　江向阳.广东地区某建筑夏季室内热环境的CFD 仿真评价[J].广州建筑,2012,40(1):101～103.[3]　李司秀,陈伟煌,胡嘉庆.亚运自行车馆气流组织CFD 的分析和探讨[J].建筑热能通风空调,2011,30(2):84～86.[4]　陶文铨.数值传热学(第2版)[M ].西安:西安交通大学出版社,2001.[5]　GB50019-2003,采暖通风与空气调节设计规范[S].[6]　ANSI/ASHRAE Standard 55-92,ThermalEnvironmental Com fo rt Co ndition for Human Occupancy [S].The Simulation on Thermal Environment of Indoor base on CFD TechnologyW AN G X iao -hua 1,L I Chao2(1.Inner Mo ng olia Light&Chemical Industr y Engineering Corporatio n;2.Water resour ces and Civil Eng ineering College,Inner Mo ng olia Ag ricultur al University ,Hohhot 010018,P.R.China)Abstract :Based on Fluent softw are of CFD technolog y to sim ulate indoor thermal env ir onm ent during w inter tim e,analysised the tem peratur e field under different heat source temperatur e and heig ht,Found the suitable heat so ur ce tem peratur e to meet the requirem ent of standard and human co mfo rt.It is helpful fo r the improvement of indoo r ther mal environment and therm al comfort.123　2012年第23期 汪晓华等　CFD 技术对室内热环境的数值模拟。

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蜂窝陶瓷蓄热室内气体传热过程数值模拟研究

蜂窝陶瓷蓄热室内气体传热过程数值模拟研究

・44・2021年第50卷第10期Vol.50No.102021INDUSTRIAL HEATINGDOI：10.3969/j.issn.1002-1639.2021.10.011蜂窝陶瓷蓄热室内气体传热过程数值模拟研究汪建新1,王思浩1,吴左明2,江华$(1.内蒙古科技大学机械工程学院，内蒙古包头014000；2.北京凤凰工业炉有限公司，北京100083)摘要:为了探索气体在蓄热室内的传热特性,运用多孔介质模型和CFD理论，利用Fluent软件仿真求解，分析了蓄热室内的温度场、压力场及形变。

结果表明:蓄热式内的压力呈梯度分布;高温烟气入口处温度最高约为1400K,常温空气入口处温度最低约为500 K;形变最大的地方出现在高温烟气入口顶部的两个直角处约为0.28mm o所得结果对蓄热室稳态工作时蓄热体内温度、压力和形变等有一定参考价值。

关键词:蓄热室;数值模拟;温度分布;计算流体力学中图分类号:TQ021.3文献标志码:A文章编号:1002-1639(2021)10-0044-04Numerical Simulation Research on Gas Heat Transfer Process in Honeycomb Ceramic RegeneratorWANG Jianxin1,WANG Enhao1,WU Qiming2,JIANG Hua2(1.School of Mechanical Engineering,Inner Mongolia University of Science and Technology,Baotou014000,China；2.Beijing Phoenix Industrial Furnace Co.Ltd.,Beijing100083,China)Abstract:In order to explore the heat transfer characteristics of the gas in the regenerator,use porous media model and CFD theory,use fluent software to simulate and solve,analyze the flow field,temperature field,concentration field,pressure field and deformation in the regenera­tor.The results show that the pressure in the regenerative type is gradient distribution；The maximum temperature at the inlet of high tempera­ture flue gas is about1400K,the minimum temperature at the inlet of room temperature air is about500K；The largest deformation occurs at two right angles at the top of the high temperature flue gas inlet,about0.28mm.The results obtained have certain reference value for the tem­perature,pressure and deformation of the regenerator body when the regenerator works in a steady state.Key Words:regenerator；numerical simulation；temperature distribution;CFD20世纪80年代被开发并广泛推广的蓄热式燃烧技术⑷又被称为高温空气燃烧技术，因其显著的节能效果与特殊的燃烧过程,得到了国际工业炉领域的普遍应用炉勺。

cfd方法

cfd方法

cfd方法CFD方法。

CFD（Computational Fluid Dynamics）方法是一种利用计算机对流体流动进行数值模拟和分析的方法。

它可以模拟和预测流体在各种复杂条件下的运动规律，广泛应用于航空航天、汽车工程、能源领域、环境工程等各个领域。

本文将介绍CFD方法的基本原理、应用领域以及发展趋势。

CFD方法的基本原理是基于流体力学和数值计算方法，通过对流体运动的基本方程进行离散化和数值求解，得到流场的数值解。

在CFD模拟中，流体被划分为无数个小单元，通过对每个单元的运动状态进行计算，最终得到整个流场的运动规律。

通过CFD方法，可以模拟出流体的速度场、压力场、温度场等重要参数，为工程设计和优化提供重要参考。

CFD方法在航空航天领域有着广泛的应用。

在飞机设计中，通过CFD方法可以模拟飞机的气动性能，优化机翼、机身等部件的设计，提高飞行效率和安全性。

在火箭发动机设计中，CFD方法可以模拟燃烧室内的流动情况，优化燃烧过程，提高发动机的推进效率。

同时，CFD方法也可以模拟飞行器在大气层内的飞行过程，为飞行器的控制和稳定提供重要参考。

汽车工程是CFD方法的另一个重要应用领域。

通过CFD方法，可以模拟汽车在高速行驶时的空气动力学特性，优化车身外形和气动套件设计，降低空气阻力，提高燃油经济性。

此外，CFD方法还可以模拟汽车发动机内部的燃烧过程和冷却系统的热管理，为发动机的性能和可靠性提供支持。

能源领域也是CFD方法的重要应用领域之一。

通过CFD方法，可以模拟火电厂和核电厂的燃烧过程和热力循环过程，优化锅炉和汽轮机的设计，提高能源转化效率。

同时，CFD方法还可以模拟风力发电机的叶片气动特性，优化叶片设计，提高风能利用率。

环境工程是CFD方法的另一个重要应用领域。

通过CFD方法，可以模拟大气和水体的流动、传热和污染扩散过程，为环境污染防治和环境风险评估提供重要支持。

此外，CFD方法还可以模拟城市建筑和交通系统的热环境和空气质量，为城市规划和设计提供科学依据。

CFD技术在暖通空调制冷工程中的应用初探

CFD技术在暖通空调制冷工程中的应用初探

CFD技术在暖通空调制冷工程中的应用初探【摘要】本文旨在探讨CFD技术在暖通空调制冷工程中的应用。

引言部分介绍了研究的背景、目的和意义。

接着介绍了CFD技术的基本概念和在暖通空调制冷工程中的应用。

随后详细分析了CFD技术在空调系统设计和制冷过程优化中的具体应用。

结论部分展望了CFD技术在暖通空调制冷工程中的发展前景，并对研究进行了总结和展望。

通过本文的研究，可以更好地了解CFD技术在暖通空调制冷工程中的应用价值，为相关领域的研究和实践提供参考和指导。

CFD技术的不断发展将为暖通空调制冷工程带来更多的创新和效益。

【关键词】CFD技术、暖通空调、制冷工程、应用、空调系统设计、制冷过程优化、前景、总结、展望1. 引言1.1 背景介绍暖通空调制冷工程是建筑领域中一个重要而复杂的领域，涉及到空气流动、热传递、湿度控制等多种物理过程。

传统的设计方法和试错方式已经不再适应当今高效能、节能的建筑需求，因此需要借助计算流体力学（CFD）技术来进行工程设计与优化。

CFD技术是一种通过数值模拟计算流动、传热、质量传递等流体力学问题的技术，旨在通过计算机模拟和分析流体力学问题，从而优化设计方案。

在暖通空调制冷工程中，CFD技术可以帮助工程师们模拟空间内空气流动、温度分布、湿度控制等复杂过程，为设计提供科学依据。

通过CFD技术，工程师们可以在设计阶段就对建筑内部的空气质量和温度分布进行模拟分析，从而精确预测系统性能，提高能效和减少能耗。

CFD技术还可以帮助优化空调系统的设计参数，降低建设和运行成本，提高环境适应性和舒适性。

研究和应用CFD技术在暖通空调制冷工程中具有重要意义和广阔前景。

1.2 研究目的研究本文的目的是探讨CFD技术在暖通空调制冷工程中的应用情况。

随着现代建筑对空调制冷系统需求的不断提高，传统的设计和优化方法已经不能完全满足系统的需求。

研究如何利用CFD技术在暖通空调制冷工程中进行精确的模拟和分析，对优化系统设计和提高系统性能具有重要的意义。

CFD方案

CFD方案

CFD方案介绍CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体力学）是一种基于数值方法的流体力学模拟技术，可用于分析和解决与流体相关的问题。

它通过对流体的运动进行数值求解，预测流体的行为，并提供详细的流体力学信息。

CFD方案是一种将CFD技术应用于实际工程问题的方法和流程的总称。

它包括建立数学模型、网格划分、数值求解和后处理等步骤。

CFD方案可以帮助工程师在设计和优化过程中对流体流动进行准确的分析和评估。

CFD方案的步骤步骤1：建立数学模型CFD方案的第一步是建立数学模型，这是对实际工程问题进行描述的数学公式和方程。

在建立数学模型时，需要考虑所需的物理方程、边界条件和初始条件等。

CFD方案中常用的数学模型包括：•线性稳态模型：适用于稳态流动问题，如管道流动和流体输运等。

•瞬态模型：适用于瞬态流动问题，如爆炸冲击、速度冲击等。

•湍流模型：适用于湍流流动问题，如湍流边界层、湍流流体力学等。

步骤2：网格划分网格是对空间进行离散化处理的方法，用于将连续域的问题转化为离散域的问题。

在CFD方案中，网格划分是非常重要的一步，它直接影响到模拟结果的准确性和计算效率。

常见的网格划分方法包括：•结构化网格：将计算区域划分为规则的网格单元，适用于简单几何形状和边界条件规则的问题。

•非结构化网格：将计算区域划分为不规则的网格单元，适用于复杂几何形状和边界条件复杂的问题。

步骤3：数值求解数值求解是CFD方案中的核心步骤，它通过数值方法对建立的数学模型进行求解，得到流体的速度、压力和温度等相关信息。

数值求解方法可以分为迭代求解和直接解析两种。

常用的数值求解方法包括：•有限差分法（FDM）：将问题的连续域离散化为有限的局部域，并在每个局部域中使用差分近似来计算非线性方程。

•有限体积法（FVM）：将问题的连续域离散化为有限体积，利用控制方程在体积内进行积分得到离散方程。

•有限元法（FEM）：将问题的连续域划分为有限的单元，并在每个单元上构建适当的形函数来近似求解问题。