計(jì)算流體力學(xué)（CFD）在暖通空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用及其改進(jìn)方法探討

計(jì)算流體力學(xué)（CFD），自20世紀(jì)70年代起，便開始在暖通空調(diào)領(lǐng)域嶄露頭角。這一技術(shù)最初主要應(yīng)用于解決工程設(shè)備中的熱、質(zhì)傳遞問題，而隨著空調(diào)技術(shù)的不斷進(jìn)步，CFD技術(shù)逐漸成為了暖通空調(diào)工程師手中不可少的分析工具。它能夠精準(zhǔn)地模擬房間內(nèi)的速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)以及污染物濃度場(chǎng)，為設(shè)計(jì)師們提供了前所wei有的設(shè)計(jì)優(yōu)化和性能評(píng)估手段。

CFD技術(shù)的基礎(chǔ)在于求解一系列守恒方程，包括質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒和能量守恒。這些方程共同描述了流體在特定條件下的流動(dòng)和傳熱行為。在暖通空調(diào)領(lǐng)域，CFD技術(shù)的應(yīng)用尤為廣泛，其中SIMPLE算法（由斯波爾丁和帕坦卡提出）更是成為了行業(yè)內(nèi)的主流選擇。SIMPLE算法以其高效、穩(wěn)定的特性，在求解傳熱和流體流動(dòng)問題上展現(xiàn)出了優(yōu)良的性能。

（恒溫恒濕空調(diào)、精密空調(diào)）

然而，盡管CFD技術(shù)在暖通空調(diào)領(lǐng)域取得了顯著的成就，但它仍存在一些局限性。特別是在處理與潛熱和相對(duì)濕度相關(guān)的空氣參數(shù)時(shí)，傳統(tǒng)的CFD方法顯得力不從心。這是因?yàn)楝F(xiàn)有的CFD軟件大多由力學(xué)、化工和工程熱物理領(lǐng)域的專家開發(fā)，他們?cè)谠O(shè)計(jì)軟件時(shí)往往沒有充分考慮到暖通空調(diào)領(lǐng)域的特殊性。在暖通空調(diào)中，空氣參數(shù)如溫度、濕度等都與潛熱和相對(duì)濕度密切相關(guān)。如果忽略這些因素，必然會(huì)導(dǎo)致溫度場(chǎng)計(jì)算的不準(zhǔn)確，進(jìn)而影響到對(duì)各點(diǎn)舒適性和空氣品質(zhì)的評(píng)價(jià)。

為了克服這一局限性，筆者提出了一種新的方法，即利用焓的輸運(yùn)方程代替?zhèn)鹘y(tǒng)的溫度輸運(yùn)方程，并增加水蒸氣質(zhì)量濃度的輸運(yùn)方程。通過這一改進(jìn)，我們可以使用CFD方法同時(shí)求解速度場(chǎng)、壓力、焓以及水蒸氣質(zhì)量濃度。隨后，利用濕空氣的物理性質(zhì)，我們可以輕松得到空氣的溫度和相對(duì)濕度。這一方法不僅提高了計(jì)算的準(zhǔn)確性，還使得我們能夠更全面地了解計(jì)算區(qū)域內(nèi)的空氣狀態(tài)。

接下來，讓我們通過一個(gè)具體的工程實(shí)例來展示這一方法的實(shí)際應(yīng)用效果。某工程采用了椅背誘導(dǎo)送風(fēng)系統(tǒng)，椅子按階梯布置，每級(jí)階梯的寬度和高度差都經(jīng)過精心設(shè)計(jì)?？諝饨?jīng)過空調(diào)箱處理后，從椅子下方送入，并與從椅子靠背下方風(fēng)口誘導(dǎo)進(jìn)來的空氣混合。混合后的空氣再從上邊風(fēng)口送到后排觀眾的周圍。在這一工程中，我們分別使用傳統(tǒng)方法和改進(jìn)后的CFD方法進(jìn)行了模擬計(jì)算。

計(jì)算結(jié)果顯示，當(dāng)只考慮顯熱時(shí)，計(jì)算得到的溫度場(chǎng)分布與實(shí)際情況存在一定偏差。特別是在觀眾席的某些區(qū)域，溫度的計(jì)算值比實(shí)際值高出了0.5～1℃。而當(dāng)同時(shí)考慮潛熱和相對(duì)濕度時(shí)，計(jì)算得到的溫度場(chǎng)和相對(duì)濕度分布則更加接近實(shí)際情況。這一結(jié)果表明，改進(jìn)后的CFD方法在提高計(jì)算準(zhǔn)確性方面取得了顯著成效。

此外，通過對(duì)比兩種方法的計(jì)算結(jié)果，我們還可以發(fā)現(xiàn)一些有趣的現(xiàn)象。例如，在某些區(qū)域，雖然溫度的計(jì)算值相差不大，但相對(duì)濕度的差異卻十分顯著。這進(jìn)一步證明了在考慮暖通空調(diào)問題時(shí)，同時(shí)考慮潛熱和相對(duì)濕度的重要性。

綜上所述，CFD技術(shù)在暖通空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。然而，為了充分發(fā)揮其潛力，我們需要不斷對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)和完善。通過引入焓的輸運(yùn)方程和水蒸氣質(zhì)量濃度的輸運(yùn)方程，我們可以克服傳統(tǒng)CFD方法在處理潛熱和相對(duì)濕度方面的局限性。這一改進(jìn)不僅提高了計(jì)算的準(zhǔn)確性，還為我們提供了更全面、更深入的了解室內(nèi)空氣狀態(tài)的手段。未來，隨著CFD技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，相信它將在暖通空調(diào)領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用。