FLUENT在暖通空调领域中的应用解析

FLUENT在暖通空调领域中的应用解析

管琳

中航一飞院蓝天实业公司陕西省西安市710089

摘要：随着我国社会经济的不断发展以及人们生活水平的不断提高，使得暖通空调产业也得到了快速的发展。随着人们需求的不断增长，现有的暖通空调技术已经不能满足当前社会发展的需要了，所以本文就FLUENT软件在暖通空调中具体应用进行了简要的分析。

关键词：暖通空调；FLUENT；特点；应用

1暖通空调发展概况

暖通空调是人民生活水平逐渐提高以及供暖技术发展进步的必然产物，我国北方冬季气温较低，所以必须依靠供暖设备提高室内温度，才能适合人类生存和发展。传统的供暖技术大多采用集中供暖，即在人口众多的城市，通过铺设热力管理，由热力公司将暖气输送到小区，然后再经过小区分散到各家各户。这种供暖方式存在很多的问题，首先供暖方式单一，不能根据每一户人家的具体情况进行针对性的服务，即使实现了一户一表，每一户按照自己使用的流量来进行收费，但是现在的小区一般来说有着百来户的家庭，不同的家庭对于室内温度的要求也不一样，小区很难满足各个用户的需求。用户也无法随心所欲的设定供暖的温度，达不到最为舒适的供暖效果；其次，集中供暖覆盖范围较小，对于人口稀疏的区域城市集中供暖成本太高，所以热力公司就会在供暖时选择性的将其忽略，这就导致部分人无法享受城市发展带来的便利，使得社会矛盾激化，影响社会和谐。所以，暖通空调的研发以及广泛使用，是有着必然的原因的，暖通空调不仅可以实现每家每户的独立安装，而且用户自己可以对温度进行设定，自由程度较高，随着供暖技术的进步，暖通空调的热源也由单一的电力供热，逐步发展为综合的燃气、燃油、地热等多途径供热，为暖通空调的普及创造了更好地条件。

2Fluent在空调设计中室内空气调节的应用

暖通空调能够为用户提供更好的供暖效果，就需要暖通空调在设计与产品研发中针对用户的需求进行大量的实验，对室内的热力环境进行模拟，对室内温度、湿度和空气流动等各方面因素进行综合考虑，只有这样，才能确保供暖效果。而传统的暖通空调设计是依靠工程技术人员丰富的实践经验与理论知识，通过编程和大量的实验，逐一对各种参数进行调试，对产品的效果进行对比分析，然后再反过来对产品设计进行改进，从而实现产品的优化。产品的设计与研发过程漫长，而且效果不甚理想，对室内热环境的模拟不够真实准确，此外，这种设计模式对技术人员要求很高，依赖性过强，一旦人的因素出了意外状况，就使得设计工作停滞不前。针对这些问题，专业的暖通空调设计公司开发了Fluent软件，帮助设计人员进行空调的设计。它不但能够真实的模拟室内的空气流动，创建更为真实的热环境，而且对设计人员设计的产品进行性能测试，从而帮助设计人员更快捷的发现问题，进行优化改进。Fluent软件是对前期大量设计工作的总结与综合，所以包含了许多基础性的前人编写的程序，这对于设计人员而言无疑是重大的福音，它使得技术人员能够从枯燥泛味的重复性基础工作中解脱出来，而将更多的精力放在产品的设计上，极大的提高了设计的效率，也大幅的缩短了产品更新换代的速度，为企业提高核心竞争力奠定了良好的基础。

3FLUENT软件的特点

FLUENT软件主要由求解器、前处理和后处理三大模块构成。

求解器是FLUENT软件的核心部分，其数学模型是以各种湍流模型和纳斯-斯托克斯方程组为主，以自由面膜型、燃烧与化学反应流模型和非牛顿流体模型等为辅。而多数附加模型则通常是在主体方程组上补充一些附加输运方程和关系式。求解器采用计算精度和稳定性更好的有限体积法离散方程、压力校正法和偶合法进行计算。

前处理模块主要采用GAMBIT作为专门的网格制作工具，利用这种工具生成的网格可以有多种形状。根据具体计算，还可以生成混合型网格。FLUENT软件所具有的自适应功能，可以对网格进行粗化或细分，可以使生成的网格不连续，或是生成可滑动、可变网格。

后处理模块具有三维显示功能，既可以显示各种流动特性，又可以以动画的形式演示非定常过程。

FLUENT软件采用的二阶上风格式，可以实现对畸变网格的较好处理，实现在技术上的领先。

4FLUENT在暖通空调领域中应用

暖通空调进行设计的根本目的是为用户提供更为舒适的室内环境。为了实现以上目的，为了实现对室内各项环境参数的合理控制，为了向人们提供更优质的空调服务，就必须掌握室内环境参数的分布特征，并对其进行科学准确的计算。除模型实验之外，CFD技术是唯一一个可以对三次元室内气流分布特征进行详细解析的有效手段。本文以传统壁挂式空调室内气流组织为例，利用FLUENT软件来模拟计算其温度场数值。

4.1建立数值模型

现设定传统挂壁式空调原始参数如下：制冷/制热量为2500W，几何尺寸为240mm×760mm×180mm，出风温度为制热40摄氏度、制冷16摄氏度，出风角度为45度，出风速度为强风出风5m/s。建立长5m、宽4m、高3m的三维立体房间模型。将呈坐姿状态的、本身不会发热的人体模型置于房间中间，将空调安装在房间内较狭窄的一面，房间内无任何热源装置。

另外，将边界条件设定为空调制冷时室内初始温度为30摄氏度，制冷时初始温度为5摄氏度，房间6面墙绝热。模型采用整体连续网格结构，网格数为36000，再通过利用湍流模型和相关计算方法列出方程组，最终计算出模型数值。

4.2确认计算结果

根据计算结果发现，人体模型垂直方向存在温度梯度，头部温度要高于脚部。室内存在温度差会导致人体局部性热感不适。但随着时间的推移，人体温度梯度会逐渐减小，当温度差趋于稳定状态时，人体头部温度会高出脚部温度约2摄氏度左右，符合国际通用舒适度指标PPD和PWV所规定舒适条件的最高温度差3摄氏度。

总结：商用软件是科研领域、工程领域等经常使用的一种重要计算工具。根据上文描述可知，暖通空调应用FLUENT软件来进行流体分析与计算，不仅无需编程、节省大量时间，而且极大的优化了暖通空调系统的算法，既有利于系统设计人员更好的确定参数，又能够大大提高工作效率。

参考文献：

[1]贾蕾.FLUENT在暖通空调领域中的应用[J].工业b，2015（31）：173-174.

[2]马健，郑中援.单U形和双U形地埋管换热器传热模拟[J].暖通空调，2012，42（5）：108-112.