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因問題的不同(tong)，CFD技術(shu)也會有所(suo)差別，如可壓(ya)縮氣體的亞(ya)音速流(liu)(liu)(liu)(liu)動(dong)、不(bu)可壓(ya)(ya)縮氣(qi)體(ti)(ti)的(de)低速(su)流(liu)(liu)(liu)(liu)動(dong)等。對于煙氣(qi)冷卻領域內的(de)流(liu)(liu)(liu)(liu)動(dong)問題，多為低速(su)流(liu)(liu)(liu)(liu)動(dong)，流(liu)(liu)(liu)(liu)速(su)在10m/s以下(xia)；流(liu)(liu)(liu)(liu)體(ti)(ti)溫(wen)度或密(mi)度變(bian)化不(bu)大，故可將其看作不(bu)可壓(ya)(ya)縮流(liu)(liu)(liu)(liu)動(dong)，不(bu)必考(kao)慮(lv)可壓(ya)(ya)縮流(liu)(liu)(liu)(liu)體(ti)(ti)高(gao)速(su)流(liu)(liu)(liu)(liu)動(dong)下(xia)的(de)激波等復(fu)雜現象。從(cong)此(ci)(ci)角度而言，此(ci)(ci)應(ying)用范(fan)圍內的CFD和(he)數值傳熱學NHT(Numerical Heat Transfer)等同。另(ling)外，煙氣冷卻領域內的(de)流體流動多(duo)為湍流流動，這(zhe)又給解決實際問題帶來很大的(de)困難。由于湍(tuan)流現象(xiang)至今沒(mei)有完全得到解(jie)決(jue)，目前(qian)HVAC內(nei)的一些湍流(liu)現(xian)象(xiang)主要(yao)依靠湍流(liu)半經驗理論來解(jie)決(jue)。

總體而言(yan)，CFD通常包(bao)含如下幾個主要環節：建立(li)數學物理模(mo)型、數值(zhi)算法求解、結果可視(shi)化。

3.1建立數學物理模型

建(jian)立(li)數學物理模型是對所研(yan)究的(de)流(liu)動(dong)問(wen)題(ti)進(jin)行數學描(miao)述(shu)，對于煙氣冷卻工程領域的(de)流(liu)動(dong)問(wen)題(ti)而(er)言(yan)，通常是不可壓流(liu)體的(de)粘性流體(ti)流動的控制微(wei)分(fen)方程。另外，由于(yu)暖通空(kong)調領(ling)域的流(liu)體(ti)流(liu)動基(ji)本為湍流(liu)流(liu)動，所(suo)以要結合(he)湍流(liu)模型(xing)才能構成對所(suo)關(guan)心問(wen)題的完整(zheng)描述，便(bian)于(yu)數(shu)值求解。

如(ru)下式(shi)為(wei)粘性流(liu)(liu)體流(liu)(liu)動(dong)的(de)(de)(de)通用控(kong)制微分方程(cheng)，隨著其中的(de)(de)(de)變量(liang)f的(de)(de)(de)不同，如(ru)f代(dai)表速度、焓以及(ji)湍流(liu)(liu)參數等(deng)物理量(liang)時，上式(shi)代(dai)表流(liu)(liu)體流(liu)(liu)動(dong)的(de)(de)(de)動(dong)量(liang)守恒(heng)方程(cheng)、能量守恒(heng)方程(cheng)以及湍流動能和湍(tuan)流動(dong)能耗散率方(fang)程(cheng)。基于該方(fang)程(cheng)，即(ji)可求解(jie)工(gong)程(cheng)中關(guan)心的流場速度、溫度、濃度等(deng)物理量分布。

3.2數值算法求解

上(shang)述的各微分方程(cheng)相互耦(ou)合(he)，具(ju)有很強(qiang)的非線性特征，目前只能利(li)用數(shu)值方法進行(xing)求(qiu)(qiu)解。這就需要對(dui)實際問題的求(qiu)(qiu)解區域(yu)進行(xing)離散。數(shu)值方法中常用的離散形式有：有限容(rong)積，有限差分，有限元。目前這三種方法在煙氣(qi)冷(leng)卻工程(cheng)領(ling)域(yu)的CFD技術中均有應用。總體而言，對(dui)于煙氣(qi)冷(leng)卻領(ling)域(yu)中的低速，不(bu)可壓(ya)流動和傳熱問題，采用有限容積法進行離散的情形較多。它(ta)具有物理意(yi)義(yi)清楚，總能滿足物理量的(de)守(shou)恒規律(lv)的(de)特(te)點(dian)。離(li)散后的(de)微分方程組就變(bian)成了代數方(fang)(fang)程組，表現為(wei)如下形(xing)式 可見，通過(guo)離散之后使得難以求解(jie)的(de)微(wei)分(fen)方(fang)(fang)程變(bian)成了容易求解(jie)的(de)代數方(fang)(fang)程，采用一定的(de)數(shu)值計算(suan)方(fang)法(fa)求(qiu)解式表示的代數方(fang)程(cheng)，即可獲得流(liu)場的離散(san)分布。從而模擬關心的流(liu)動情況。

3.3結(jie)果可視化

上(shang)述代數方(fang)程(cheng)求解(jie)后的結果(guo)是離散后的各網格節(jie)點上的數(shu)值(zhi)，這樣的結(jie)果不(bu)直觀，難以為一般工程人(ren)員或其他相(xiang)關人(ren)員理解。因(yin)此(ci)將(jiang)求解結(jie)果的速度場、溫度場(chang)或濃度場(chang)等表示出來就(jiu)成(cheng)(cheng)了CFD技(ji)術應(ying)用的必要組成(cheng)(cheng)部(bu)分。通(tong)過(guo)計算機圖(tu)形學等技術(shu)，就可以將我(wo)們所(suo)(suo)求解的(de)(de)速(su)度場和溫度場等形象、直(zhi)觀地(di)表(biao)示(shi)出來。如下圖(tu)2所(suo)(suo)示(shi)即為某會議室側送風時的(de)(de)速(su)度場和溫度場。其中顏(yan)色的(de)(de)暖(nuan)冷表(biao)示(shi)溫度高(gao)低，矢量箭(jian)頭的(de)大小表示速度(du)大小。

可(ke)(ke)見(jian)，通(tong)過可(ke)(ke)視化的(de)(de)后處理，可(ke)(ke)以將單調(diao)繁雜的(de)(de)數值求解(jie)結果形象直觀地表(biao)示(shi)(shi)出(chu)來，甚至便(bian)于(yu)非專(zhuan)業人士理解(jie)。如今(jin)，CFD的(de)(de)后處理不僅(jin)能(neng)顯示(shi)(shi)靜態的(de)(de)速度、溫度場圖片，而且(qie)能(neng)顯示(shi)(shi)流場的流線(xian)或(huo)跡線動畫，非常形象生動。

四.應用案例