王廣超

【摘要】自從我國實行改革開放以來，老百姓的生活層次在逐年提高，對居住生活環(huán)境的要求也越來越高，因此高速推動了暖通空調(diào)行業(yè)的進步。暖通空調(diào)已經(jīng)成為現(xiàn)代人們提高生活質(zhì)量必不可少的用具之一，明顯改善了人們的居住環(huán)境。暖通空調(diào)制造企業(yè)通過不斷地改良創(chuàng)新空調(diào)的功能來面對激烈的空調(diào)競爭現(xiàn)狀，最近幾年，暖通空調(diào)生產(chǎn)企業(yè)使用最廣泛的軟件便是LUENT。本文作者就圍繞LUENT軟件的一些應(yīng)用性能及具體應(yīng)用進行論述。

【關(guān)鍵詞】暖通空調(diào);LUENT;CFD技術(shù);應(yīng)用

LUENT軟件是一款應(yīng)用性特別強的商用CFD軟件，下面就LUENT軟件在暖通空調(diào)方面的利用狀況，以常見的壁掛式空調(diào)的氣體流動情況研究，用此軟件虛擬化研究室內(nèi)的溫度變化。

一、CFD技術(shù)在暖通空調(diào)中的應(yīng)用

CFD技術(shù)是上世紀(jì)發(fā)展起來的一款用于土木工程、機械建筑等領(lǐng)域用來計算流體動力的商品化軟件，該技術(shù)軟件的主要數(shù)學(xué)模型是多種類型的湍流模型以及納維一斯托克斯方程組，還需要用到非牛頓流體模型、多相流模型以及自由面模型等。CFD技術(shù)在暖通空調(diào)方面的應(yīng)用革新了原始的產(chǎn)品開發(fā)過程中出現(xiàn)的弊端，原始的研發(fā)工作主要依靠研發(fā)人員的多年工作經(jīng)驗，浪費了研發(fā)經(jīng)費和研究周期。而CFD歡件能精準(zhǔn)的預(yù)示流體物品的完整性能，而且可以精準(zhǔn)的測定流體流動的整個過程，比如濃度場、壓力場、溫度場分散的變化特征，更能輕易地找出產(chǎn)品工藝中的缺陷并根據(jù)缺陷重新評估計算提出對應(yīng)的解決方案。此外CFD軟件配備的前處理功能可以影響計算的準(zhǔn)確性和精密性。因此，應(yīng)用CFD技術(shù)可以明顯減少對操作實驗和技術(shù)經(jīng)驗的依賴，使得研發(fā)周期明顯縮短，研發(fā)經(jīng)費明顯減少。為滿足人們對房間內(nèi)環(huán)境的氣流、溫濕度等要求以及對這些數(shù)據(jù)的科學(xué)控制，在設(shè)計空調(diào)時，設(shè)備的選材一定要以經(jīng)濟技術(shù)合理為目的。CFD能仔細(xì)的分析房間內(nèi)立體的氣流流動特征，因此CFD技術(shù)在暖通空調(diào)方面發(fā)展非?？焖?，很多先進國家已經(jīng)將此項技術(shù)應(yīng)用的爐火純青，特別是在美國，CFD技術(shù)已經(jīng)作為經(jīng)典的技術(shù)軟件進行推廣應(yīng)用。

二、LUENT軟件的主要特點、求解問題

第一、LUENT軟件的主要特點。網(wǎng)格生成（前處理）與流動顯示（后處理）模塊以及計算器是FLUENT欽件的主要組成部分，計算器作為本軟件的重中之重通過使用偶合法、壓力校正法以及有限體積法離散方程進行計算GAMBIT是CFD技術(shù)軟件特有的的前處理系統(tǒng)，可以將二維流動處理成長方形和三角形網(wǎng)格，也可以將三維流動處理成六面體、金字塔和三角柱等結(jié)構(gòu)，本軟件還可以根據(jù)具體的計算要求生成混合形式的網(wǎng)格并能進行細(xì)化或者合并。此外FLUENT軟件之所以在三維顯示功能技術(shù)領(lǐng)先是因為采用了Barth-與Jerpersen的二階上風(fēng)格式，而且所有的計算過程可以使用動畫的形式演示出來。Fluent使用了重復(fù)網(wǎng)格增加方法和多種計算途徑來模擬從不能被壓縮到能高度壓縮范圍內(nèi)的復(fù)雜流動，使得該技術(shù)將計算精確度和收斂速度達到最佳。

第二、luent程序可以解決的問題。luent軟件可以解決的問題非常的多，使得其在各個領(lǐng)域的使用非常廣泛。主要范圍如下：（1）一維熱交換器性能計算;（2）牛頓流體及非牛頓流體;（3）穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)流動問題;（4）慣性坐標(biāo)系和非慣性坐標(biāo)系下的流動問題模擬;（5）復(fù)雜表面形狀下的自由面流動問題;（6）導(dǎo)熱與對流換熱耦合問題;（7）可壓縮與不可壓縮流動問題;（8）無黏流，層流及湍流問題;（9）兩相流問題;（10）輻射換熱;（11）用LagTangian軌道模型模擬稀疏相;（12）對流換熱問題。

三、LUENT在暖通空調(diào)領(lǐng)域中的具體運用

第一、在換熱設(shè)備中的模擬管殼式換熱器。管殼式換熱器由于工藝成熟和結(jié)構(gòu)簡易等特點被大量適用于各個行業(yè)。到目前為止，管殼式換熱器殼程的整體分析在實際應(yīng)用中已經(jīng)得到了人們的肯定，并且取得了很大的經(jīng)濟效益，為很多行業(yè)的發(fā)展做出了貢獻。使用變間距翅片構(gòu)造改進換熱器后，換熱器的工作性提升了很多。管間距會較大的影響翅片管換熱器性能，可以實現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。

第二、LUENT技術(shù)的具體使用步驟是①確定邊界尺寸;②確定邊界類型;③生成網(wǎng)格;④輸入邊界條件;⑤ILUENT主程序解析;⑥計算結(jié)果可視化。下面就用具體的實例進行說明。

（1）建立模型。我們以最常見的掛式空調(diào)原始數(shù)據(jù)為例，原始參數(shù)設(shè)定如下：

幾何尺寸：250mm×770mm×160mm;出風(fēng)溫度：制熱40攝氏度;制冷15攝氏度;制冷（熱）量：2600W;出風(fēng)角度.-45度;出風(fēng)速度：強風(fēng)出風(fēng)8m/s。

（2）為使實驗成果能更符合實際情況，我們就需要建立適合室內(nèi)一定的原始數(shù)據(jù)，將本身不會散熱并坐著的人體模型置于長6m、寬5m、高4m的立體房間模型中間，然后將空調(diào)安裝于模型房間內(nèi)較狹窄的地方，房間內(nèi)不能放置任何熱源裝置。與此同時，房間每個面的墻都必須隔熱，剛開始制冷時的溫度為7攝氏度，空調(diào)制冷時房間內(nèi)的初始溫度設(shè)定為32攝氏度。模型使用系統(tǒng)內(nèi)的計算生成網(wǎng)格，采用整體的連續(xù)不斷的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，最終得到網(wǎng)格數(shù)為42000，然后使用湍流模型等與之相關(guān)的計算方法列出方程組，最后計算出模型的數(shù)據(jù)。

（3）計算結(jié)果。通過結(jié)果分析，由于室內(nèi)熱空氣的密度要小于冷空氣。使得冷空氣下降而熱空氣上升，從而出現(xiàn)房間內(nèi)上部溫度上升的速度快于下部，導(dǎo)致人體模型自上而下出現(xiàn)溫度差異，模型的頭部溫度明顯高于腳部。房間內(nèi)的這種升溫不同步現(xiàn)象會給人的身體帶來不適感。盡管一開始空調(diào)會使室內(nèi)的溫度差比較大，但是伴隨著空調(diào)開放時間的變長，人體溫度的差異會慢慢減少，當(dāng)最終達到平衡時，人體腳步的溫度會比頭部溫度低大約1攝氏度，這種結(jié)果完全符合國際上規(guī)定的人體舒適度規(guī)定的條件。

綜上所述，此文論述了CFD技術(shù)在暖通空調(diào)方面的重要應(yīng)用，并講解了CFD技術(shù)中最重要的LUENT的特征，最后舉例說明了LUENT軟件在暖通空調(diào)領(lǐng)域中的使用過程。由此可知，LUENT軟件技術(shù)在工程領(lǐng)域、科技研發(fā)的商業(yè)領(lǐng)域占有很大的地位，最主要的是在暖通方面的計算和分析，不僅僅有利于系統(tǒng)研發(fā)人員更好的確定參數(shù)以提高工作效率，更提升了暖通空調(diào)系統(tǒng)的計算形式，還縮短了研發(fā)時間，是一款非常值得推廣的一款技術(shù)軟件。