CFD技術及其在暖通空調(diào)工程中的應用CFD技術及其在暖通空調(diào)工程中的應用CFD技術及其在暖通空調(diào)工程中的應用內(nèi)容提綱1.簡要介紹2.發(fā)展概況3.理論研究主要方向4.技術的工程應用1CFD技術及其在暖通空調(diào)工程中的應用CFD技術及其在暖通空調(diào)內(nèi)容提綱1.簡要介紹2.發(fā)展概況3.理論研究主要方向4.技術的工程應用2內(nèi)容提綱1.簡要介紹21.簡要介紹計算流體力學在流體力學中的地位理論流體力學：連續(xù)場模型，分析解法計算流體力學：離散場模型，數(shù)值解法各種方法比較：方法優(yōu)點缺點實驗法真實、客觀、求解范圍廣成本高、認識有限分析法成本低、揭示機理、可預見可能失真、求解范圍有限數(shù)值方法成本低、求解范圍廣可能失真31.簡要介紹計算流體力學在流體力學中的地位方法優(yōu)點缺點實驗1.簡要介紹流動與傳熱問題的數(shù)學描述控制方程（不可壓縮流體）連續(xù)性方程：動量方程：41.簡要介紹流動與傳熱問題的數(shù)學描述連續(xù)性方程：動量方程1.簡要介紹能量方程：通用微分方程：非穩(wěn)態(tài)項對流項擴散項源項－廣義變量－廣義擴散系數(shù)51.簡要介紹能量方程：通用微分方程：非穩(wěn)態(tài)項對流項1.簡要介紹初始條件：邊界條件：（1）第一類邊界條件：邊界上給定（2）第二類邊界條件：邊界上給定（3）第三類邊界條件：邊界上與關系給定61.簡要介紹初始條件：61.簡要介紹舉例后臺階突擴層流流動與換熱問題（二維、穩(wěn)態(tài)、不可壓縮、常物性、無內(nèi)熱源）71.簡要介紹舉例71.簡要介紹連續(xù)性方程：動量方程：能量方程：81.簡要介紹連續(xù)性方程：動量方程：能量方程：81.簡要介紹邊界條件(1)進口(速度u、溫度T)分布要給定(2)中心線(3)壁面(3)出口數(shù)值處理方法91.簡要介紹邊界條件(1)進口(速度u、溫度T)分布1.簡要介紹流動與傳熱問題數(shù)值求解的基本思想基于連續(xù)介質(zhì)模型(1)用有限個離散點上的值代表連續(xù)體－區(qū)域離散(2)建立離散點上物理量的代數(shù)方程式－方程的離散(3)求解代數(shù)方程101.簡要介紹流動與傳熱問題數(shù)值求解的基本思想1011111.簡要介紹常用數(shù)學方法有限差分法有限容積法（最為常用）有限元法邊界元法有限分析法121.簡要介紹常用數(shù)學方法121.簡要介紹不是基于連續(xù)介質(zhì)模型格子－方法直接模擬方法分子動力學模擬131.簡要介紹不是基于連續(xù)介質(zhì)模型131.簡要介紹商用軟件已經(jīng)被收購141.簡要介紹商用軟件已經(jīng)被收購141.簡要介紹一個算例——卡門渦街模擬(100)動畫演示151.簡要介紹一個算例——卡門渦街模擬(100)動畫演示152.發(fā)展概況是（計算流體動力學）的縮寫，是流體力學理論研究的一個分支。工程中的流體流動、傳熱、燃燒、化學反應、多相流等的數(shù)值預測及工程應用一般簡稱為技術。技術的發(fā)展總的來說是隨著計算機技術及數(shù)值計算方法的發(fā)展而發(fā)展的，從20世紀60年代至今，其發(fā)展過程可以分為四個階段。162.發(fā)展概況是（計算流體動力學）的縮寫，是流體力學理初始階段(1965～1974年)－解決計算流體力學中的一些基本的理論問題模型方程（湍流、傳熱、輻射、氣體－顆粒作用、化學反應、燃燒等）數(shù)值方法（差分格式、代數(shù)方程組求解等）網(wǎng)格劃分程序編寫與實現(xiàn)就數(shù)值結果與大量傳統(tǒng)的流體力學實驗結果及精確解進行比較，以確定數(shù)值預測方法的可靠性、精確性及影響規(guī)律2.發(fā)展概況17初始階段(1965～1974年)－解決計算流體力學中的一些基取得的一些重要成果標準模型和壁面函數(shù)法的提出迎風格式、格式的提出算法的提出微分方程方法生成適體坐標體系，從而使計算流體力學對不規(guī)則的幾何流動區(qū)域有了較強的適應性，逐漸在中形成了專門的研究領域：網(wǎng)格生成技術2.發(fā)展概況18取得的一些重要成果2.發(fā)展概況18走向工業(yè)應用階段(1975～1984年)－探討在解決實際工程問題中的可行性、可靠性及工業(yè)化推廣應用技術開始向各種以流動為基礎的工程問題方向發(fā)展，如氣固、液固多相流、非牛頓流、化學反應流、煤粉燃燒等1977年，等開發(fā)的用于預測二維邊界層內(nèi)的遷移現(xiàn)象的程序公開1981年，組建的公司將包裝后的計算軟件（）正式投放市場，開創(chuàng)了商業(yè)軟件的先河2.發(fā)展概況19走向工業(yè)應用階段(1975～1984年)－探討在解決實際工程快速發(fā)展期(1985年～1995)－在工程設計的應用以及應用效果的研究取得了一定的成果，在學術界得到了充分的認可領導的公司在發(fā)達國家的工業(yè)界進行了大量的推廣工作也在美國工程師協(xié)會的協(xié)助下，舉行了大范圍的培訓，皆在推廣應用工程應用雖然取得一定成果，但總體上還僅僅限于解決一些簡單問題2.發(fā)展概況20快速發(fā)展期(1985年～1995)－在工程設計的應用以及應應用成熟期(1996年～2005)－技術在工業(yè)領域各個方面獲得極大推廣隨著計算機圖形學、計算機微機技術的快速進步，的前后處理軟件得到了迅速發(fā)展，如，，等等一些經(jīng)濟實力雄厚的實體也見到了應用軟件的巨大商機，紛紛介入，如美國的、及英國的等2.發(fā)展概況21應用成熟期(1996年～2005)－技術在工業(yè)領域各個方面工程應用中的困難如何簡化問題？—將實際問題進行合理簡化，對問題的主要矛盾進行提煉如何進行建模和網(wǎng)格劃分？－實際幾何模型的復雜性如何選擇格式、算法、模型？—實現(xiàn)問題順利求解2.發(fā)展概況即使上述問題解決了，但有時候仍然無法獲得收斂結果！22工程應用中的困難2.發(fā)展概況即使上述問題解決了，但有時候仍工程應用中的發(fā)展方向廣度方向發(fā)展—多物理場(耦合)求解深度方向發(fā)展—更加專業(yè)化暖通領域：與能耗模擬、光環(huán)境模擬、聲環(huán)境模擬構建建筑環(huán)境模擬系統(tǒng)—模型文件接口？軟件通用性？2.發(fā)展概況23工程應用中的發(fā)展方向2.發(fā)展概況233.理論研究主要方向差分格式算法網(wǎng)格生成技術湍流模型243.理論研究主要方向差分格式243.理論研究方向湍流現(xiàn)象—雷諾實驗253.理論研究方向湍流現(xiàn)象—雷諾實驗253.理論研究方向大尺度結構小尺度結構263.理論研究方向大尺度結構小尺度結構263.理論研究方向湍流物理量時均值定義及其性質(zhì)t273.理論研究方向湍流物理量時均值定義及其性質(zhì)t273.理論研究方向湍流數(shù)值模擬方法直接數(shù)值模擬（）大渦模擬（）、分離渦模擬（）雷諾平均方程模擬（）零方程模型兩方程模型283.理論研究方向湍流數(shù)值模擬方法283.理論研究方向湍流對流換熱的時均方程：連續(xù)性方程：動量方程：對流項：293.理論研究方向湍流對流換熱的時均方程：連續(xù)性方程：動量方3.理論研究方向整理得到：假設303.理論研究方向整理得到：假設303.理論研究方向根據(jù)對求解，可以分為：零方程模型、一方程模型、兩方程模型和四方程模型等；對于通風空調(diào)氣流組織計算，陳清焰提出了新零方程模型：新零方程模型的提出主要是為了快速解決氣流組織中的計算問題，在計算精度上進行妥協(xié)313.理論研究方向根據(jù)對求解，可以分為：零方程模型3.理論研究方向混合長度理論（，1925）新零方程模型的評價《零方程模型用于空調(diào)通風房間氣流組織數(shù)值模擬的研究》陳曉春，朱穎心，王元，暖通空調(diào)，2006.8《混合對流的數(shù)值模擬》陳曉春，林冠婧，周翔等，計算物理，2007.1323.理論研究方向混合長度理論（，1925）323.理論研究方向兩種方法進行研究算例比較強迫對流混合對流自然對流理論分析333.理論研究方向兩種方法進行研究333.理論研究方向強迫對流343.理論研究方向強迫對流343.理論研究方向混合長度理論新零方程模型模型353.理論研究方向混合長度理論新零方程模型模型353.理論研究方向3.0m6.0m0.084m2.916m363.理論研究方向3.0m6.0m0.084m2.93.理論研究方向混合對流373.理論研究方向混合對流373.理論研究方向0.52m0.52m0.52m0.52m383.理論研究方向0.52m0.52m0.52m0.53.理論研究方向自然對流393.理論研究方向自然對流393.理論研究方向速度分布比較溫度分布比較403.理論研究方向速度分布比較溫度分布比較403.理論研究方向混合對流的進一步討論V2F模型、標準模型和新零方程模型比較零方程模型模型V2F模型413.理論研究方向混合對流的進一步討論零方程模型模型V23.理論研究方向零方程模型模型V2F模型423.理論研究方向零方程模型模型V2F模型423.理論研究方向0.52m0.52m0.52m0.52m433.理論研究方向0.52m0.52m0.52m0.53.理論研究方向理論分析的假設零方程模型混合長度理論443.理論研究方向理論分析零方程模型混合長度理論443.理論研究方向結論：總體來說的混合長度理論能夠獲得比的零方程模型更好的結果；從這兩種零方程模型的構造著手進行分析，認為的混合長度理論更為合理些。相對于雙方程湍流模型，零方程模型仍然屬于低級模型，計算精度有限，但它能夠極大的節(jié)約計算資源。453.理論研究方向結論：總體來說的混合長度理論能夠獲得比的零4.在暖通空調(diào)中的應用在暖通空調(diào)領域內(nèi)的研究現(xiàn)狀（國外）上世紀70年代初，首次將技術應用于暖通空調(diào)領域；1978年，又使用守恒方程的原始變量形式模擬了三維室內(nèi)氣流流動；1980年，利用模型模擬不同幾何形狀的室內(nèi)氣流流動；1984年，和描述了計算建筑物表面對流換熱系數(shù)的計算方法；公司推出面向暖通工程師的464.在暖通空調(diào)中的應用在暖通空調(diào)領域內(nèi)的研究現(xiàn)狀（國外）4.在暖通空調(diào)中的應用1989年，美國的供暖、冷藏與空氣調(diào)節(jié)工程師協(xié)會（）專門成立了用方法預測室內(nèi)空氣流動的研究機構，并組織完成了的第464（464）號研究課題“室內(nèi)空氣流動的數(shù)值計算”，該課題比較完整的研究了方法模擬室內(nèi)空氣流動的許多相關問題474.在暖通空調(diào)中的應用1989年，美國的供暖、冷藏與空氣調(diào)4.在暖通空調(diào)中的應用在暖通空調(diào)領域內(nèi)的研究現(xiàn)狀（國內(nèi)）1983年湖南大學湯廣發(fā)編寫了一套二維層流計算程序，并且成功的分析了通風和標準工業(yè)廠房自然對流等難度較大的工程問題；1988年，張建忠分析了數(shù)值計算方法在暖通空調(diào)領域的應用情況，還對常見的工業(yè)敞口槽通風問題做了數(shù)值計算分析；1992年，顧瑞英和武文斐在熱源表面溫度給定條件下，利用數(shù)值模擬方法和模型求解了氣流的速度分布和溫度分布，考察了送風方式、送風量、熱源表面溫度、熱源表面和壁體表面的黑度、室外環(huán)境通過壁體的傳熱等諸多因素對室內(nèi)氣流組織的影響484.在暖通空調(diào)中的應用在暖通空調(diào)領域內(nèi)的研究現(xiàn)狀（國內(nèi)）44.在暖通空調(diào)中的應用清華大學的李先庭和趙彬等人在方法評價和空氣齡、風口模型、室內(nèi)顆粒物的擴散規(guī)律等方面做出了重要貢獻；哈爾濱工業(yè)大學的魏學孟和何鐘怡等人在大渦模擬技術以及其在潔凈室的計算中也做出了很多有重要價值的工作；494.在暖通空調(diào)中的應用清華大學的李先庭和趙彬等人在方法評價4.在暖通空調(diào)中的應用90年代末期及以后的研究特點：高級湍流模型的應用浮升力的計算研究大空間氣流組織快速計算方法結合暖通空調(diào)特點的數(shù)值計算方法（，空氣齡，擴散等）504.在暖通空調(diào)中的應用90年代末期及以后的研究特點：504.在暖通空調(diào)中的應用應用實例1-土壤源熱泵研究應用實例2-大空間熱環(huán)境分析應用實例3-建筑室外風環(huán)境應用實例4-通風空調(diào)氣流組織514.在暖通空調(diào)中的應用應用實例1-土壤源熱泵研究51謝謝！2010年8月25日52謝謝！2010年8月25日52謝謝觀賞！532020/11/5謝謝觀賞！532020/11/5CFD技術及其在暖通空調(diào)工程中的應用CFD技術及其在暖通空調(diào)工程中的應用CFD技術及其在暖通空調(diào)工程中的應用內(nèi)容提綱1.簡要介紹2.發(fā)展概況3.理論研究主要方向4.技術的工程應用54CFD技術及其在暖通空調(diào)工程中的應用CFD技術及其在暖通空調(diào)內(nèi)容提綱1.簡要介紹2.發(fā)展概況3.理論研究主要方向4.技術的工程應用55內(nèi)容提綱1.簡要介紹21.簡要介紹計算流體力學在流體力學中的地位理論流體力學：連續(xù)場模型，分析解法計算流體力學：離散場模型，數(shù)值解法各種方法比較：方法優(yōu)點缺點實驗法真實、客觀、求解范圍廣成本高、認識有限分析法成本低、揭示機理、可預見可能失真、求解范圍有限數(shù)值方法成本低、求解范圍廣可能失真561.簡要介紹計算流體力學在流體力學中的地位方法優(yōu)點缺點實驗1.簡要介紹流動與傳熱問題的數(shù)學描述控制方程（不可壓縮流體）連續(xù)性方程：動量方程：571.簡要介紹流動與傳熱問題的數(shù)學描述連續(xù)性方程：動量方程1.簡要介紹能量方程：通用微分方程：非穩(wěn)態(tài)項對流項擴散項源項－廣義變量－廣義擴散系數(shù)581.簡要介紹能量方程：通用微分方程：非穩(wěn)態(tài)項對流項1.簡要介紹初始條件：邊界條件：（1）第一類邊界條件：邊界上給定（2）第二類邊界條件：邊界上給定（3）第三類邊界條件：邊界上與關系給定591.簡要介紹初始條件：61.簡要介紹舉例后臺階突擴層流流動與換熱問題（二維、穩(wěn)態(tài)、不可壓縮、常物性、無內(nèi)熱源）601.簡要介紹舉例71.簡要介紹連續(xù)性方程：動量方程：能量方程：611.簡要介紹連續(xù)性方程：動量方程：能量方程：81.簡要介紹邊界條件(1)進口(速度u、溫度T)分布要給定(2)中心線(3)壁面(3)出口數(shù)值處理方法621.簡要介紹邊界條件(1)進口(速度u、溫度T)分布1.簡要介紹流動與傳熱問題數(shù)值求解的基本思想基于連續(xù)介質(zhì)模型(1)用有限個離散點上的值代表連續(xù)體－區(qū)域離散(2)建立離散點上物理量的代數(shù)方程式－方程的離散(3)求解代數(shù)方程631.簡要介紹流動與傳熱問題數(shù)值求解的基本思想1064111.簡要介紹常用數(shù)學方法有限差分法有限容積法（最為常用）有限元法邊界元法有限分析法651.簡要介紹常用數(shù)學方法121.簡要介紹不是基于連續(xù)介質(zhì)模型格子－方法直接模擬方法分子動力學模擬661.簡要介紹不是基于連續(xù)介質(zhì)模型131.簡要介紹商用軟件已經(jīng)被收購671.簡要介紹商用軟件已經(jīng)被收購141.簡要介紹一個算例——卡門渦街模擬(100)動畫演示681.簡要介紹一個算例——卡門渦街模擬(100)動畫演示152.發(fā)展概況是（計算流體動力學）的縮寫，是流體力學理論研究的一個分支。工程中的流體流動、傳熱、燃燒、化學反應、多相流等的數(shù)值預測及工程應用一般簡稱為技術。技術的發(fā)展總的來說是隨著計算機技術及數(shù)值計算方法的發(fā)展而發(fā)展的，從20世紀60年代至今，其發(fā)展過程可以分為四個階段。692.發(fā)展概況是（計算流體動力學）的縮寫，是流體力學理初始階段(1965～1974年)－解決計算流體力學中的一些基本的理論問題模型方程（湍流、傳熱、輻射、氣體－顆粒作用、化學反應、燃燒等）數(shù)值方法（差分格式、代數(shù)方程組求解等）網(wǎng)格劃分程序編寫與實現(xiàn)就數(shù)值結果與大量傳統(tǒng)的流體力學實驗結果及精確解進行比較，以確定數(shù)值預測方法的可靠性、精確性及影響規(guī)律2.發(fā)展概況70初始階段(1965～1974年)－解決計算流體力學中的一些基取得的一些重要成果標準模型和壁面函數(shù)法的提出迎風格式、格式的提出算法的提出微分方程方法生成適體坐標體系，從而使計算流體力學對不規(guī)則的幾何流動區(qū)域有了較強的適應性，逐漸在中形成了專門的研究領域：網(wǎng)格生成技術2.發(fā)展概況71取得的一些重要成果2.發(fā)展概況18走向工業(yè)應用階段(1975～1984年)－探討在解決實際工程問題中的可行性、可靠性及工業(yè)化推廣應用技術開始向各種以流動為基礎的工程問題方向發(fā)展，如氣固、液固多相流、非牛頓流、化學反應流、煤粉燃燒等1977年，等開發(fā)的用于預測二維邊界層內(nèi)的遷移現(xiàn)象的程序公開1981年，組建的公司將包裝后的計算軟件（）正式投放市場，開創(chuàng)了商業(yè)軟件的先河2.發(fā)展概況72走向工業(yè)應用階段(1975～1984年)－探討在解決實際工程快速發(fā)展期(1985年～1995)－在工程設計的應用以及應用效果的研究取得了一定的成果，在學術界得到了充分的認可領導的公司在發(fā)達國家的工業(yè)界進行了大量的推廣工作也在美國工程師協(xié)會的協(xié)助下，舉行了大范圍的培訓，皆在推廣應用工程應用雖然取得一定成果，但總體上還僅僅限于解決一些簡單問題2.發(fā)展概況73快速發(fā)展期(1985年～1995)－在工程設計的應用以及應應用成熟期(1996年～2005)－技術在工業(yè)領域各個方面獲得極大推廣隨著計算機圖形學、計算機微機技術的快速進步，的前后處理軟件得到了迅速發(fā)展，如，，等等一些經(jīng)濟實力雄厚的實體也見到了應用軟件的巨大商機，紛紛介入，如美國的、及英國的等2.發(fā)展概況74應用成熟期(1996年～2005)－技術在工業(yè)領域各個方面工程應用中的困難如何簡化問題？—將實際問題進行合理簡化，對問題的主要矛盾進行提煉如何進行建模和網(wǎng)格劃分？－實際幾何模型的復雜性如何選擇格式、算法、模型？—實現(xiàn)問題順利求解2.發(fā)展概況即使上述問題解決了，但有時候仍然無法獲得收斂結果！75工程應用中的困難2.發(fā)展概況即使上述問題解決了，但有時候仍工程應用中的發(fā)展方向廣度方向發(fā)展—多物理場(耦合)求解深度方向發(fā)展—更加專業(yè)化暖通領域：與能耗模擬、光環(huán)境模擬、聲環(huán)境模擬構建建筑環(huán)境模擬系統(tǒng)—模型文件接口？軟件通用性？2.發(fā)展概況76工程應用中的發(fā)展方向2.發(fā)展概況233.理論研究主要方向差分格式算法網(wǎng)格生成技術湍流模型773.理論研究主要方向差分格式243.理論研究方向湍流現(xiàn)象—雷諾實驗783.理論研究方向湍流現(xiàn)象—雷諾實驗253.理論研究方向大尺度結構小尺度結構793.理論研究方向大尺度結構小尺度結構263.理論研究方向湍流物理量時均值定義及其性質(zhì)t803.理論研究方向湍流物理量時均值定義及其性質(zhì)t273.理論研究方向湍流數(shù)值模擬方法直接數(shù)值模擬（）大渦模擬（）、分離渦模擬（）雷諾平均方程模擬（）零方程模型兩方程模型813.理論研究方向湍流數(shù)值模擬方法283.理論研究方向湍流對流換熱的時均方程：連續(xù)性方程：動量方程：對流項：823.理論研究方向湍流對流換熱的時均方程：連續(xù)性方程：動量方3.理論研究方向整理得到：假設833.理論研究方向整理得到：假設303.理論研究方向根據(jù)對求解，可以分為：零方程模型、一方程模型、兩方程模型和四方程模型等；對于通風空調(diào)氣流組織計算，陳清焰提出了新零方程模型：新零方程模型的提出主要是為了快速解決氣流組織中的計算問題，在計算精度上進行妥協(xié)843.理論研究方向根據(jù)對求解，可以分為：零方程模型3.理論研究方向混合長度理論（，1925）新零方程模型的評價《零方程模型用于空調(diào)通風房間氣流組織數(shù)值模擬的研究》陳曉春，朱穎心，王元，暖通空調(diào)，2006.8《混合對流的數(shù)值模擬》陳曉春，林冠婧，周翔等，計算物理，2007.1853.理論研究方向混合長度理論（，1925）323.理論研究方向兩種方法進行研究算例比較強迫對流混合對流自然對流理論分析863.理論研究方向兩種方法進行研究333.理論研究方向強迫對流873.理論研究方向強迫對流343.理論研究方向混合長度理論新零方程模型模型883.理論研究方向混合長度理論新零方程模型模型353.理論研究方向3.0m6.0m0.084m2.916m893.理論研究方向3.0m6.0m0.084m2.93.理論研究方向混合對流903.理論研究方向混合對流373.理論研究方向0.52m0.52m0.52m0.52m913.理論研究方向0.52m0.52m0.52m0.53.理論研究方向自然對流923.理論研究方向自然對流393.理論研究方向速度分布比較溫度分布比較933.理論研究方向速度分布比較溫度分布比較403.理論研究方向混合對流的進一步討論V2F模型、標準模型和新零方程模型比較零方程模型模型V2F模型943.理論研究方向混合對流的進一步討論零方程模型模型V23.理論研究方向零方程模型模型V2F模型953.理論研究方向零方程模型模型V2F模型423.理論研究方向0.52m0.52m0.52m0.52m963.理論研究方向0.52m0.52m0.52m0.53.理論研究方向理論分析的假設零方程模型混合長度理論973.理論研究方向理論分析零方程模型混合長度理論443.理論研究方向結論：總體來說的混合長度理論能夠獲得比的零方程模型更好的結果；從這兩種零方程模型的構造著手進行分析，認為的混合長度理論更為合理些。相對于雙方程湍流模型，零方程模型仍然屬于低級模型，計算精度有限，但它能夠極大的節(jié)約計算資源。983.理論研究方向結論：總體來說的混合長度理論能夠獲得比的零4.在暖通空調(diào)中的應用在暖通空調(diào)領域內(nèi)的研究現(xiàn)狀（國外）上世紀70年