1、Fluent 在暖通空调除尘工程中的应用摘要：在 CFD 软件中，Fluent 软件因其具有功能强大的模块，易用性和专业的技术支持，并且利用计算机实现对于系统的仿真研究不仅方便灵活，而且经济，因此成为目前国内外使用最多、最流行的商用软件之一，本文主要介绍了 Fluent 软件在暖通空调除尘工程中的应用并提出了将来的发展方向。 关键词：CFD 软件；暖通；空调；除尘 Abstract: in the CFD software, Fluent software modules because of its powerful functions, ease of use and profession
2、al technical support, and using the computer realization for system simulation research is not only convenient and flexible, and the economy, thus become the most used at home and abroad, one of the most popular commercial software, this article mainly introduced the application of Fluent software i
3、n hvac dust removal engineering and put forward the development direction in the future. Keywords: CFD software; Hvac; Air conditioning; Dust removal 中图分类号：U260.4+3 文献标识码：A 文章编号：2095-2104(2013) 1 前言 CFD（ Computaional Fluid Dynamics，即计算流体动力学，简称CFD） ，是以计算机作为数值模拟工具，运用一定的计算技术寻求满足定解条件的流体力学各种复杂问题的离散化数值解，并
4、通过分析数值结果以获得相关的流动规律或解决实际工程问题。这其中将涉及流体力学、计算方法、计算机图形处理等技术。CFD 是 20 世纪 60 年代伴随计算机技术迅速崛起的学科，到现在，这门学科已经相当成熟。随着各种 CFD 通用性软件包的陆续出现与商业化，CFD 软件广泛应用于热能动力、航天航空、环境化学、暖通空调、电子技术、生物医学等领域并发挥巨大的作用，世界上越来越多的工程师更倾向于使用这些软件来完成自己的设计。2 Fluent 的数值模拟 2.1 Fluent 软件的基本思想 Fluent 软件基本思想为首先对流体区域进行离散化，用有限个离散节点上的值的集合来代替空间域上连续的物理量的场，
5、如速度场、温度场、浓度场等；然后从给定的微分方程或基本物理定律出发，建立起关于这些节点上变量之间的代数方程，通过求解代数方程来获得所求解变量的近似解。 2.2 Fluent 软件构成 Fluent 软件主要包括以下几个部分：(1)Gambit，专用的 CFD 前置处理器，其功能主要包括建立几何模型、生成二维或三维网格、指定边界类型和区域类型；(2)Fluent，其功能主要为模拟计算和后处理，具体操作步骤为：启动求解器、导入网格、检查网格、选择求解器、选择计算模型、确定材料物性、指定边界条件、设定计算控制参数、流场初始化、计算、检查结果、保存结果，进行后处理；(3)TGrid，其功能为从现有的边
6、界网格生成体网格，网格类型有：二维三角形网格、三维四面体网格、二维和三维混合网格；(4)prePDF，用于模拟某些燃烧问题；(5)Filters，其功能为转换其他程序生成的网格，如 CAD、CAE 等，用于Fluent 计算。 2.3 Fluent 软件的求解步骤 利用 Fluent 软件进行求解的步骤如下：(1)建立控制方程；(2)确立初始条件及边界条件；(3)划分计算网格，生成计算节点；(4) 建立离散方程；(5)离散边界条件和初始条件；(6)给定求解控制参数；(7)求解离散方程；(8)如果计算解收敛，直接输出计算结果；如果计算解不收敛，重新建立离散方程，重新开始进行计算。 2.4 Flu
7、ent 软件的应用意义 Fluent 软件之所以成为目前国内外使用最多、最流行的商用软件之一，因其有强大的应用意义：1.能够促进理论的发展；2.能够大大减少开发成本及缩短开发周期；3.能够对开发工作提供指导性意见和方向；4.能够对工程问题进行优化设计；5.能够有效的减少试验次数、完善实验方法及指导实验的进行；6.能够对难以进行实验的工况进行模拟。 3 Fluent 的工程应用 3.1 Fluent 在采暖工程中的应用 Fluent 在采暖工程中的应用有一下几个方面：1.对空间内采暖效果的预测。天津大学应用 Fluent 软件就高大空间建筑的燃气辐射采暖方式做了模拟，研究结果显示，在高大空间采用
8、燃气辐射采暖的方式能够满足温度及舒适度的要求，具有良好的采暖效果和节能性，此研究结果可靠，模拟可以用来分析预测没有实际工程时的采暖状况；2. 对传热传质设备的分析。采用 Fluent 模拟仿真方法对包括壳程横、纵向流在各种散热器内进行分析与研究，以达到对换热器各种性能的进一步完善与开发的目的，这已成为当今换热器研究的重要方向，目前数值模拟方法对换热器，尤其是对管壳式换热器的壳程的整体传热、流场分析，已经得到了一定的应用，并取得了一定的社会与经济效益，另外，通过 Fluent 对管束绕流进行模拟，进一步对管束排列研究，进而可以优化换热器的设计，提高换热器的整体性能。另外，还有对各种换热器、冷却塔
9、的 CFD分析。 3.2 Fluent 在通风空调工程中的应用 Fluent 在通风空调工程中的应用有一下几个方面：1.房间内的气流组织设计。通过分析考虑室内各种可能的内扰、边界条件和初始条件，借助 Fluent 软件进行仿真模拟，从而全面的反应室内的气流分布情况，最终目的是寻找最优的气流分布方案，进而指导设计使其达到良好的通风空调效果，如长沙世界之窗中心剧场（大剧院）空调设计方案的数值预测（仿真）高达空间气流组织、置换通风方式的数值模拟、洁净室气流分布的数值模拟；另外哈尔滨工业大学对连通类高大空间，如中国科学技术新馆重点空调区域的气流组织进行的数值分析，通过对不同种工况的模拟计算，寻找到控制
10、连通类高大空间开口处空气流动的新方法；2.室内空气品质研究。利用 CFD 技术研究室内空气品质问题，主要是通过模拟得到室内各个位置的风速、湿度相对湿度、污染物浓度等参数，从而评价通风换气效率、热舒适和污染物排放效率等；3.射流技术的 CFD 分析，如空调送风的各种末端设备等，通过 CFD 模拟计算设备内部的流体流动情况，可以研究设备的性能，从而改进其工作，降低建筑能耗，节省运行费用；4.冷库库房及制冷设备的 CFD 分析。Fluent 能够相对准确的给出流体流动的细节，因而不仅可以准确预测设备的整体性能，而且比较容易从对流场分析中发现产品或工程设计中的问题，提出改进方案，比较显著的缩短设计周期
11、，降低设计费用；5.工业通风系统的 CFD 分析。3.3 Fluent 在除尘工程中的应用 Fluent 在除尘工程中的应用主要体现在对除尘设备领域的应用，除尘器的除尘效率不仅与滤料本身的性能有关，还与除尘器内部结构及操作工况相关，因此，在除尘工程中存在因除尘器设计参数不合理而引起涡流、回流，进而造成除尘器内部速度场压力场和温度场分布不均匀的现象，这些问题的出现会造成除尘器阻力增加除尘效率降低的后果，为此，Fluent 软件在除尘器的设计及结构优化过程发挥的作用受到了越来越多国内外学者的青睐。 1.以旋风除尘器和惯性除尘器为代表的依靠粉尘颗粒的离心力或重力作用除尘的除尘器，对气流均匀性的要求最
12、为严格，因此，国内外很多专家对这两种除尘器从上世纪 90 年代开始用 CFD 软件中的不同模块对其做分析，从不同的角度为设计提供了指导性参数；2.袋式除尘器和滤筒除尘器这两种过滤式除尘器因其结构比较复杂，因此研究相对较少，国内外专家对于这方面也研究主要集中在对整个流场的特性和粉尘颗粒的运动轨迹，用以对除尘器技术参数进行改进，避免由于经验参数选取不合理而形成的涡流和回流，在实际生产中，有一些除尘器生产厂家也将 Fluent 应用在其设计中，在除尘效率上取得了比较明显的提高；3.Fluent 在电除尘方面的研究非常少，但电除尘器对气流分布均匀性的要去也是非常严格的，气流分布不均匀形成的粉尘颗粒荷电
13、不均匀进而导致除尘效率下降。4.另外，在除尘领域，也有一些关于各种送排风罩的 CFD 分析，使除尘工程在除尘点上对烟尘的吸收效率增加，从源头上提高除尘效率。 4 总结 将 Fluent 软件应用于暖通空调除尘工程中，主要希望能够以经济技术合理的系统设计以及设备选型实现所要求的室内气候环境。通过实例的分析和论证，从而显示了 CFD 技术在暖通空调除尘设计优化中的强大功效和发展空间，但是我国现有的成果大部分属于运用专用软件进行某个算例的分析。从总体上来看，真正把 CFD 软件与实际的暖通空调除尘设计结合的案例还比较少，因此，我们研究工作者应该把 CFD 技术作用前移到设计阶段，把更多的精力投入到可应用性研究上来。 参考文献 1赵丹.燃气辐射采暖的应用研究与 CFD 模拟D.天津大学.2005 2赵琴.Fluent 软件的技术特点及其在暖通空调领域的应用J:计算机应用.2003 3牛爱明,李振江,乔莺.CFD 技术在暖通空调领域的应用J:山西能源与节能.2006 4李进良,李晨曦,胡仁喜编著.精通 FLUENT6.3 流场分析M.北京：化学工业出版社.2009 5张明星,陈海焱,颜翠平等.Fluent 软件在除尘领域的的应用J:济南大学学报.2006
