王廣超

【摘要】自從我國實(shí)行改革開放以來，老百姓的生活層次在逐年提高，對(duì)居住生活環(huán)境的要求也越來越高，因此高速推動(dòng)了暖通空調(diào)行業(yè)的進(jìn)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(duì)激烈的空調(diào)競(jìng)爭(zhēng)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(jìn)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(qiáng)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(dòng)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(jī)械建筑等領(lǐng)域用來計(jì)算流體動(dòng)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(yàn)，浪費(fèi)了研發(fā)經(jīng)費(fèi)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(cè)定流體流動(dòng)的整個(gè)過程，比如濃度場(chǎng)、壓力場(chǎng)、溫度場(chǎng)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(píng)估計(jì)算提出對(duì)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(jì)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(duì)操作實(shí)驗(yàn)和技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的依賴，使得研發(fā)周期明顯縮短，研發(fā)經(jīng)費(fèi)明顯減少。為滿足人們對(duì)房間內(nèi)環(huán)境的氣流、溫濕度等要求以及對(duì)這些數(shù)據(jù)的科學(xué)控制，在設(shè)計(jì)空調(diào)時(shí)，設(shè)備的選材一定要以經(jīng)濟(jì)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(dòng)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(jìn)國家已經(jīng)將此項(xiàng)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(jìn)行推廣應(yīng)用。

二、LUENT軟件的主要特點(diǎn)、求解問題

第一、LUENT軟件的主要特點(diǎn)。網(wǎng)格生成（前處理）與流動(dòng)顯示（后處理）模塊以及計(jì)算器是FLUENT欽件的主要組成部分，計(jì)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(jìn)行計(jì)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(dòng)處理成長方形和三角形網(wǎng)格，也可以將三維流動(dòng)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(jì)算要求生成混合形式的網(wǎng)格并能進(jìn)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?yàn)椴捎昧薆arth-與Jerpersen的二階上風(fēng)格式，而且所有的計(jì)算過程可以使用動(dòng)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(jì)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(dòng)，使得該技術(shù)將計(jì)算精確度和收斂速度達(dá)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(gè)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(jì)算;（2）牛頓流體及非牛頓流體;（3）穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)流動(dòng)問題;（4）慣性坐標(biāo)系和非慣性坐標(biāo)系下的流動(dòng)問題模擬;（5）復(fù)雜表面形狀下的自由面流動(dòng)問題;（6）導(dǎo)熱與對(duì)流換熱耦合問題;（7）可壓縮與不可壓縮流動(dòng)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(duì)流換熱問題。

三、LUENT在暖通空調(diào)領(lǐng)域中的具體運(yùn)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(jiǎn)易等特點(diǎn)被大量適用于各個(gè)行業(yè)。到目前為止，管殼式換熱器殼程的整體分析在實(shí)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(jì)效益，為很多行業(yè)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。使用變間距翅片構(gòu)造改進(jìn)換熱器后，換熱器的工作性提升了很多。管間距會(huì)較大的影響翅片管換熱器性能，可以實(shí)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(jì)算結(jié)果可視化。下面就用具體的實(shí)例進(jìn)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(qiáng)風(fēng)出風(fēng)8m/s。

（2）為使實(shí)驗(yàn)成果能更符合實(shí)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(huì)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(shí)，房間每個(gè)面的墻都必須隔熱，剛開始制冷時(shí)的溫度為7攝氏度，空調(diào)制冷時(shí)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(jì)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(jì)算方法列出方程組，最后計(jì)算出模型的數(shù)據(jù)。

（3）計(jì)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(huì)給人的身體帶來不適感。盡管一開始空調(diào)會(huì)使室內(nèi)的溫度差比較大，但是伴隨著空調(diào)開放時(shí)間的變長，人體溫度的差異會(huì)慢慢減少，當(dāng)最終達(dá)到平衡時(shí)，人體腳步的溫度會(huì)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(jì)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(jì)算形式，還縮短了研發(fā)時(shí)間，是一款非常值得推廣的一款技術(shù)軟件。