氣流體模擬CFD模擬技術(shù)服務(wù)

　功能描述：

氣流體模擬CFD模擬技術(shù)服務(wù)

凈化設(shè)備及系統(tǒng)設(shè)計(jì)的效果與室內(nèi)氣流組織密切相關(guān)。好的氣流組織方式能夠使?jié)崈魠^(qū)域的氣流組織、溫度、濕度和速度很容易地符合設(shè)計(jì)要求，反之，差的氣流組織方式可能根本就達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。因此，在凈化設(shè)備、凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成之后施工之前，預(yù)測氣流組織狀況就很重要。

我公司面向各凈化行業(yè)廠家提供專業(yè)的氣流體模擬CFD技術(shù)服務(wù)，(Computational Fluid Dynamics，簡稱CFD)，是一種重要的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，其產(chǎn)生可以追溯到20世紀(jì)30年代初，它是流體力學(xué)、數(shù)值計(jì)算方法以及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)三者相互結(jié)合的產(chǎn)物。1974年，丹麥的尼爾森(P.V.Nielsen)首次將CFD技術(shù)應(yīng)用于空調(diào)工程，模擬室內(nèi)空氣流動情況，標(biāo)志著CFD技術(shù)開始應(yīng)用于分析工程中的流動問題。CFD是目前國際上一個(gè)強(qiáng)有力的研究領(lǐng)域，是進(jìn)行“三傳”(傳熱、傳質(zhì)、動量傳遞)及燃燒、多相流和化學(xué)反應(yīng)研究的核心與重要技術(shù)，廣泛應(yīng)用于熱能動力、航空航天、機(jī)械、土木水利、環(huán)境化工、暖通空調(diào)及空氣凈化工程等諸多工程領(lǐng)域。

我公司與國內(nèi)CFD技術(shù)人員有著廣泛的密切合作，面向國內(nèi)各凈化設(shè)備公司、凈化工程公司提供先進(jìn)的應(yīng)用于凈化設(shè)備氣流體模擬CFD技術(shù)服務(wù)：

1、 CFD模擬技術(shù)的應(yīng)用范圍

CFD能夠分析與研究在各種復(fù)雜幾何形狀的空間(裝置)內(nèi)、外發(fā)生的下列工程問題：①凈化設(shè)備及潔凈區(qū)域內(nèi)的流體流動模型數(shù)據(jù);②高溫傳熱(導(dǎo)熱、對流、輻射換熱、流固偶合傳熱);③氣-固、液-固、氣-液、液-液等多相流(如均化庫、增濕塔、氣力輸送等);④非牛頓流體流動(流變、如粉體、混凝土、膏狀物等);⑤多孔介質(zhì)流;⑥化工反應(yīng)流;⑦煤粉燃燒、氣態(tài)燃料燃燒、油霧燃燒、多種燃料混合及多氧化流燃燒(如燃燒器、分解爐、烘干爐等);⑧爆炸、爆燃和著火(如煤粉倉的爆炸與防治);⑨攪拌反應(yīng)釜;⑩環(huán)保(氣體、水污染的擴(kuò)散與防治、脫硫、NOx等)。

CFD分析研究可以提供凈化工程設(shè)計(jì)、凈化設(shè)備生產(chǎn)管理、技術(shù)改造中所必需的參數(shù)，如流體阻力(阻力損失)，流體與固體之間的傳熱量(散熱損失等)，氣體、塵埃粒子固體顆粒的停留時(shí)間，產(chǎn)品質(zhì)量，反應(yīng)率，塵埃粒子處理能力(產(chǎn)量)等綜合參數(shù)以及各種現(xiàn)場可調(diào)節(jié)量(如風(fēng)量、風(fēng)溫、組分等)對這些綜合參數(shù)的影響規(guī)律性。還可以提供流動區(qū)域內(nèi)精細(xì)的流場(速度矢量)、溫度場、各種與反應(yīng)進(jìn)程有關(guān)的組分參數(shù)場，通過對這些場量的分析，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有裝置或設(shè)計(jì)中存在的不足，為創(chuàng)新設(shè)計(jì)、改造設(shè)計(jì)提供依據(jù)。相當(dāng)于是一個(gè)通用的、多功能的大型冷熱態(tài)、氣流組織試驗(yàn)場(數(shù)值試驗(yàn))。

2、 氣流體模擬CFD技術(shù)在潔凈工程及暖通空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 CFD在潔凈工程、暖通空調(diào)中的主要應(yīng)用領(lǐng)域。 CFD主要可用于解決以下幾類暖通空調(diào)工程的問題：

2.1.1 潔凈空間氣流組織設(shè)計(jì) 借助CFD可以預(yù)測仿真潔凈空間的氣流分布詳細(xì)情況。氣流數(shù)值分析能夠考慮室內(nèi)各種可能的內(nèi)擾、邊界條件和初始條件，因而它能全面地反映室內(nèi)的氣流分布情況，從而便于發(fā)現(xiàn)最優(yōu)的氣流分布方案，進(jìn)而指導(dǎo)設(shè)計(jì)使其達(dá)到良好的空氣凈化效果。

2.1.2 建筑外環(huán)境分析設(shè)計(jì) 建筑外環(huán)境對建筑內(nèi)部居住者的生活有重要的影響，建筑小區(qū)二次風(fēng)、小區(qū)熱環(huán)境等問題日益受到人們的關(guān)注。采用CFD可以方便地對建筑外環(huán)境進(jìn)行模擬分析，從而設(shè)計(jì)出合理的建筑風(fēng)環(huán)境。而且，通過模擬建筑外環(huán)境的風(fēng)流動情況，還可進(jìn)一步指導(dǎo)建筑內(nèi)的自然通風(fēng)設(shè)計(jì)等。

2.1.3 室內(nèi)空氣品質(zhì)研究 利用CFD技術(shù)研究潔凈空間空氣品質(zhì)問題，主要是通過模擬得到室內(nèi)各個(gè)位置的風(fēng)速、溫度、相對濕度、污染物濃度等參數(shù)，從而評價(jià)通風(fēng)換氣效率、熱舒適和污染物排除效率等。

2.1.4 凈化設(shè)備性能的研究改進(jìn) 凈化工程及暖通空調(diào)工程的許多設(shè)備，如高效送風(fēng)口、風(fēng)淋室、潔凈棚、FFU風(fēng)機(jī)過濾單元、回風(fēng)口、送風(fēng)天花、風(fēng)機(jī)、蓄冰槽、空調(diào)器等，都是通過氣流體工質(zhì)而工作的，氣體流動情況對設(shè)備性能有著重要的影響。通過CFD模擬計(jì)算設(shè)備內(nèi)部的氣體流體流動情況，可以研究設(shè)備性能，從而改進(jìn)其氣流組織，提高凈化效果。

2.2 凈化工程、凈化設(shè)備、暖通空調(diào)領(lǐng)域中CFD的求解過程CFD進(jìn)行模擬仿真，其主要環(huán)節(jié)無外乎包括以下幾個(gè)方面:建立數(shù)學(xué)物理模型、進(jìn)行氣流數(shù)值求解、將數(shù)值解結(jié)果可視化等。

2.2.1 建立數(shù)學(xué)物理模型 建立數(shù)學(xué)模型是對所研究的流動問題進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，為數(shù)值求解做準(zhǔn)備工作。基本數(shù)學(xué)模型有：

①質(zhì)量守恒方程

②動量守恒方程

③能量守恒方程

ρ——流體密度，kg/m3;

t ——時(shí)間，s;

u——速度矢量，m/s;

ui——速度在i方向上的分量，m/s;

p——壓強(qiáng)，pa;

Fi——體積力，N;

T——溫度，K;

cp——定壓比熱;

ST——粘性耗散項(xiàng)。

對于湍流流動，還要補(bǔ)充反映湍流特性的其他方程。

2.2.2 進(jìn)行氣流數(shù)值求解　①確定邊界條件與初始條件。

初始條件和邊界條件是控制方程有確定解的前提。初始條件是所研究對象在過程開始時(shí)刻各個(gè)求解變量的空間分布情況。對于瞬態(tài)問題必須給定初始條件，對于穩(wěn)態(tài)問題不需要初始條件。邊界條件是在求解區(qū)域的邊界上所求解的變量或其導(dǎo)數(shù)隨地點(diǎn)和時(shí)間的變化規(guī)律。②劃分計(jì)算網(wǎng)格。網(wǎng)格分結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。簡單說，結(jié)構(gòu)網(wǎng)格在空間上比較規(guī)范，如對一個(gè)四邊形區(qū)域，結(jié)構(gòu)網(wǎng)格多是成行成列分布的，而非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格在空間分布上沒有明顯的行線和列線。目前各種CFD軟件都有專門的網(wǎng)格生成工具。③建立離散方程并求解。離散方程常用的方法有：有限容積法、有限差分法和有限元法等。選擇合適的方法，對求解區(qū)域進(jìn)行離散。

2.2.3 結(jié)果可視化 通過計(jì)算機(jī)數(shù)值求解得到的結(jié)果是節(jié)點(diǎn)上的數(shù)值，因而視覺效果上不具備可觀性，難以被一般工程人員或其它相關(guān)人員所認(rèn)識和接受，所以必須借助相關(guān)軟件將模擬結(jié)果可視化，CFD的后處理可以靜態(tài)顯示氣流速度、氣流方向、溫度、塵埃粒子濃度場圖片，也可以動態(tài)的顯示氣流體流動的流線和跡線。

我國大概在20世紀(jì)80年代開始研究CFD在暖通領(lǐng)域的應(yīng)用。我國現(xiàn)有成果大部分屬于運(yùn)用專用軟件進(jìn)行某個(gè)算例的分析。從總體上說，真正把CFD技術(shù)與實(shí)際的凈化工程、暖通設(shè)計(jì)結(jié)合的案例還很少，真正掌握CFD技術(shù)的暖通設(shè)計(jì)人員數(shù)量有限，在我國凈化行業(yè)、暖通行業(yè)中開展CFD方面研究尚有大量工作要做。氣流體模擬CFD技術(shù)服務(wù)

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