因問(wèn)題的不同，CFD技術(shù)也會(huì)有所差別，如可壓縮氣體的亞音速流動(dòng)、不可壓縮氣體的低速流動(dòng)等。對(duì)于煙氣冷卻領(lǐng)域內(nèi)的流動(dòng)問(wèn)題，多為低速流動(dòng)，流速在10m/s以下；流體溫度或密度變化不大，故可將其看作不可壓縮流動(dòng)，不必考慮可壓縮流體高速流動(dòng)下的激波等復(fù)雜現(xiàn)象。從此角度而言，此應(yīng)用范圍內(nèi)的CFD和數(shù)值傳熱學(xué)NHT(Numerical Heat Transfer)等同。另外，煙氣冷卻領(lǐng)域內(nèi)的流體流動(dòng)多為湍流流動(dòng)，這又給解決實(shí)際問(wèn)題帶來(lái)很大的困難。由于湍流現(xiàn)象至今沒(méi)有完全得到解決，目前HVAC內(nèi)的一些湍流現(xiàn)象主要依靠湍流半經(jīng)驗(yàn)理論來(lái)解決。

總體而言，CFD通常包含如下幾個(gè)主要環(huán)節(jié)：建立數(shù)學(xué)物理模型、數(shù)值算法求解、結(jié)果可視化。

3.1建立數(shù)學(xué)物理模型

建立數(shù)學(xué)物理模型是對(duì)所研究的流動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行數(shù)學(xué)描述，對(duì)于煙氣冷卻工程領(lǐng)域的流動(dòng)問(wèn)題而言，通常是不可壓流體的粘性流體流動(dòng)的控制微分方程。另外，由于暖通空調(diào)領(lǐng)域的流體流動(dòng)基本為湍流流動(dòng)，所以要結(jié)合湍流模型才能構(gòu)成對(duì)所關(guān)心問(wèn)題的完整描述，便于數(shù)值求解。

如下式為粘性流體流動(dòng)的通用控制微分方程，隨著其中的變量f的不同，如f代表速度、焓以及湍流參數(shù)等物理量時(shí)，上式代表流體流動(dòng)的動(dòng)量守恒方程、能量守恒方程以及湍流動(dòng)能和湍流動(dòng)能耗散率方程?；谠摲匠?，即可求解工程中關(guān)心的流場(chǎng)速度、溫度、濃度等物理量分布。

3.2數(shù)值算法求解

上述的各微分方程相互耦合，具有很強(qiáng)的非線性特征，目前只能利用數(shù)值方法進(jìn)行求解。這就需要對(duì)實(shí)際問(wèn)題的求解區(qū)域進(jìn)行離散。數(shù)值方法中常用的離散形式有：有限容積，有限差分，有限元。目前這三種方法在煙氣冷卻工程領(lǐng)域的CFD技術(shù)中均有應(yīng)用。總體而言，對(duì)于煙氣冷卻領(lǐng)域中的低速，不可壓流動(dòng)和傳熱問(wèn)題，采用有限容積法進(jìn)行離散的情形較多。它具有物理意義清楚，總能滿足物理量的守恒規(guī)律的特點(diǎn)。離散后的微分方程組就變成了代數(shù)方程組，表現(xiàn)為如下形式 可見(jiàn)，通過(guò)離散之后使得難以求解的微分方程變成了容易求解的代數(shù)方程，采用一定的數(shù)值計(jì)算方法求解式表示的代數(shù)方程，即可獲得流場(chǎng)的離散分布。從而模擬關(guān)心的流動(dòng)情況。

3.3結(jié)果可視化

上述代數(shù)方程求解后的結(jié)果是離散后的各網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上的數(shù)值，這樣的結(jié)果不直觀，難以為一般工程人員或其他相關(guān)人員理解。因此將求解結(jié)果的速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)或濃度場(chǎng)等表示出來(lái)就成了CFD技術(shù)應(yīng)用的必要組成部分。通過(guò)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等技術(shù)，就可以將我們所求解的速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)等形象、直觀地表示出來(lái)。如下圖2所示即為某會(huì)議室側(cè)送風(fēng)時(shí)的速度場(chǎng)和溫度場(chǎng)。其中顏色的暖冷表示溫度高低，矢量箭頭的大小表示速度大小。

可見(jiàn)，通過(guò)可視化的后處理，可以將單調(diào)繁雜的數(shù)值求解結(jié)果形象直觀地表示出來(lái)，甚至便于非專業(yè)人士理解。如今，CFD的后處理不僅能顯示靜態(tài)的速度、溫度場(chǎng)圖片，而且能顯示流場(chǎng)的流線或跡線動(dòng)畫，非常形象生動(dòng)。

四.應(yīng)用案例