CFD(Computational Fluid Dynamics)是計算流體力學的英文簡稱。其基本原理是數值求解控制流體流動的微分方程，得出流體流動的流場在連續區域上的離散分布，從而近似地模擬流體流動情況，即CFD=流體力學+熱學+數值分析+計算機科學。流體及其流動狀態主要包括層流與湍流，牛頓流體與非牛頓流體，等等；熱學包括熱力學和傳熱學；數值分析是如何套用計算機解答人工難完成的計算，如處理無解析解的方程；計算機科學套用主要指計算機語言編寫程式，如C語言，FORTRAN語言。
基本介紹
- 中文名：CFD技術
- 外文名：computational fluid dynamics
- 別稱：計算流體力學
- 種類：四種
- 性質：科學
- 優點：適應性強、套用面廣
簡介,CFD技術特點,CFD技術主要步驟,
簡介
CFD就是利用計算機求解流體流動的各種守恆控制偏微分方程組的技術，這其中將涉及流體力學(尤其是湍流力學)、計算方法乃至計算機圖形處理等技術。因問題的不同，CFD技術也會有所差別，如可壓縮氣體的亞音速流動、不可壓縮氣體的低速流動等。對於暖通空調領域內的流動問題，多為低速流動，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，不必考慮可壓縮流體高速流動下的激波等複雜現象。從此角度而言，此套用範圍內的CFD和數值傳熱學NHT(Numerical Heat Transfer)等同。另外，暖通空調領域內的流體流動多為湍流流動，這又給解決實際問題帶來很大的困難。由於湍流現象至今沒有完全得到解決，目前HVAC內的一些湍流現象主要依靠湍流半經驗理論來解決。總體而言，CFD通常包含如下幾個主要環節：建立數學物理模型、數值算法求解、結果可視化。
CFD技術特點
CFD的長處是適應性強、套用面廣。首先，流動問題的控制方程一般是非線性的，自變數，計算域的幾何形狀和邊界條件複雜，很難求得解析解，而用CFD方法有可能找出滿足工程需要的數值解；其次，可利用計算機進行各種試驗，從而進行，例如，選擇不同流動參數進行各種數值試驗，例如，選擇不同流動參數進行物理方程中各項有效性和敏感性試驗，從而進行方案比較。再者，它不受物理模型和實驗模型的限制，省時省錢，有較多的靈活性，能給出詳細和完整資料，很容易模擬特殊尺寸、高溫、有毒、易燃等真實條件和實驗中只能接近而無法達到的理想條件。CFD也存在一定的局限性，首先，數值解法是一種離散近似的計算方法，依賴於物理上合理、適合於在計算機上進行計算的離散的優先數學模型，且最終結果不能提供任何形式的解析表達式，只是有限個離散點上的數值解，並有一定的計算誤差；第二，它不像物理模型實驗一開始就能給出流動現象並定性的描述，往往需要由原體觀測或物理模型實驗提供某些流動參數，並需要對建立的數學模型進行驗證；第三，程式的編制及材料的收集、整理與正確利用，在很大程度上依賴於經驗和技巧。此外，因數值處理方法等原因有可能導致計算結果的不真實，例如產生數值粘性和頻散等偽唯物理效應。當然，某些缺點或局限性可通過某種方式克服或彌補。
CFD技術主要步驟
一般而言，CFD通常包括以下幾個主要步驟：建立數學物理模型(前處理)、數值算法求解、結果可視化(後處理)。
CFD在暖通空調專業中的套用十分廣泛，範圍主要有：
(1)自然通風的數值模擬：主要藉助各種流動模型研究自然通風問題。
(2)置換通風的數值模擬：如地板置換通風、座椅送風等。
(3)高大空間的數值模擬：以體育場館為代表的高大空間的氣流組織設計及其與空調負荷的關係研究。
(4)潔淨室的數值模擬：對形式比較固定的潔淨室空調氣流組織形式進行數值模擬，指導工程設計。
(5)有害物散發的數值模擬：藉助CFD研究室內有機散發污染物在室內的分布，研究室內IAQ問題。
(6)室外空氣流動的大渦模擬：建築外環境對建築內部居住者的生活有著重要的影響，所謂的建築小區二次風、小區熱環境等問題日益受到關注。採用CFD可以方便對建築外環境進行模擬分析，從而設計出合理的建築風環境。
(7)設備研究：如風機風管設計，冰櫃，空調等。圖4．7使用CFD模擬出來的建築通風情況。
