計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)在建筑環(huán)境工程上的應(yīng)用分析

1、計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)在建筑環(huán)境工程上的應(yīng)用分析計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)在建筑環(huán)境工程上的應(yīng)用分析一、計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)概述計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)即putatinalFluidDynais，簡(jiǎn)稱為FD，是伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)與數(shù)值計(jì)算技術(shù)開(kāi)展而來(lái)的一種先進(jìn)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)流體流動(dòng)及換熱模擬，在航空航天、能源、石油化工、建筑工程等眾多領(lǐng)域內(nèi)獲得廣泛應(yīng)用。在建筑領(lǐng)域應(yīng)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)，可以對(duì)小區(qū)建筑物是空氣流動(dòng)、室內(nèi)通風(fēng)、室內(nèi)供熱制冷設(shè)備布置、建筑物與外界環(huán)境換熱等狀況進(jìn)展模擬與研究，從而進(jìn)步建筑設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性及合理性，打造宜居環(huán)境。一計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析方法計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，是在計(jì)算機(jī)根底上，對(duì)實(shí)際流體流動(dòng)狀況進(jìn)展模

2、擬仿真。其技術(shù)實(shí)現(xiàn)的根本原理為：通過(guò)數(shù)值求解控制流體流動(dòng)微分方程，獲得流體流動(dòng)流場(chǎng)在區(qū)域范圍內(nèi)離散分布狀況。計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)分析方法主要分為三個(gè)環(huán)節(jié)，分別為數(shù)學(xué)物理模型構(gòu)建、數(shù)值算法求解與結(jié)果可視化。1.數(shù)學(xué)物理模型構(gòu)建。針對(duì)所需要研究的流動(dòng)問(wèn)題，通過(guò)構(gòu)建數(shù)學(xué)物理模型進(jìn)展描繪與研究。在建筑環(huán)境領(lǐng)域，其流體流動(dòng)問(wèn)題主要是進(jìn)展不可壓流體粘性流體流動(dòng)控制微分方程求解，為此，可以建立湍流模型并進(jìn)展數(shù)值求解。如下公式為粘性流體流動(dòng)控制微分方程：在方程中，S代表源本文由論文聯(lián)盟搜集整理項(xiàng)，代表擴(kuò)散系數(shù)，p代表密度，其變量所代表的物理量不同，其方程含義不同。在應(yīng)用該方程的根底上，可以進(jìn)展建筑工程環(huán)境中溫度

3、、濃度、流場(chǎng)速度等物理量分布。2.數(shù)值算法求解。考慮到粘性流體流動(dòng)控制微分方程具有較強(qiáng)的非線性特征，只能應(yīng)用數(shù)值方法進(jìn)展求解。為此，應(yīng)對(duì)求解區(qū)域進(jìn)展離散處理，一般采取有限元、有限差分、有限容積等離散形式。在進(jìn)展不可壓流動(dòng)與傳熱問(wèn)題研究時(shí)所采取有限容積法進(jìn)展離散。通過(guò)離散，可以獲得代數(shù)方程并進(jìn)展求解，獲得流場(chǎng)離散分布。3.結(jié)果可視化。單純進(jìn)展方程求解無(wú)法讓一般工作人員進(jìn)展理解，應(yīng)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)將速度嘗溫度場(chǎng)等進(jìn)展模擬描繪，通過(guò)計(jì)算機(jī)圖形，直觀表達(dá)出模擬結(jié)果。在可視化處理后，可以將復(fù)雜數(shù)值以直觀圖像進(jìn)展顯示，便于非專(zhuān)業(yè)工作人員理解。當(dāng)前，應(yīng)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)，可以生成靜態(tài)速度圖、靜態(tài)溫度場(chǎng)

4、圖，并可以描繪出流場(chǎng)軌跡。二計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)優(yōu)勢(shì)在建筑環(huán)境工程中，其建筑群風(fēng)環(huán)境預(yù)測(cè)、室內(nèi)熱環(huán)境、風(fēng)環(huán)境、設(shè)備性能等均是通過(guò)試驗(yàn)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，如進(jìn)展風(fēng)洞試驗(yàn)等，其試驗(yàn)存在著一定缺陷，且試驗(yàn)周期較長(zhǎng)。應(yīng)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)進(jìn)展計(jì)算機(jī)仿真模擬，其本錢(qián)較低，速度較快，且模擬真實(shí)度較高，其模擬準(zhǔn)確性有保障。應(yīng)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)可以生成可視化結(jié)果，可以為建筑設(shè)計(jì)及優(yōu)化發(fā)揮指導(dǎo)意義。二、計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)在建筑環(huán)境工程中的應(yīng)用一建筑外環(huán)境分析設(shè)計(jì)。在建筑工程中，其外環(huán)境對(duì)建筑內(nèi)居住者生活存在著很大影響，尤其是建筑設(shè)計(jì)較為密集的區(qū)域，其小區(qū)熱環(huán)境問(wèn)題與二次風(fēng)問(wèn)題逐漸受到人們的重視。應(yīng)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)，可以

5、對(duì)建筑外環(huán)境進(jìn)展仿真模擬，為建筑設(shè)計(jì)提供根據(jù)，實(shí)現(xiàn)建筑風(fēng)環(huán)境設(shè)計(jì)的合理性與科學(xué)性。在仿真模擬建筑外環(huán)境風(fēng)流動(dòng)分布狀況的根底上，還可以對(duì)建筑內(nèi)自然通風(fēng)設(shè)計(jì)提出意見(jiàn)。按照模擬獲得風(fēng)速大小，進(jìn)展住宅建筑風(fēng)荷載承受值計(jì)算，有助于優(yōu)化建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)。二通風(fēng)空調(diào)空間氣流組織設(shè)計(jì)。通風(fēng)空調(diào)空間氣流組織是建筑環(huán)境設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，其空調(diào)空間氣流組織直接關(guān)系著通風(fēng)空調(diào)效果，如空調(diào)空間氣流組織質(zhì)量較好，那么室內(nèi)空調(diào)溫度及速度可以滿足建筑環(huán)境設(shè)計(jì)的要求，反之，那么不能實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)目的。為此，在進(jìn)展建筑空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工之前，應(yīng)進(jìn)展空調(diào)空間氣流組織的設(shè)計(jì)與預(yù)測(cè)。在傳統(tǒng)方法中，多是選擇典型送回風(fēng)方式的氣流組織狀況研究，其精度及

6、應(yīng)用范圍難以滿足設(shè)計(jì)要求。應(yīng)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)，可以通過(guò)模擬仿真對(duì)建筑物內(nèi)部空氣氣流分布及溫度分布情況進(jìn)展描繪，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)通風(fēng)效果及空氣質(zhì)量的評(píng)價(jià)，指導(dǎo)通風(fēng)空調(diào)空間氣流組織設(shè)計(jì)工作。三建筑物及外環(huán)境傳熱計(jì)算。在建筑工程中，其建筑圍護(hù)構(gòu)造所具備的熱工性能會(huì)對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境造成直接影響。如隔熱保溫性較差的圍護(hù)構(gòu)造其建筑室內(nèi)熱環(huán)境表現(xiàn)為冬冷夏熱。為此，在工程施工中應(yīng)綜合分析室內(nèi)與室外熱交換等情況。通過(guò)應(yīng)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)，結(jié)合數(shù)值傳熱學(xué)，可以對(duì)建筑流固耦合進(jìn)展傳熱計(jì)算，根據(jù)研究結(jié)果，合理選擇建筑圍護(hù)材料，有效控制建筑室內(nèi)熱環(huán)境，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目的。四建筑設(shè)備性能研究。在建筑工程施工中，會(huì)應(yīng)用到多種設(shè)備，如風(fēng)機(jī)、空調(diào)等，其設(shè)備運(yùn)行均是通過(guò)流體工質(zhì)流動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，流體流動(dòng)狀況直接影響著設(shè)備性能，如流道設(shè)置良好，其流體流動(dòng)阻力較小，可以降低設(shè)備噪音，節(jié)約能耗等。應(yīng)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)，可以對(duì)設(shè)備內(nèi)部流體流動(dòng)狀況進(jìn)展模擬研究，在研究結(jié)果上分析設(shè)備性能，改良設(shè)備構(gòu)造，實(shí)現(xiàn)設(shè)備應(yīng)用的綜合效益。三、結(jié)語(yǔ)計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)流體流動(dòng)與換熱模擬，在航空航天、能源、石油化工、建筑工程等眾多領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)技術(shù)分析主要分為數(shù)學(xué)物理模型構(gòu)建、數(shù)值算法求解與結(jié)果可視化三個(gè)環(huán)節(jié)，在實(shí)際應(yīng)用中展示出較大優(yōu)勢(shì)。從建筑外環(huán)境分析設(shè)計(jì)