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基于计算流体力学的风机数值模拟
随着国民经济的的不断进步和发展，风机的产生在国民经济的生产发展中起到很大的促进作用，以下是小编搜集整理的一篇探究计算流体力学的风机数值模拟的论文范文，供大家阅读参考。
摘要：风机是在国民经济发展的各个部门都被广泛使用的机器，通常在冶金、石油、化工、纺织、电力、轻工等工矿业较为广泛，在这些部门生产发展中起到很大的帮助作用，随着计算机软硬件的发展水平的提高，应用计算流体力学软件可以对风机进行数值模拟和分析，为深入了解和分析风机数值带来巨大便利，利用数值方法通过计算机求解描述流体运动的控制方程，揭示流体运动的物理规律，进而得出风机的工作原理，本文同过对计算流体力学进行分析，解析出风机的数值模拟，不断完善发展风机技术。
关键词：计算流体力学;风机;数值模拟;发展前景
引言
随着国民经济的的不断进步和发展，风机的产生在国民经济的生产发展中起到很大的促进作用，风机将随着时代的发展，不断更新技术研究，从而能够更好的适应经济发展的需要，传统的风机设计，人们仅靠试验取得数据和经验公式，试验发现问题，改进设计。但由于试验研究方法受到各种条件的限制，很多模拟参数的测量受到很多不良因素的影响，给测量结果带来很大的困难，很容易降低风机数值的实用性，对风机数值测量的误差加大。而现阶段，由于科学技术的不断发展，利用商业cfd软件对风机的全三维流场进行模拟已越来越普遍，也就是利用计算流体力学对风机进行数值模拟的研究，给数值模拟工作带来了很大的便利，通过对计算结果进行了分析，模拟结果有助于理解风机内部的流动规律。
1 计算流体力学的概念分析
计算流体力学(computational fluid dynamics，简称cfd)起源于20世纪60年代，当时的学科兴起跟计算机的技术发展有很大关系，随着人们对其不断的发展和研究，计算流体力学已经被广泛的应用，各种商品化的cfd通用性软件开始应用这类力学研究，同时更是对很多工业领域的生产发展起到很大的作用，计算流体力学以计算机为基础，利用数值的方法进行对流体力学各类问题的研究和模拟，主要在离散格式、湍流模型与网格生成等方面进行相对的数值试验、计算机模拟和分析研究，利用计算流体力学研发出得cfd技术，不仅极大的克服了传统流体力学中不完善的问题，而且还在应用领域得以全面的扩大，很多核能、化工、建筑等领域都有其力学的涉略。风机在以上领域也有其所用之处，为此，计算流体力学对风机的设计和研究也有很大的作用。
2 风机的数值模拟分析
众所周知，风机的国民经济发展的重要工具，其在对生产过程中发出的大量湿、热、工业粉尘、甚至有害气体和蒸汽都有着有效的防护和净化处理的作用，同时还能回收再利用，有效的对资源进行合理的分配整合，其中风机在纺织业的作用较为突出，络筒机的离心风机提供了吸纱的作用，不仅可以免去资源浪费，还能减少纺纱机的能源消耗，有效的提高纺纱质量，具有更多的促进作用。在工业发展中，风机从节能、降低噪声污染的角度来说，尤其更大的促进作用，因此在风机的设计原理上，更多的要注重高效率，但就目前市面上的风机产品，可谓参差不齐，很多规格和品种配套性极差，为此在工业应用上也受到了很大的影响，需要对已有的风机进行改造，数字模拟其实是以电子计算机为工具，把数学模型蕴藏的定量关系展示出来，利用计算流体力学对风机的复杂流动问题的模拟计算，通过数值离散求解流体运动方程，揭示风机流体机理和流动规律，从而研制出新的风机设计，使整个产品从开发到运用都能够达到更为经济和省时的作用。
3 基于计算流体力学的风机数值模拟的应用
利用计算流体力学来研究风机的数值模拟，这种方法对风机的设计提供更为依据原理，对风机的不断完善起到促进作用，其应用范围很广，例如：通过对地铁专用轴流风机的设计来说，这类风机主要应用在地铁车站和隧道区间内，因其受都流量大、压头高和功率大等特点的制约，试验成为了地铁轴流风机的设计检验的一般途径，但是却在人力物力上有极大的消耗，造成设计成本的浪费。为了克服这一弊端，采用计算流体力学的原理，对地铁轴流风机采用进行数值模拟，主要是对地铁轴流风机在不同转速和安装角度进行模拟，通过得出的最后结果进行指导设计方案，并将模拟结果与厂家的试验数据作了对比，酌情查处风机是否有需要改动之处，从而提高风机的设计效率，具有明显的应用价值和经济效益。
4结论
以上对计算流体力学的风机数值模拟的分析和研究，计算流体力学不仅是对风机的设计有很大的促进作用，更大的提高风机的设计效率，随着科学技术的进步，其作用会越来越大，充分了的利用计算机和数值数学的结合，对流体力学的各类问题进行数值试验、计算机模拟和分析研究，以解决实际问题。从而有助于人们对风机的构造设计进行深入了解和不断完善，依靠合理的计算来优化风机的设计技术，计算流体力学不仅是科学技术革新的依据，更是极大满足了国民经济发展的需要，计算流体力学进行对风机数值模拟的技术研究，更是对设计高效率的风机具有重大意义。
参考文献
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计算流体力学在制冷空调中的应用研究
随着我国经济的快速发展，食品物流行业获得了巨大的发展空间，下面是小编搜集整理的一篇探究计算机流体力学一样的论文范文，欢迎阅读参考。
摘 要：计算流体力学属于现代模拟仿真技术，研究专员利用计算机来模拟仿真实际的流体流动，通过虚拟的实验情况来得出相应理论，并将理论运用于实际的工程领域中。暖通空调cfd技术就是基于计算流体力学而发展的一种技术，该技术在暖通空调的实际工程领域中得到了广泛的应用，在此基础上激发了研究专员对制冷空调工程领域的探索，提出了基于计算流体力学在制冷空调中的应用研究。在此，本文将从暖通空调cfd技术出发，探究cfd技术在制冷空调中的应用。
关键词：计算机流体力学;cfd;制冷空调;应用研究
1 前言
计算流体力学，又名计算流体动力学，英文简称cfd，这是一种对流体学问题进行数值模拟与分析的新分支，主要得益于计算机技术与数值模拟技术的辅助。简而言之，cfd属于现代模拟仿真技术，研究专员利用计算机来模拟仿真实际的流体流动，通过虚拟的实验情况来得出相应理论，并将理论运用于实际的工程领域中。成本低、速度快、资料完备等这些都是cfd技术的优势，加之伴随计算机技术与数值模拟技术的越来越成熟，在解决工程中的实际问题时cfd技术发挥着越来越重要的作用。1974年，cfd首次被运用于hvac(暖通空调)工程领域，丹麦的nielsen利用cfd对通风房间内的空气流动进行模拟，主要模拟预测室内外或设备内的空气或其他工质流体的流动情况。
2 计算机流体力学在制冷空调中的应用
2.1 暖通空调cfd技术
暖通空调cfd技术，即结合cfd方法、流体力学、湍流力学、计算方法、计算机图形处理技术等在计算机中求解出流体流动的各种守恒控制偏微分方程组的技术。在模拟暖通空调领域内流体流动实验时，分析结论是流动问题多为低速流动，保持10m/s以下的流速，而根据变化不大的流体温度与密度情况可判断其为不可压缩流动，这一结论等同与应用范围内的cfd与数值传热学。但由于湍流流动是暖通空调领域内的主要流体流动，而cfd技术对湍流现象尚未取得全面解决理论，因而只能依靠湍流半经验理论来解决暖通空调的湍流现象，不过在解决实际问题中依然存在诸多困扰。暖通空调cfd技术主要有建立模型、数值求解、可视化处理三大主要步骤。
2.1.1 建立模型
在研究流动问题时，需要通过建立数学物理模型才能完成数学描述。由于连续性方程、动量方程、能量方程都能满足hvac领域的流动问题，一般可采用不可压流体的粘性流体流动的控制微分方程，但又因湍流流动是hvac领域中的主要流体流动，为完整描述hvac领域的流动问题，还需要运用适当的湍流模型模拟湍流流动及求解数值。当前，房间空气流动广泛采用两方程模型中的k-ε模型，也可以采用新的零方程模型来解决hvac领域的一般工程。粘性流体流动通用的控制微分方程为： ，其中变量 可代表不同的物理量，进而表示不同含义的方程，如 表示速度时，就代表流体流动的动量守恒方程; 表示焓时，代表能量守恒方程; 表示湍流参数时，则代表湍流动能及湍流动能耗散率方程。通过上述方程，研究专员就可以计算出工程流场所需的温度、浓度、速度等物理量的分布。
2.1.2 数值求解
在对hvac领域的流动问题进行数值求解时，可以通过上述各微分方程进行数值求解。但由于那些微分方程相互耦合且非线性特征非常明显，因而只能通过离散实际问题的求解区域采用数值方法来求解。一般，有限容积、有限差分、有限元这三种是数值方法中主要运用的离散形式，普遍应用在hvac工程领域的cfd技术中。又因低速、不可压流动是hvac领域的特征，且其存在传热问题，因而在离散情形中更多是采用有限容积的数值方法求解。
2.1.3 可视化处理
通过数值求解步骤能够得出离散后的各网格节点上的数值，不过这种方式的求解结果直观性不强，不便于一般工程人员及其他相关人员理解，因而需要对求解结果的温度场、浓度场、速度场进行可视化处理。运用计算机图形学技术直观形象的表示出hvac工程领域中的温度场、浓度场、速度场，使之成为暖通空调cfd技术应用中的必要组成部分。
通过制冷空调的cfd预测仿真空调房间内的空气分布详细情况，从中得到的分析结果是要想达到良好的制冷空调效果，需要重点解决通风空调系统中通风空调空间的气流组织设计，合理的气流组织设计不仅能够实现制冷空调的满意效果，而且还能达到能源节省的目的。在制冷空调的设计中，通风空调空间是设计问题的关键部分，根据不同的空间特征可将制冷空调的通风空间划分为两类，一类是如住宅、办公室、高大空间等的普通建筑空间;一类是如洁净室、客车、列车等特殊空间。如此，可根据不同的空间需求在制冷空调设计中应用计算流体力学中的cfd技术，并借鉴暖通空调cfd技术的设计经验来帮助解决制冷空调设计中实际问题的解决。
2.2 食品的冷冻、冷藏与运输
现如今，随着我国经济的快速发展，食品物流行业获得了巨大的发展空间。但是，制约于保鲜、冷冻、冷藏技术的落后，造成我国每年因食品运输而浪费了大量的物资与财力。据统计，我国每年在转运与存放过程中因缺乏冷冻、冷藏技术的支持，进而造成每年腐烂损坏的果品高达25%、蔬菜高达30%、家禽肉类高达20%、奶制品高达23%，而这些腐烂损坏的食品每年高达上亿吨的总量，造成的经济损失巨大。如此可见，亟待解决我国食品运输中的冷冻、冷藏技术十分必要，而在冷冻、冷藏过程中食品的品质变化(如维生素的保持与损失、食品蛋白质的变性、食品质地与鲜度、脂肪氧化等)也引起了人们的广泛重视，食品安全也是研究冷冻、冷藏技术需要考虑的关键因素。为了解决食品运输过程中的腐烂损坏问题，研究者提出了将cfd技术应用于冷冻、冷藏技术的开发中，充分利用cfd技术的独特优势来有效解决食品冷冻、冷藏方面存在的问题，从而确保食品的安全性。
2.2.1 生活与商用的冷藏装置
冰箱、冷藏陈列柜、冷库等是较为常见的冷藏装置，主要适用于生活与商用。其中，冰箱的制冷原理是通过电能消耗来保持适当容积绝热箱体内的低温，以达到制冷目的来实现食品的保鲜、冷藏贮存。在冰箱冷藏装置的技术设计中，最主要的困扰问题是流场优化，绝热箱体内的空气流场与温度决定了食品的保鲜质量，箱内温度场受制于冰箱耗电量的影响。流场的具体信息获取也是一个棘手问题，不可以通过代数方程计算来获得，若采用实验的话传感器的装置会破坏箱内的流场，并加大了工作量，而应用cfd方法与技术能够有效解决这些困扰问题。 人们生活水平的提高促进了商业的发展，而人们生活节奏的加快也在一定程度上刺激了商品市场的崛起，其能够为人们提供各种生鲜食品、熟食与半熟食品，通过冷藏陈列柜来实现对蔬菜、肉类、水果、奶制品、日配品等的保鲜与冷藏。因而，人们对冷藏陈列柜的保鲜存储设备提出了高要求，研究工作者基于cfd技术对冷藏陈列柜进行了改良，温度与湿度控制、气流组织、节能等技术问题可广泛使用cfd技术来解决。
食品的冷冻加工与冷藏需要冷库来解决，而冷库的建筑结构复杂且具有严格标准，要求冷库具备坚固性、隔热性、抗冻性、密封性。其中，库内货物的贮藏质量、贮藏期直接受制于冷库内的温度场、湿度场、速度场三个方面的分布合理性，为了提高冷库内食品的卫生与安全，将cfd技术应用于冷库领域十分必要。
2.2.2 运输用冷藏装置
在运输食品的过程中，交通工具上的冷藏装置必不可少，这是确保食品在运输期间保鲜、保质的关键所在。为此，结合交通工具的特点，人们研制出了运输用冷藏装置，其相当于一个移动的冷库，冷藏集装箱、冷藏汽车、冷藏船、铁路冷藏车是当前主要的运输用冷藏装置，以确保运输过程中食品能够贮存在低温环境中，避免因运输而造成的食品腐败损坏。在运输用冷藏装置中应用cfd技术能够有效提高其对食品的保鲜冷藏质量，冷藏集装箱是冷藏食品运输中的主要工具，利用cfd方法能够实现对箱内稳态流场、温度场等进行实验及数值计算。而在铁路冷藏车中应用cfd，可以利于完成对充放冷过程(冷板冷藏车)、冷冻货物温度分布(运输过程)、温度场(堆码方式)的数值模拟，以及数值计算与分析。总之，在cfd方法与技术的支持下，运输用冷藏装置的功能会越来越完善，进而食品的运输过程中的保鲜冷藏等卫生安全性。
3 结语
通过上述分析可知，将计算流体力学应用在制冷空调还是一个全新的理论设计领域，得益于现代计算机技术与数值模拟技术的高速发展，以及hvac(暖通空调)领域中cfd技术的广泛应用成效，使得制冷空调cfd技术及其应用具有很大的发展前景。相信在相关研究专员的努力下，cfd技术将在制冷空调工程领域中获得更普遍、广泛的实际应用。
[参考文献]
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