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英國
發(fā)布時間：2023-11-03 12:24
計(jì)算流體動力學(xué)(CFD)是一種模擬流體行為的方法。它通常用于建筑設(shè)計(jì)，模擬室內(nèi)空氣的流動和溫度。這一點(diǎn)非常重要，因?yàn)樗梢宰屧O(shè)計(jì)師在施工開始前調(diào)查內(nèi)部條件，從而測試各種方案并選擇最有效的解決方案。許多建筑學(xué)專業(yè)學(xué)生對此都有耳聞，卻并非能夠有機(jī)會進(jìn)行深入了解。
a.居住者的熱舒適度。
b.建筑物內(nèi)環(huán)境條件的分布。
c.建筑系統(tǒng)的效率(如進(jìn)氣口、出氣口或散熱器的位置)。
d.火災(zāi)的影響(如熱量和煙霧的擴(kuò)散)。
e.自然通風(fēng)的效果(如煙囪效應(yīng))。
f.特殊房間(如服務(wù)器機(jī)房)的熱量積聚。
g.傳感器的位置。例如，在高處的房間，上層溫度與下層溫度可能相差很大。在安裝向樓宇管理系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)的溫度傳感器時，這一點(diǎn)非常重要。否則，供暖和制冷系統(tǒng)可能會不必要地運(yùn)行。
CFD 還可用于研究新建筑對現(xiàn)場空氣流動的影響，以及模擬其他 "流體 "現(xiàn)象，如人體運(yùn)動。
模擬通常針對不同的情況進(jìn)行，測試不同入住率、不同氣候條件、樓宇管理系統(tǒng)的不同運(yùn)行模式、不同空間之間的開口等情況下的情況。通過這種方法，可以全面了解建筑物在正常運(yùn)行條件下以及在異常或極端條件下的運(yùn)行情況。計(jì)算流體動力學(xué)(CFD)是一種用于模擬流體行為的技術(shù)。
CFD 的工作原理是將空間劃分為包含大量 "單元 "的網(wǎng)格。單元網(wǎng)格周圍是模擬空間表面和開口的邊界。然后，將邊界的溫度、開口處的空氣流動以及單元格內(nèi)的空氣溫度設(shè)置為起始條件，并希望該起始條件與空間內(nèi)的預(yù)期條件接近。這些條件可以根據(jù)氣候和材料數(shù)據(jù)，使用預(yù)測邊界條件的邊界模型來確定。邊界模型越精確，起始條件越接近模型預(yù)測的最終位置，模型的運(yùn)行速度就越快，輸出結(jié)果也可能越精確。
然后，軟件將模擬從每個單元流向周圍單元的氣流，以及邊界表面與相鄰單元之間的熱交換。經(jīng)過一系列迭代后，模型將趨于穩(wěn)定狀態(tài)，代表空間內(nèi)的實(shí)際氣流速度和預(yù)期溫度分布。
越來越多的 CFD 軟件能夠與其他模型進(jìn)行交互，例如
邊界模型。
氣候模型
建筑服務(wù)模型
能源消耗和二氧化碳生成模型。
輻射模型
采光和照明模型
CAD 和 BIM 軟件
如果使用得當(dāng)，CFD 可以成為一種非常有用的工具，其輸出圖形非常具有說服力和誘惑力。然而，結(jié)果在很大程度上取決于建立模型和解釋結(jié)果的人員的知識水平。隨著 CFD 軟件的使用越來越簡單，對其所依據(jù)的數(shù)學(xué)模型了解甚少的人也更容易操作，這一點(diǎn)日益受到關(guān)注。
如果輸入的信息是錯誤的，那么輸出的信息也會是錯誤的。CFD 無法替代常識。
開發(fā) CFD 模型的一個重要考慮因素是單元網(wǎng)格的生成。單元格數(shù)量越多，模擬就越精確，但模型運(yùn)行所需的時間就越長。在空間的某些部分，使用較大的單元格大小可能不會對結(jié)果產(chǎn)生重大影響，但在敏感區(qū)域，例如復(fù)雜邊界周圍或邊界表面與旁邊空氣之間可能存在較大溫差的地方，單元格必須盡可能小，這在計(jì)算上是切實(shí)可行的。例如，要正確模擬冷窗旁的下沉氣流，就必須采用非常小的單元尺寸(細(xì)網(wǎng)格)。如果不模擬這種下沉氣流，就會低估窗戶與其所包圍空間之間的熱交換。
在封閉空間的表面為非笛卡爾式(即它們是彎曲的或有角度的，而不是純粹水平或垂直的)的空間中，重要的是網(wǎng)格應(yīng)為體貼合式(即網(wǎng)格遵循表面輪廓)，而不是笛卡爾式(一系列階梯)，否則表面的空氣流速將被低估，因此空間與其封閉表面之間的熱量傳遞將被低估。這一點(diǎn)在溫差較大的情況下尤為重要。
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