計(ji)算流體(ti)力學(xue)（CFD）在暖通空(kong)調(tiao)領域的應用(yong)及(ji)其(qi)改(gai)進方法(fa)探討(tao)

計算流體(ti)力學(xue)（CFD），自20世(shi)紀(ji)70年(nian)代(dai)起，便(bian)開始(shi)在暖通空(kong)調(tiao)領域嶄露頭角。這(zhe)壹技術(shu)最(zui)初主要(yao)應用(yong)於(yu)解(jie)決(jue)工程設(she)備(bei)中的(de)熱、質傳遞(di)問題(ti)，而隨(sui)著(zhe)空(kong)調(tiao)技術(shu)的(de)不(bu)斷進步(bu)，CFD技術(shu)逐(zhu)漸成為(wei)了(le)暖通空(kong)調(tiao)工程師手中(zhong)不(bu)可(ke)少的(de)分(fen)析工具(ju)。它能(neng)夠(gou)精(jing)準(zhun)地(di)模擬(ni)房間(jian)內(nei)的速(su)度(du)場(chang)、溫(wen)度(du)場(chang)以(yi)及(ji)汙(wu)染(ran)物濃度場(chang)，為(wei)設(she)計(ji)師們(men)提供了(le)前所wei有(you)的(de)設(she)計(ji)優化和性(xing)能(neng)評估(gu)手段(duan)。

CFD技術(shu)的(de)基礎在於(yu)求(qiu)解(jie)壹系(xi)列守恒(heng)方(fang)程，包括(kuo)質量(liang)守恒(heng)、動量(liang)守恒(heng)和能(neng)量守恒(heng)。這(zhe)些方程共同描(miao)述(shu)了(le)流體(ti)在(zai)特(te)定條(tiao)件(jian)下(xia)的(de)流(liu)動和傳熱行為(wei)。在暖通空(kong)調(tiao)領域，CFD技術(shu)的(de)應(ying)用(yong)尤(you)為(wei)廣泛(fan)，其中SIMPLE算法（由(you)斯(si)波(bo)爾(er)丁(ding)和帕(pa)坦卡提出）更(geng)是(shi)成為(wei)了(le)行業內(nei)的主流(liu)選(xuan)擇。SIMPLE算法以(yi)其高(gao)效、穩定的(de)特(te)性(xing)，在求(qiu)解(jie)傳熱和流(liu)體(ti)流(liu)動問(wen)題(ti)上展現(xian)出(chu)了(le)優良的性(xing)能(neng)。

（恒(heng)溫恒濕空(kong)調(tiao)、精(jing)密(mi)空(kong)調(tiao)）

然而，盡(jin)管(guan)CFD技術(shu)在(zai)暖通空(kong)調(tiao)領域取得(de)了(le)顯著的成就(jiu)，但它(ta)仍存在壹(yi)些(xie)局限(xian)性(xing)。特(te)別(bie)是(shi)在處(chu)理(li)與潛熱和相(xiang)對濕度相關(guan)的(de)空(kong)氣參(can)數(shu)時，傳統(tong)的(de)CFD方法顯得(de)力不(bu)從心。這(zhe)是(shi)因(yin)為(wei)現(xian)有(you)的CFD軟(ruan)件(jian)大(da)多由力學(xue)、化工(gong)和工(gong)程熱物理(li)領域的專家(jia)開發(fa)，他(ta)們(men)在(zai)設(she)計(ji)軟(ruan)件(jian)時往往沒有(you)充分考(kao)慮到暖通空(kong)調(tiao)領域的特(te)殊(shu)性(xing)。在暖通空(kong)調(tiao)中，空(kong)氣參(can)數(shu)如溫(wen)度、濕(shi)度(du)等(deng)都與潛熱和相(xiang)對濕度密切(qie)相(xiang)關(guan)。如果(guo)忽(hu)略(lve)這(zhe)些因(yin)素(su)，必(bi)然會導致(zhi)溫度(du)場(chang)計(ji)算的不(bu)準(zhun)確，進而影響(xiang)到對各(ge)點舒(shu)適性(xing)和空(kong)氣品(pin)質的(de)評(ping)價(jia)。

為(wei)了(le)克服(fu)這(zhe)壹局限(xian)性(xing)，筆者(zhe)提出了(le)壹種(zhong)新的(de)方法(fa)，即利(li)用(yong)焓(han)的輸(shu)運方程代替傳統(tong)的(de)溫度輸(shu)運方程，並增(zeng)加(jia)水蒸氣(qi)質量(liang)濃度的輸(shu)運方程。通過(guo)這(zhe)壹改(gai)進，我們(men)可(ke)以(yi)使用CFD方(fang)法同時求解(jie)速度(du)場(chang)、壓力、焓(han)以及(ji)水(shui)蒸氣(qi)質量(liang)濃度。隨(sui)後，利(li)用(yong)濕空(kong)氣的(de)物理(li)性(xing)質，我(wo)們(men)可(ke)以(yi)輕(qing)松(song)得(de)到空(kong)氣的(de)溫度和相(xiang)對濕度。這(zhe)壹方法(fa)不(bu)僅提高(gao)了(le)計算的準(zhun)確性(xing)，還使得(de)我(wo)們(men)能(neng)夠(gou)更(geng)全面地(di)了(le)解(jie)計算區域內(nei)的空(kong)氣狀(zhuang)態(tai)。

接下(xia)來(lai)，讓(rang)我(wo)們(men)通(tong)過(guo)壹個(ge)具(ju)體(ti)的(de)工(gong)程實例來展示這(zhe)壹方法(fa)的(de)實際(ji)應用(yong)效(xiao)果(guo)。某(mou)工程采(cai)用(yong)了(le)椅背(bei)誘(you)導送風系(xi)統(tong)，椅子(zi)按(an)階(jie)梯布(bu)置(zhi)，每級(ji)階(jie)梯的寬(kuan)度和高(gao)度差(cha)都經(jing)過(guo)精(jing)心(xin)設(she)計(ji)。空(kong)氣經(jing)過(guo)空(kong)調(tiao)箱處(chu)理(li)後，從椅子(zi)下(xia)方送入，並(bing)與從椅子(zi)靠(kao)背(bei)下(xia)方風口誘(you)導(dao)進來(lai)的空(kong)氣混(hun)合。混合後的(de)空(kong)氣再(zai)從上邊風口送(song)到後排觀(guan)眾的(de)周圍(wei)。在這(zhe)壹工程中，我們(men)分(fen)別(bie)使用傳統(tong)方(fang)法和改(gai)進後的(de)CFD方(fang)法(fa)進行了(le)模擬(ni)計算。

計算結果(guo)顯(xian)示(shi)，當(dang)只考(kao)慮顯(xian)熱時，計算得(de)到的溫度場(chang)分(fen)布(bu)與實際(ji)情況(kuang)存在壹(yi)定偏(pian)差(cha)。特(te)別(bie)是(shi)在觀(guan)眾席(xi)的(de)某(mou)些區域，溫度的(de)計算值(zhi)比(bi)實際(ji)值(zhi)高(gao)出了(le)0.5～1℃。而當(dang)同時考(kao)慮潛熱和相(xiang)對濕度時，計算得(de)到的溫度場(chang)和相(xiang)對濕度分布(bu)則(ze)更(geng)加(jia)接近(jin)實際(ji)情況(kuang)。這(zhe)壹結果(guo)表(biao)明(ming)，改(gai)進後的(de)CFD方(fang)法(fa)在提高(gao)計算準(zhun)確性(xing)方面取(qu)得(de)了(le)顯著成效。

此(ci)外(wai)，通(tong)過(guo)對比(bi)兩(liang)種(zhong)方法(fa)的計(ji)算結果(guo)，我(wo)們(men)還(hai)可(ke)以(yi)發(fa)現(xian)壹(yi)些有趣的現(xian)象(xiang)。例如，在(zai)某(mou)些區域，雖然溫度(du)的計(ji)算值(zhi)相(xiang)差不(bu)大(da)，但相對濕度的差(cha)異(yi)卻十(shi)分(fen)顯(xian)著。這(zhe)進壹步(bu)證明(ming)了(le)在考(kao)慮暖通空(kong)調(tiao)問題時，同時考(kao)慮潛熱和相(xiang)對濕度的重要(yao)性(xing)。

綜上所述(shu)，CFD技術(shu)在(zai)暖通空(kong)調(tiao)領域的應用(yong)前景廣(guang)闊。然而，為(wei)了(le)充分發(fa)揮其潛力，我們(men)需(xu)要(yao)不(bu)斷對其進行改(gai)進和完(wan)善。通過(guo)引(yin)入焓(han)的輸(shu)運方程和水(shui)蒸氣(qi)質量(liang)濃度的輸(shu)運方程，我們(men)可(ke)以(yi)克(ke)服(fu)傳統(tong)CFD方(fang)法在處(chu)理(li)潛熱和相(xiang)對濕度方面的(de)局限(xian)性(xing)。這(zhe)壹改(gai)進不(bu)僅提高(gao)了(le)計算的準(zhun)確性(xing)，還為(wei)我們(men)提供了(le)更全面、更(geng)深(shen)入的(de)了(le)解(jie)室內(nei)空(kong)氣狀(zhuang)態(tai)的(de)手段(duan)。未來(lai)，隨(sui)著(zhe)CFD技術(shu)的(de)不(bu)斷發(fa)展和完(wan)善，相信(xin)它(ta)將在暖通空(kong)調(tiao)領域發(fa)揮更加(jia)重要(yao)的作(zuo)用(yong)。