1．结合毕业设计（论文）课题情况,根据所查阅的文献资料,每人撰写

2000字左右的文献综述：

文 献 综 述

一、研究背景

随着社会的快速发展，人们的生活水平有了很大程度的提升。人们对生活质量的要求也是也来越高。在很多学校里，为了给与学生更好地学习环境，都装有空调系统。在大量使用空调的同时我们也越来越重视资源的节约，还有环境的保护。通过对空调的合理设计，利用新的技术来大大提高空调效率，这也是当今社会空调领域的一个重要的课题和研究方向。在一些经济发达的国家里计算机数值模拟计算在空调系统设计中得到了广泛的应用^［1］。室内热环境计算机更是目前研究的重要方向。本文主要是利用现在非常发达的计算机技术来对我们的室内空间的气流组织来模拟计算，利用计算机模拟出求解的微分方程式，从而对室内的气流进行研究和分析^［2］。

通过近几年的研究和发现，人的健康状况还有舒适度，房间里的空调通风效率，甚至建筑物的能耗都会受室内流体流动的很大影响^［3］。所以，充分的掌握房间内空气的流动情况是很有必要的。

温度，风速，送风量，位置，送风口形式等会直接影响教室内空调的效果^［4］，即学生们的舒适度，把这些参数叫做空调气流组织的参数。那么这些参数也是我们设计之前主要考虑到的因素。为了找到气流组织分布的规律，传统的方式是通过模型试验，经过多次的实验得出规律总结公式，称之为经验公式。显然这种这样的方法即耗费人力，时间，还很浪费资源。而且实验的条件不好控制，有一定的局限性，所以遇到复杂的空间流动^［5-6］很难模拟出它的全部特性。随着科技的不断发展，教室的空调设计重要措施意见变为数值模拟^［7］，相比较传统的模拟实验要更经济更方便一些。

随着科技的发展，人们越来越多的通过使用计算机来进行数值模拟预测，使用计算机来解决流体流动中所需要满足的微分方程组的技术称作CFD，也叫做计算机流体力学。CFD技术是一种成本较低，计算速度快的技术。CFD就是利用计算机来计算室内流体流动各种守恒控制偏微分方程^［8-10］的技术，也是目前国际研究的重要方向。在研究室内空调这方面主要涉及到的流体流动是湍流流动^［11］，这样的流动给研究带来了一定的困难。本文采用的现代湍流模型的CFD方法来研究，其主要的思想有数学物理模型法，数值计算法。

二、国内外CFD技术在空调应用中的发展

2.1、国外CFD技术在中央空调应用方面的发展概况

中央空调与一般的空调相比优点在于它除了包含传统空调制冷和制热的功能，还可以自动的净化房间里的空气，可以处理空气中微小的灰粒，对房间进行消毒。制冷空调中应用CFD技术，房间中冷气分布不均和不足的问题可以得到很好地解决。CFD通过在计算机上模拟室内空气气流组织的分布，即在计算机上进行的实验，为房间内空调的布置提供一个优化的方案。

CFD技术的主要应用领域有：通过对空调房间的气流组织计算，来设计合适的空调布置方案；建筑外环境分析设计，房间内部的气流分布在一定程度上也受到外部环境的影响，CFD技术通过对室外环境空气气流组织的模拟计算，帮助分析室内环境的空调结构设计；对室内环境的空气品质进行测评，CFD可以通过对室内各个位置空气温度，湿度，污染程度的测评来完成室内通风换气的高效率，冷热舒适度高效率和污染物排除高效率。

空调CFD 是在上世纪初产生的，但它的具体理论的真正发展是在上世纪七十年代后期，因此 CFD 技术是比较新的技术，尽管如此它的发展确实飞快，它的应用之广也出乎人们的意料。如今，这项技术也在航空，航天，气象，船舶，武器装备，水利化工等领域得到广泛应用，也取得了很好的成就。CFD 的发展可简单地分为三个阶段^［12］，分别是：初始阶段（1965-1974），这一阶段中主要是研究 CFD 的理论方面的知识；工业应用阶段（1975-1984），这一阶段主要是将此方法应用于工业中；快速发展阶段（1984 至今），CFD 的成功应用使人们认识到了它的好处，同时也广泛的接受了此方法在各种领域中的应用，从而使得此类的研究取得了很大的进步。日本最早是将这种数值模拟计算用于建筑的热负荷计算中，然后又用CFD在气象参数方面取得成果，之后又渐渐用于动态热负荷数值模拟中，此后又研制了气流数值解析CFD^［13］。在国外，1988年Cheng Qingyan利用CFD技术对室内空气流动进行了研究^［14］。香港理工大学的周允基在其论文中讨论了室内流体流动，并且提出了湍流模型，有限容积法用于离散化守恒方程，解决速度压力耦合方程的算法是CFD模型中三个关键因素^［15］。CFD技术在日本欧美等发达国家中的一些领域中的应用已经相对成熟

2.2、国内CFD技术在中央空调应用中的发展概况

近些年，我们国家加快了社会主义现代化建设，使得我们国家的经济得到飞速发展，同时科技水平也得到了很大程度的提升，在空调这方面也有了很大的进步。因为传统的空调制冷技术在功能和技术上有很多的不足之处，使得我国在空调制冷方面效果很不佳，而且，在空调的安装工程中，由于不合理的安装，也影响了整体的制冷效果。为了解决以上提出的几个问题，我国很多空调技术单位积极采用CFD技术，很大程度的解决了在制冷方面遇到的问题。对于CFD技术的应用，整体提高了我国空调的性能，也推动了整个社会的发展。

我国在家用空调的舒适度，洁净度这些发面有了一定的发展，国内的专家也对CFD开始了大量的研究工作。比如管网水力计算，空气品质及建筑热环境的CFD方法评价预测，锅炉燃烧规律的CFD分析，通风除尘领域等。

以经济技术合理的系统设计设备选型达到所要求的室内环境是空调设计的最终目的。除了传统的模拟实验，用流体力学的分析方法是最有效的详细分析出室内的气流情况。利用流体力学可以高效的了解到室内空气气流的具体构造和分布特征。对于空调系统的设计也是非常重要的参考^［16］。

在传统的室内气流组织研究中，对室内的各种因素我们习惯性的凭借自己对室内气流现象的理解，通过传统实验得到的经验来进行合成设计。这样就简单地将各参数之间的关系默认为是线性关系的。但其实不然，往往由于这些参数之间的相互影响，它们之间的关系并非线性关系，所以不能就这样简单地进行合成设计。既然是非线性关系^［17-19］，就要对各参数之间的关系进行分割处理，分割的越细，其精确度也就会越高。CFD技术的发展与计算机技术的发展不可分割，当前我国生产了很多商用的CFD软件，这些软件可以用作很多建筑中空调工程的模拟实验，虽然这些软件为工程带来很大的便利，但是由于它的实际应用很少，经验不足，所以精确度很难保证。从当前的发展状况来看，我国的CFD技术在空调中的应用也取得了很大的进步和成果，但是与很多发达的国家还有一定的差距，还需要进一步的发展。

三、数值模拟方法

3.1、CFD模拟简介

CFD是计算流体动力学的简称，也是数值模拟的理论基础。CFD是伴随着计算机技术，数值计算技术的发展而发展的。相当于在计算机上虚拟的做实验，在计算机上仿真实际的流体流动情况。基本的原理就是数值求解控制流体流动的微分方程，然后得出流体流动的流场在连续区域上的离散分布，从而近似模拟流体流动情况^［20］。也可以认为CFD是现代模拟仿真技术的一种。CFD的优点在于其克服了人力，物力，财力以及时间等方面的困难，通过计算机上的计算来完成一次实验，直接将结果显示在计算机上，结果即方便又精准。CFD模拟研究的思路主要包括数学物理模型，数值计算方法等^［21］。

CFD在实际生活中应用时，不同用户对CFD的需求不同，所以为了满足不同人的不同要求，CFD建立了不同的适用模块，对特定的要求具有不同的模块，这样就为用户提供了很大的便利。这些特定的模块有其相对应的专用软件或者系统，把它们连接在一起使用，可以解决不同复杂流体的计算，这样可以更加便利设计人员的工作。目前为止，CFD技术中都有划分网格的环节，划分网格是反应模型内部各点性质的关键一步，如果手动完成这一步，需要耗费非常多的时间，但是CFD的一个优点是它可以自动的生产网格，这确实为设计者提供了一个非常大的便利，节省了大量的时间。CFD具有加速收敛的技术，在房间中空调结构的设计中，因为需要模拟的结构是三维的，因此计算量非常的巨大，CFD的加速收敛技术很大程度的加快了计算的速度，使得每一次计算的时间大大减少，加速收敛的技术包括多层网格法和残差光顺法等。

3.2、CFD模拟步骤

CFD模拟的步骤包括：（1）建立数学模型。建立数学模型是整个数值模拟过程的开始，建立数学模型即将要研究的问题中的各个量之间建立微分方程^［22］，这一步至关重要，没有数学模拟做基础，后面的一切都是毫无意义的。流体的基本控制方程包括能量守恒方程，动量守恒方程，质量守恒方程等。空调中的流体流动基本都是湍流流动，在流体力学当中，一般都用Nanier -Stokes方程来表达粘性流体^［23］。所以也用次方程来做CFD的控制方程。（2）编制程序和进行计算。由第一步建立的数学模型所得出的各非线性微分方程，在流动过程中遇到非等温度的情况，它的特性是相互耦合的^［24-25］，所以在实际的工作情况中一定要找到相对应的求解数值的方法。对于空调的流体流场和产热的相关问题一般使用的是有限容积法来进行离散。（3）显示计算结果（结果的处理）。上一步计算出来的数值仅仅是显示在计算机的网格节点上，这样的结果看起来并不直观，不方便总结和理解，所以必须要将结果显示出来的速度场和温度场通过处理更直观的表现出来，这也是CFD模拟技术的一个重要的一部分。这里所讲的直观的表现出来是指通过计算机和计算机图形学等技术将速度场和温度场表现出来。

3.3、数值模拟方法的优点

我们都知道传统的模拟实验不仅工作量大，耗费人力物力，而且结果也有很多的不确定性。与之相比，数值模拟的方法方便很多，且节省资源，人力和费用；其次，实验的数据可自动存入计算机的系统，这样为数据的保存提供了很方便的条件；更重要的是，模拟出的数据准确度很高，过程中测量的数据也会很准确。

另一方面，现代社会的建筑很复杂，那么空调通风房间的气流组织相应的也是很复杂，传统的理论分析不仅耗费大量的时间，结果势必会存在相当大的误差。并且，传统的理论分析不能向设计人员提供详细的使用资料，没有办法满足设计者的需求。相比之下，CFD具有完备的数据库，为设计者提供详细的资料。

四、结论

空调制冷中流体流动的相关问题是当前很多专家探讨的主要方向，这些问题的计算机分析对当前社会科技的发展也有着重要的意义，因此对CFD的数值模拟也渐渐引起了很多专家的注意。但是由于这类问题在实际情况中具有一定的复杂性，很多对此类问题研究的项目还处在研究发展的状态，直接运用在实际工程中还是有一定困难的。所以发展经济实用的CFD软件是今后重要的发展方向与目标。

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