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1。2 国内外研究现状

1。2。1 国内研究现状

1。2。2 国外研究现状

第二章  室内温度场分布的数值模拟

2。1 数值模拟介绍

2。1 。1计算流体力学概论及发展应用源C于H优J尔W论R文M网WwW.youeRw.com 原文+QQ752-018766

计算流体力学是用电子计算机和离散化的数值方法对流体力学问题进行数值模拟和分析的一个新分支，出现于二十世纪中期。计算流体力学虽然是一门刚刚出现的新学科，但已广泛地深入到流体力学的各个领域，相应地也形成了各种不同的数值解法。就目前情况看，主要是有限差分方法和有限元法。有限差分方法在流体力学中已得到广泛应用。而有限元法是从求解固体力学问题发展起来的。近年来在处理低速流体问题中，已有相当多的应用，而且还在迅速发展中。为了简化模拟计算工作量CFD应运而生，简而言之，就是使用计算机做虚拟实验，然后通过建模对模型进行分析，最后得出模型中气流的分布形式。CFD最先开始使用的领域是在航空航天专业和核研究。后来，开发CFD的研究学者们发现它对数学模拟运算过程都比较实用，所以就选择它用来离散连续的流体，来处理复杂的几何问题。之后随着CFD技术的不断发展与完善，更多学者专家开始运用CFD技术对建筑物能耗、室内空气流动情况以及室内空气品质等问题进行分析和研究。在CFD中，主要的研究方法分为有限差分，有限元和有限体积。当在处理复杂的几何问题时，有限差分技术适应性不强，所以在处理工程流体问题时很少使用有限差分技术。不过对于有限体积法来说（FVM），由于有限体积法使用起来比较方便，易于理解和执行，所以有限体积法是通用的，也是现在最常用的最基本的一个方法。不过当在研究比较复杂的问题时，比如说所研究的物体形状比较复杂，物体内部空间流动比较复杂或者边界条件的设置比较复杂，所使用的为有限元方法，即FEM。对于现代科学来说，自从CFD 技术诞生之日起它的发展就非常迅速，尤其是近代计算机在硬件上的飞速进步也使得CFD技术得到突破性的发展。它所应用的领域又有所扩大，汽车船舶工业、生物医学、化工、气象、建筑暖通设计等许多领域都因为CFD技术的产生得到了很大的发展。论文网

CFD技术起源于国外，在二十世纪初，英国人Thom最先使用了CFD技术解决了二维粘性流体的偏微分方程问题。然而这个成果并没有引起人们对CFD技术的重视，依旧无人问津。直到二十世纪七十年代，丹麦人Nielsen将CFD技术成功的运用到暖通空调领域，并且在解决暖通空调的问题时受益匪浅，最终取得了令人瞩目的成果。很多专家学者被CFD技术的便利性以及运算速度震惊了，CFD技术受到人们的极大关注，随后CFD技术得到了突飞猛进的发展。到了二十世纪九十年代年，Markatos创造性地将CFD技术运用到一个三维模型的流动问题中，发现CFD技术在进行空调设计时也有得天独厚的优势，因此他提出了利用CFD来进行工程模拟与设计的方法。在之后的几年中，几乎每年CFD的发展都会上一个台阶。在2009年，Lee和Kisup以及他们的团队利用CFD技术不仅进行了空调房间的气流模拟，更是通过CFD技术对影响空调系统的因素（送风速度、温度）进行了分析讨论，这对CFD技术的发展有着不可磨灭的推动作用，这也是CFD技术第一次探讨具体问题。CFD技术的发展不仅仅在欧美有着飞速的发展，在日本也有很快的发展，日本很多国际闻名的大型建筑例如东京国际会议中心，关西机场的建设，都是先通过CFD对气流，温度，湿度等影响人体舒适度的条件进行数值模拟，然后才实施建造的。CFD技术在建设中起到关键的作用[12]。现在，CFD技术在国外依旧有着相当快速的发展速度，成为越来越多工程师，专家，实验者等研究人员，进行气流模拟时的首选。国内的CFD发展相对于国外来说的确有一些缓慢。因为以前国家经济发展缓慢，国民生产力不足，导致计算机技术发展也是非常的缓慢，甚至可以说是止步不前，这无疑对我国的科学技术发展造成了极其严重的影响。一直等到上个世纪八十年代才得到了一批研究成果。曾经在天津大学任职教授的马九贤[13]组织建造过一个实验室，这个实验室就是用来对进行空调房间气流模拟的，然后对空调房间内的温度场，速度场，湿度等因素进行研究，并且成功的研究出了许多优秀的成果。在二十世纪八十年代末，张建忠教授做了一系列室内有关气流组织的实验，试验了数值模拟方法的实用性和可行性，特别是在通风空调领域的实用性。利用实验数值模拟研究了通风口安装在房间上部时，在上送风情况下所研究模型内的气流组织分布情况。发现送风口的送风温度与速度，角度等对于所研究的房间内的温度分层有着很大的影响。这对于国内CFD技术发展也有着巨大的推动和启发作用。到现在为止的几十年间，还有很多国内优秀的科学家，专家，院士等在CFD领域做了大量的研究，并且取得了一系列重大发现，得到了很多成果。这一批批优秀成果对于推动国内CFD技术发展，对于国内暖通空调领域的发展，以及对于国内建筑气流组织设计有着指导意义，国内CFD技术的发展基本上都是以此为基础进行发展起来然后壮大的。由此可见CFD技术是现代气流模拟的主流方式，也是大势所趋。在工程的设计模拟以及日常空调房间的设计等领域，将会得到越来越广泛的应用。 (责任编辑：qin)