Airpak典型商铺住宅室内空气品质数值模拟分析(4)
CFD技术包括实际流体力学（尤其是湍流力学）、计算方法乃至计算图形处理等技术。因问题的不同，CFD技术也会有所差别，如可压缩气体的亚音速流动、不可压缩气体的低速流动等。对于室内气体的流动问题，多为低速流动，流速在10m/s以下；流体温度或密度变化不大，故可将其看作不可压流动，不必考虑可压缩流体高速流动下的激波等现象。[14]流体流动多为湍流流动，这给解决实际问题带来很大的困难。
总体而言，CFD通常包含以下几个主要环节：简历数学物理模型、数值算法求解、结果可视化。
Airpak软件是在FLUENT（CFD技术的一个软件包）基础上发展起来的一个工具软件。主要是针对通风系统的空气品质、热舒适性、空气调节及污染控制进行气流组织的模拟。Airpak提供了强大的物理模型创建功能和快捷全面的网格处理能力。将通风系统中常见的各种物理模型如墙、人、散流器和桌椅等以形象的实体模型表示，并提供了各种材料的物性数据库，满足不同系统设计的需求。Airpak在进行传热、传质以及流体流动的计算时将调用FLUENT软件的处理器。该处理器使网格可以有多种形状。对二文流动可以生成三角形和矩形网格；对于三文流动可以生成四面体、优尔面体、三角柱和金字塔等网格；结合具体计算还可以生成混合网格；其自适应功能能对网格进行细分或粗化，或生成不连续网格、可变网格和滑动网格。处理器的数学模型是以 N-S 方程组为主体，再加上一些在主体方程组上补充附加源项、附加输运方程与关系式的附加模型。采用有限体积法离散方程，其计算精度和稳定性都优于传统编程中使用的有限差分法。采用压力校正法作为低速不可压流动计算方法，而可压缩流动采用耦合法。最后，Airpak根据计算结果进行后处理，其后处理模块具有三文显示功能来展现各种流动特性，还能以动画功能演示非定常过程。
2.1.1 建立数学模型
建立数学物理模型市支队所研究的流动问题以及污染物的扩散进行数学描述，对于室内空气污染物扩散的流动问题而言，通常是不可压粘性流体流动的控制微分方程。此外，由于室内的流体流动基本为湍流流动，所以要结合湍流模型才能构成所需解决问题的完整描述，便于数值求解。公式2.1为粘性流体流动的通用控制微分方程：
（2.1）
随着其中Φ的不同（可代表速度、湍流参数等物理量），它分别代表流体流动的动量守恒方程、能量守恒方程以及湍流动能和湍流动能耗散率方程。基于该方程，即可求解工程中的流场速度、温度、浓度等物理量的分布。
2.1.2 数值算法求解
上述各微分方程相耦合，具有很强的非线性，目前只能利用数值方法进行求解。这就需要对实际问题的求解区域进行离散。通常对于低速、不可压流体问题，采用有限容积法进行离散的情形较多。它具有物理意义清晰，总能满足物理量的守恒规律特点。离散后的微分方程组就变成了代数方程组，如公式2.2所示。
式中ɑ为离散方程的系数，Φ为各网格节点的变量值，b为离散方程的源项。下标P、E、W、N、S、T和B分别表示当前、东、南、西、北、上和下各个方向网格处的值，或以nb表示P的相邻6个节点。[15]
通过离散后使得难以求解的微分方程变成了容易求解的代数方程，采用一定的数值计算方法求解式2.2表示的代数方程，即可获得流场的离散分布，从而模拟关心的流动情况。