英国建筑学专业辅导——CFD技术

计算流体动力学(CFD)是一种模拟流体行为的方法。它通常用于建筑设计，模拟室内空气的流动和温度。这一点非常重要，因为它可以让设计师在施工开始前调查内部条件，从而测试各种方案并选择最有效的解决方案。许多建筑学专业学生对此都有耳闻，却并非能够有机会进行深入了解。

一、CFD 还可用于建模

a.居住者的热舒适度。

b.建筑物内环境条件的分布。

c.建筑系统的效率(如进气口、出气口或散热器的位置)。

d.火灾的影响(如热量和烟雾的扩散)。

e.自然通风的效果(如烟囱效应)。

f.特殊房间(如服务器机房)的热量积聚。

g.传感器的位置。例如，在高处的房间，上层温度与下层温度可能相差很大。在安装向楼宇管理系统传输数据的温度传感器时，这一点非常重要。否则，供暖和制冷系统可能会不必要地运行。

CFD 还可用于研究新建筑对现场空气流动的影响，以及模拟其他 "流体 "现象，如人体运动。

模拟通常针对不同的情况进行，测试不同入住率、不同气候条件、楼宇管理系统的不同运行模式、不同空间之间的开口等情况下的情况。通过这种方法，可以全面了解建筑物在正常运行条件下以及在异常或极端条件下的运行情况。计算流体动力学(CFD)是一种用于模拟流体行为的技术。

二、CFD的工作原理

CFD 的工作原理是将空间划分为包含大量 "单元 "的网格。单元网格周围是模拟空间表面和开口的边界。然后，将边界的温度、开口处的空气流动以及单元格内的空气温度设置为起始条件，并希望该起始条件与空间内的预期条件接近。这些条件可以根据气候和材料数据，使用预测边界条件的边界模型来确定。边界模型越精确，起始条件越接近模型预测的最终位置，模型的运行速度就越快，输出结果也可能越精确。

然后，软件将模拟从每个单元流向周围单元的气流，以及边界表面与相邻单元之间的热交换。经过一系列迭代后，模型将趋于稳定状态，代表空间内的实际气流速度和预期温度分布。

越来越多的 CFD 软件能够与其他模型进行交互，例如

边界模型。

气候模型

建筑服务模型

能源消耗和二氧化碳生成模型。

辐射模型

采光和照明模型

CAD 和 BIM 软件

三、CFD的局限性

如果使用得当，CFD 可以成为一种非常有用的工具，其输出图形非常具有说服力和诱惑力。然而，结果在很大程度上取决于建立模型和解释结果的人员的知识水平。随着 CFD 软件的使用越来越简单，对其所依据的数学模型了解甚少的人也更容易操作，这一点日益受到关注。

如果输入的信息是错误的，那么输出的信息也会是错误的。CFD 无法替代常识。

开发 CFD 模型的一个重要考虑因素是单元网格的生成。单元格数量越多，模拟就越精确，但模型运行所需的时间就越长。在空间的某些部分，使用较大的单元格大小可能不会对结果产生重大影响，但在敏感区域，例如复杂边界周围或边界表面与旁边空气之间可能存在较大温差的地方，单元格必须尽可能小，这在计算上是切实可行的。例如，要正确模拟冷窗旁的下沉气流，就必须采用非常小的单元尺寸(细网格)。如果不模拟这种下沉气流，就会低估窗户与其所包围空间之间的热交换。

在封闭空间的表面为非笛卡尔式(即它们是弯曲的或有角度的，而不是纯粹水平或垂直的)的空间中，重要的是网格应为体贴合式(即网格遵循表面轮廓)，而不是笛卡尔式(一系列阶梯)，否则表面的空气流速将被低估，因此空间与其封闭表面之间的热量传递将被低估。这一点在温差较大的情况下尤为重要。

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