一种基于cfd技术的室内通风效率检测模拟分析方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及检测技术领域，具体地，涉及一种基于CFD技术的室内通风效率检测 模拟分析方法。
【背景技术】
[0002] 现公开的CFD技术相关的发明专利有：1.基于CFD的工业蒸汽裂解炉炉膛烟气组 成分布的预测方法；2. -种基于CFD数值模拟的温室控制方法；3. -种基于CFD的工业锅 炉SNCR脱硝装置；4.基于CFD技术的工作场所职业暴露模拟分析方法等等。
[0003] 这几个已有的专利皆涉及使用复杂的全英文FLUENT软件进行求解，前处理需要 一种专门划网络的软件，例如GAMBIT和后处理又要使用一种专门软件，如Tecplot，这样一 来模拟分析流程非常复杂和繁琐，对工程技术人员的技术背景和英文水平要求极高。而且， 这些CFD技术的应用，未涉及到如何用一种直观简单方便快捷的软件来高效率模拟室内空 气分布，以便检测室内空气质量及通风效率的方法。
[0004] 在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在操作过程复杂、人工劳 动强度大和检测效率低等缺陷。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种基于CFD技术的室内通风效率检测 模拟分析方法，以实现操作过程简单、人工劳动强度小和检测效率高的优点。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于CFD技术的室内通风效率 检测模拟分析方法，包括：
[0007] 采用SolidWorks软件实现污染物扩散的三维计算机模拟，分析室内有毒或污染 气体在通风系统下的室内空间扩散规律。
[0008] 进一步地，所述采用SolidWorks软件实现污染物扩散的三维计算机模拟，分析室 内有毒或污染气体在通风系统下的室内空间扩散规律的操作，具体包括：
[0009] I) CFD 前处理；
[0010] 2) CFD计算求解；
[0011] 3) CFD后处理，即结果分析。
[0012] 进一步地，所述步骤1)，进一步包括：
[0013] (1)确定模拟场景的简化模型；
[0014] 根据所需模拟的场景区布局图构建整个模拟区域的三维结构，并根据求解需要进 行简化；
[0015] (2)初始设置及边界条件设置；
[0016] 根据所需模拟场景的室内实际通风情况，选择分析类型、定义室内有毒或污染气 体的物理性质、设置边界条件和流场初始化。定义求解目标、设置收敛因子；
[0017] (3)网格划分；
[0018] 按室内三维结构具体情况划分网格，将狭小通道、间隙及需要详细观察的位置进 行局部网格细化，对整个室内三维结构空间划分结构化网格。
[0019] 所述步骤2)，具体包括：
[0020] 进一步地，经过相关参数设置后，可开始迭代运算，系统会根据当定义的求解目标 值的稳定性判断收敛情况，一般认识本步计算与上一步计算值相差小于一个预设的微小值 时，求解达到收敛。
[0021] 进一步地，所述步骤3)，具体包括：
[0022] 利用SolidWorks Flow Simulation自带的后处理功能，得到有毒或污染气体在室 内通风系统内的扩散路径、速度分布、浓度场分布，提取污染气体去除效果CRE室内空气质 量指数LAQI及与人体的"热舒适感"或"热舒适度"相关的指标来综合预测通风效率。
[0023] 进一步地，所述与人体的"热舒适感"或"热舒适度"相关的指标包括通风效率参 数平均辐射温度MRT、操作温度、拉伸温度、空气分布特性指标ADPI、预测平均评价PMV等。
[0024] 本发明各实施例的基于CFD技术的室内通风效率检测模拟分析方法，由于包括： 采用SolidWorks软件实现污染物扩散的三维计算机模拟，分析室内有毒或污染气体在通 风系统下的室内空间扩散规律；从而可以克服现有技术中操作过程复杂、人工劳动强度大 和检测效率低的缺陷，以实现操作过程简单、人工劳动强度小和检测效率高的优点。
[0025] 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变 得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
[0026] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
[0027] 附图以医院一间隔离病房（I⑶）为例，用来提供对本发明的进一步理解，并且构 成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在 附图中：
[0028] 图1为本发明中模拟场景通风系统的结构示意图；
[0029] 图2为本发明中分析结果摘要截图；
[0030] 图3为本发明中I⑶室内的空气流体模型，a)实际室内场景三维模型/CAD model， b)流体模型 /Air fluid model ;
[0031] 图4为本发明中呼出气体的室内空气质量指数（LAQI)的分布云图，a)高于地面 Im平面的LAQI值，b)高于地面2. 5m平面的LAQI值；
[0032] 图5为本发明中预测平均评价（PMV)的等值面分布图，a)0、0. 25、0. 5、0. 75及1的 等值面，b)0?0.25的等值面；
[0033] 图6为本发明中室内气体的流动迹线，a)整体流动轨迹，b)病人呼出气体的流动 轨迹。
[0034] 结合附图，本发明实施例中附图标记如下：
[0035] 1-照明灯；2-卫生间排风格栅；3-强制新鲜空气入口；4-医疗设备；5-电视机； 6_强制排风出口。
【具体实施方式】
[0036] 以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实 施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0037] 根据本发明实施例，如图1-图6所示，提供了一种基于CFD技术的室内通风效率 检测模拟分析方法，是基于CFD技术的室内空气质量模拟分析方法（尤其针对较封闭的室 内，如高净实验室，及医院ICU病房的室内模拟）。
[0038] 本发_抟术方案的发_目的:
[0039] 1.本发明涉及一种基于计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，CFD) 技术对室内通风效率检测的模拟分析方法，尤其可应用于医院隔离病房（isolation care unit，ICU)室内空气质量检测。需要先对室内具体情景进行三维建模，确定模拟场景，再 应用CFD软件（本发明以SolidWorks Flow Simulation软件为例）对模拟场景内的流 体构建三维网格，根据室内通用实际情况定义气体物理性质、设置初始条件和边界条件， 求解后，应用后处理观察室内空气流动场，以污染气体去除效果（Contaminant Removal Effectiveness，CRE)室内空气质量指数（Local Air Quality Index, LAQI)及与人体的"热 舒适感"或"热舒适度"相关的通风效率参数平均福射温度（Mean Radiant Temperature， MRT)、操作温度（Operative Temperature)、拉伸温度（Draft Temperature)、空气分布 特性指标（Air Diffusion Performance Index，ADPI)、预测平均评价（Predicted Mean Vote，PMV)来综合预测通风效率。本发明采用CFD技术模拟室内空气流通情况，评估室内通 风系统设计的合理性，利用分析、比较和评价，选出最优方式，可改善设计，指导现场通风系 统的设置，对设计不当的地方提出修改意见，满足室内设计对人员舒适性、健康性、安全性 等的要求，并且采用这种设计可节约大量制作样板房的耗材及成本，实物测试实验前，先进 行模拟计算，实现了低碳环保的经济性。相信随着国民对居住环境要求越来越高，CFD技术 在要求严格的室内通风系统设计中会得到了广泛应用。
[0040] 2.本发明仅需要使用一款软件一一SolidWorks，首先使用其CAD模块进行三维建 模，再使用其CFD模块进行前处理（结构简化、网格划分）、求解器计算、后处理（速度场、浓 度场及舒适性分析），操作简单快捷！
[0041] 3.本发明属室内通风系统设计领域，特别是提出了一种基于CFD技术的室内空气 质量检测的模拟分析，主要应用于医院通风系统设计、化学生产车间通风系统设计、生物医 学类实验室通风系统设计等。
[0042] 4.本发明采用CFD技术，可预测出室内通风环境下有害物质或污染源在气流中的 复杂轨迹运动，通过Flow Simulation软件（SolidWorks是一款主流设计软件自身是三维 结构设计软件，只管CAD设计部分，Flow Simulation是原来只做CFD流体分析的单独小软 件，后被SolidWorks收购，集成在主软件里）实现污染气体的浓度场分布情况。
[0043] 本发_抟术方案的的基本抟术方案：
[0044] 1. 一种基于CFD技术的室内通风效率检测模拟分析方法，包括：采用SolidWorks Flow Simulation软件实现污染物扩散的三维计算机模拟，分析室内有毒或污染气体在原 有通风系统设计下的室内空间扩散规律。
[0045] 2.如权利要求1所述的方法，步骤如下：
[0046] 1)CFD 前处理
[0047] (1)确定模拟场景的简化模型（使用SolidWorks软件CAD模块）
[0048] 根据所需模拟的装置区布局图构建整个模拟区域的三维结构，并根据求解需要进 行简化；
[0049] (2)使用SolidWorks软件CFD模块Flow Simulation插件初始设置及边界条件设 置。
[0050] 根据所需模拟的室内实际通风情况，选择分析类型、定义室内有毒或污染气体的 物理性质、设置边界条件和流场初始化。定义求解目标、设置收敛因子。
[0051] (3)网格划分
[0052] 按室内结构具体情况划分，将狭小通道、间隙及要观察位置的网格细化，在整个室 内空间划分结构化网格。
[0053] 2) CFD 求解
[0054] 经过相关参数设置后，可开始迭代运算，系统会根据当定义的求解目标值的稳 定性判