用CFD做室内环境模拟与测量的展望

chenqingyan

【帮助】提问的智慧

各位大侠：我是美国普渡大学教授陈清焰。十年前，我的下列文章

6 z* [0 Q0 N& P6 {' xChen, Q. 1995. "Comparison of different k-e models for indoor airflow computations,"  Numerical Heat Transfer, Part B: Fundamentals, 28, 353-369.
2 x: I! o' Q+ I: u$ `7 |; I6 WChen, Q. 1996. "Prediction of room air motion by Reynolds-stress models,"
Building and Environment, 31(3), 233-244.

结论是要用RNG k-e 模型做室内环境CFD模拟 。这两篇文章被引用率很高，目前大多数室内环境CFD模拟也却是用RNG k-e 模型。看来，这两篇文章有点作用。那是我们有很多问题，
5 G+ x! P2 B+ A5 X4 I' }2 T, Y
Chen, Q. and Jiang, Z. 1992. “Significant questions in predicting room air motion”, ASHRAE Transactions, 98(1), 929-939.
, l8 t+ H, r3 Q. t) e& e' e
十几年过去了，这一领域变化很大，我们现在面领的挑战是什么？驻位大侠面临是什么问题？我打算找几位老头(Francis Allard, Fariborz Haghighat, Shinsuke Kato, Peter V. Nielsen, Mats Sandberg, Zhiqiang Zhai, Jianshun Zhang, Yuanhui Zhang)写点东西，明年在HVAC&R RESEARCH杂志上发一专刊，专刊题目暂定为“室内环境的模拟与测量”。我敬请大家提点问题，以帮助这些老头定课题。谢谢啦!

bethereforyou

【帮助】提问的智慧

我觉得应该是让模拟系统化，规范化，现在的情况是模拟出来也不知道对错，公说公有理，婆说婆有理。觉得模拟的每一步应该有一个比较成型的准则。不知道是不是这个样子，望陈老师给与指点

loveangel

【帮助】提问的智慧

谢谢陈老师的发贴!

- j5 c# U9 s: ?9 v; R我是学暖通的,这里提一些自己遇到的问题,当然由于自己所了解的东西有限,可能有些并不能被认为是问题,只是我不知道而已,请原谅.
' @0 ?0 n- D: ]
# J/ _( V" G) y* {' {$ w9 u/ O1.思想上的问题.虽然很喜欢cfd模拟,也知道它给我的设计带来了方便,不过目前为止的想法还只是想把它作为一个工具来使用,来优化自己的hvac设计.而不是全身心的投入到如何使cfd模拟更快更准的理论研究上面.相信很多人和我都有着同样的想法,而这恰恰是一个矛盾,不花费时间就不可能很好的掌握cfd模拟技术,用它来指导自己的设计也成了痴人说梦.数值模拟的职业化可能对行业的发展会比较的有利.
* J0 u" r9 Z6 e
2.模型的建立.一直认为建立模型及生成网格是数值模拟应用的过程中最花费时间的过程,如何合理的去掉对室内环境影响较小的元素,保留影响较大的是建立模型的主要困难.理论研究中不会涉及到这个问题,不过实际的应用中个人认为确实是一个很大的问题.每次被别人问起为何忽略某些东西时都没办法准确解释忽略的理由.
  U8 d: N7 [# R
至于模型的建立,由于ifc格式文件的诞生让我看到了一点希望,虽然现在应用的还很少,不过这中文件格式确实在将建筑专业和暖通专业一点点的联系起来.

/ K" Z4 w0 N8 ^& r& P- Y3.网格.目前大部分软件可以自动生成网格,也很喜欢star-cd所生成的网格质量,不过还是要花费大量的精力去调整网格质量,在可能的情况下,尽快实现0网格我觉得是比较大的挑战,

: f/ x& J3 Z: [" e, l6 A8 ^4.边界.室内环境模拟的关键是边界条件的设置,对风口合理设置边界条件是一个比较大的问题.看过您所写的关于风口边界条件的文献,不过在实际应用中难度很大,自己觉得如果可以建立风口模型的参数库对模拟来说会有很大的好处.

5.时间太长.可能比较功利,不过模拟的时间太长,很难和设计同步,从而对其进行指导.
  q0 c; o5 c  n3 s
5 Z# i, p% w! q% n0 N* [' b6.验证.目前的验证方法是模型实验,投资太大了,找到除此以外其他的方法对模拟的结果进行验证也是一个很大的挑战.

对您和其他人来说,可能很多都不能算作问题,不过这些是目前我所遇到的一些困难
7 F/ @  u3 c6 I( ~6 R
谢谢陈老师!

chenqingyan

【帮助】提问的智慧

Many thanks for the suggestions from the two readers. They are useful. I will continue to monitor the responses to this column without further comments for a while. Your help is highly appreciated.

fairshine

【帮助】提问的智慧

陈老师，您好。

我的博士课题是“针对室内突然释放污染物情况下的应急通风理论与应用”，课题的研究背景主要是针对近年来出现的生化袭击事件。

2 O; n) E0 e5 Y2 i  v$ a这一课题开始于3年前，在课题研究中有大量的工作需要借助CFD软件进行数值模拟。目前论文接近尾声，回顾论文工作，谈谈我对应用CFD软件模拟应急通风过程的一点体会，请陈老师多多批评指正。

1）对非稳态的应急通风过程实施模拟的计算量太大，重复计算无法避免
3 s( [% I. V; U: |+ O
暂不考虑人员运动的室内流场和污染物分布的影响，在应急通风过程中气流和污染物的演变大致如此：

在平时通风模式下，室内流场保持稳态-->污染物释放,在稳态流场中扩散-->检测出污染物,并辨识出污染源的位置信

息-->通风模式切换到紧急模式，有选择的开放部分疏散出口-->室内流场由稳态切换至非稳态-->污染物在非稳态流
: s8 C1 W" z* ~3 A  N* d0 ~
0 Z# f; Y) h5 F' K5 ]$ A# j- N场中扩散

我是采用airpak软件模拟上述过程的，大体步骤是：
, f: H; ~; g8 F0 I; U% n- S4 s
a)将计算模式设置为非稳态模式，模拟得到稳态流场(模拟的时段在5分钟以上)，
b)在稳态流场基础上，污染源开始释放，流场保持不变（模拟的时段即污染物释放至检测出污染物所需的时间，计算中设置为30s）；
c）继续模拟，此时风口，门的开启方式需要切换到应急模式，（模拟的时段即室内人员全部撤离房间所需的时间，由人员疏散软件计算得到）
, X% d8 |3 Z4 c$ [
8 E3 l( U0 n3 x7 R# S5 S在上述步骤中，步骤a)的计算量最大；步骤c）的模拟最困难，特别是当风口或门的边界条件改变时，往往会出错，无法计算。

3 ~- U0 s) Z4 X假设现在有30个算例，按照上述步骤计算，则步骤a)、b)、c)均需要计算30次，计算量非常大。
" ^: F. G% n* i) }: K: j& I
我曾经设想将计算模式首先设置为稳态，计算得到稳态流场，将这一步骤用aa)表示；然后在稳态流场基础上完成步骤b),c)的计算。这样步骤aa)只需要计算1次，而步骤b)，c)分别计算30次，可以大大降低计算量。可惜airpak并不支持这1设想。
1 @3 ^. h/ q* p0 G+ u5 B
不知道在其他的CFD软件中，有没有办法解决步骤a）需要重复计算的问题。
9 R) Q: t+ W0 e( D' }
* Y9 q5 J! z" ?) x# x2 d2）为了得到最优的通风和疏散策略，往往需要计算很多个算例

室内可能出现污染源的典型位置，可供选择的通风模式，室内人员的疏散模式，这三者的组合构成了应急通风的算例集。假设室内污染源的位置有5种，可供选择的通风模式有6种，室内人员的疏散模式有2种，那么需要研究的算例就有5*6*2=60个。CFD计算的工作量非常大。

我的博士论文中，为了说明应急通风理论的应用，以一个多功能厅为研究对象，尺寸为12m宽（X），16m长（Y），3.5m高（Z），为了减少网格数和计算量，在多功能厅中除了几根柱子之外，没有设置任何家具。以这个房间为对象，污染源的位置有5种，可供选择的通风模式有10种（其中包括7种应急通风模拟、启用排烟系统模拟、保持正常通风不变模式、关闭所有通风口模式），根据出口数量设置了2种室内人员的疏散模式，它们的组合构成了100个算例。
, n0 @1 N, W0 X" b$ M) P0 k
* |7 w) l( i" `$ O. z1 o8 r综合以上两点，我觉得对实际工程而言，特别是对于大空间的公共建筑而言，用CFD方法解决工程应用问题目前看来还是很困难的。不知道陈老师是如何看待这个问题的？

butcherrr

【帮助】提问的智慧

1.思想上的问题.虽然很喜欢cfd模拟,也知道它给我的设计带来了方便,不过目前为止的想法还只是想把它作为一个工具来使用,来优化自己的hvac设计.而不是全身心的投入到如何使cfd模拟更快更准的理论研究上面.相信很多人和我都有着同样的想法,而这恰恰是一个矛盾,不花费时间就不可能很好的掌握cfd模拟技术,用它来指导自己的设计也成了痴人说梦.数值模拟的职业化可能对行业的发展会比较的有利.
   
/ H; O9 ?8 u# f2 r  k$ N+ r# |     同感，我觉得这是cfd发展的两个方向，一个是基础理论的研究，一个是实际中的应用。相对应的工作应该分别由科研人员和工程人员来完成。比如现在我们画图用天正（我也是学暖通的），只要了解怎么操作可以布风管，怎么操作可以布水管就可以了，而不需要去探究这个软件是怎么写出来的，用了哪些算法。而现在在学习用cfd软件的时候，还需要去了解某个模型是用怎样的算法实现的，我觉得这对工程人员来说是有一定难度的。

    另外，对于模拟结果的验证，最好的办法自然是实际测量。但是这其中又有些问题，我们模拟出来的结果是一个参数场，要想与之对比，我们在实际测量的时候也需要同时得到空间内若干个点的参数才能构成一个场。问题是：怎样同时测量这些点？温度、压力还好说，我们可以把若干传感器集中到一个系统内采集、处理。但是co2、TVOC呢？这些参数如果用化学的方法可以得到精确的数值，但是不能满足我们测试同时性的要求。如果也用传感器的话，又存在着一致性差，难于标定的问题。
    不知道大家在实际测试的时候是怎样解决这一问题的？陈老师是怎么处理这个问题的？
$ e. j  f( c, _& |& d6 l
    fairshine的题目中是怎么测量污染物的？

fairshine

【帮助】提问的智慧

早在几年前，通过LBNL的网站了解到陈老师是国际上最早开展建筑物防御恐怖袭击方面研究的著名学者！

7 S: i4 s0 G. t( `) M2 R3 C我的博士论文也与此相关，借此机会对我博士论文所做的工作做一简要介绍，并谈谈我对应急通风理论中几个问题的肤浅认识，抛砖引玉。特别希望能够得到陈老师的批评和指正！
, i3 T8 d( L( z) ~
＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝
, y! n6 R, Q+ M8 T3 P
! T* |# F7 @5 i: j我的博士论文的主要研究内容是应急通风的理论和应用。在论文中，将研究目标设定为尽可能的降低室内人员所受到的危害，或者说将室内人员所受到危害降到可接受的安全水平。
! v/ y0 s  N2 R+ e: Y& i
: T& R/ p5 u( d3 d5 o着重研究的理论问题包括：
  R9 b' o! T8 @* e& q4 c
1 U( z" Q( \) H
2 B6 Z% h+ Y1 L. C" v$ n# W1）有限时段内污染物对室内人员影响程度的评价方法和评价指标

主要研究了两种评价方法：

# X! `$ T2 [5 j1 q! M& O) S5 O) M- Qa)根据室内人员暴露剂量的评价方法，这种方法局限是暴露剂量与污染源的位置和强度均有关，在未知污染源强度的情况
5 N/ X& ~% u: W* Q
下，无法对应对策略（通风方式和人员疏散模式的组合）的优劣作出预测评价。
. V$ b4 ?* D5 V6 c8 H
8 I7 W, C7 ]4 p# p& n# rb）提出了“暴露单元”和“有效因子”的概念。从污染源和送风对室内人员的影响的角度出发，充分考虑室内人员的时空
7 j7 t$ s5 [8 B* u/ ]" e# B
分布，提出了“污染源有效因子”和“送风有效因子”的系列评价指标。“有效因子”指标只与污染源的位置和流场相关
( v3 n8 ?6 r4 e2 v& M' V5 @( s  ?
，而与污染源强度无关。因此在不确定污染源强度信息的情况下，可借助“有效因子”指标评价有限时段内室内污染物对
( L; K8 o0 g& t, G. y
4 s) q" {, Q& U/ b+ a( |人员的相对影响，从而对应对策略（通风方式和人员疏散模式的组合）的优劣作出预测评价。

5 Q7 }/ `% O$ j7 u& w) |/ E如果设定了污染物的种类和强度，可计算得到暴露剂量和人员伤亡水平，因此可应用于改进通风系统和疏散通道的设计。
“有效因子”指标与污染物的强度无关，因此对于特定的房间和通风系统，可用于指导应急通风策略的制定。这两种评价

方法可互为补充。
5 Q! [; e: w" h2 O0 S0 W- c. ^
8 [  l) A+ Y$ b: P! ^. _2）基于对策论思想的应急通风理论框架和决策分析方法

4 B3 d& F( Y( N  g# Q主要研究了应急通风问题的决策分析的理论框架和计算模型，解决了在污染源的位置信息完全确定、不完全确定和完全不

' i3 }$ k- F, n( u2 ~- \确定这三种情况下，如何做出应急通风决策的问题。


! o9 x( K" ~9 z. Y$ d3 y% r9 \; D3）根据有限个污染物浓度传感器反馈的信息迅速并准确的判读出污染源位置和强度的方法
提出了利用1个传感器和2个传感器的反馈信号，迅速并准确的判读出污染源的空间位置和强度的理论方法。并通过数值实

验，验证了理论方法的合理性和准确性。

8 i8 Z1 V& B4 t& a
! c6 e; b# ]8 O5 L上述理论问题的研究结果在实际问题中的应用，大体可分为两个过程：

（1）应对策略的制定过程

应急通风问题的应对策略可以看作是通风模式和疏散模式的组合。应对策略的制定过程主要包括三个步骤：

7 M. n% \% F, D0 f3 K9 s. oa) 分析确定房间中污染源可能出现的几个典型位置，可能采取的应急通风模式和人员疏散模式；
b) 将污染源的典型位置、通风模式和疏散模式加以组合，构成有待研究的应用算例，采用合理的数值模拟方法，对各个算

! e( x- G! d- v3 @3 o例的人员疏散过程和污染物扩散过程做出预测；
c) 最后，选取合适的评价方法（利用有效因子指标），对不同污染源位置下各种应对策略的实施效果进行评价，定量地反
# ^# o/ c+ {- x& o. E- {2 ?8 @
. Y( L  i: `+ |! ~% [! G映出不同应对策略的优劣。

& q7 F7 D+ U2 c8 G4 H1 y（2）紧急事件发生时的应对过程
$ [4 H8 d% r, d: b
紧急事件发生时的决策过程是指从预先制定的各种备选的应对策略中选取最优策略的过程。这一过程包括3个步骤：a) 在
* i+ B, B& P5 v+ t* s4 _2 n
紧急事件发生过程中，当污染物传感器探测到有污染物散发时，根据传感器的反馈信息和正常通风形式下的流场迅速判断
; W0 F# G0 f1 O. X  s
污染源的位置；
% g) d5 j7 W* }3 W3 R( U3 I  u4 Kb) 根据事件现场获知的污染源的位置信息，以及先前预制的应对策略及其实施效果的评价结果，采用适当的决策方法，迅
0 p: ~3 `) O2 A0 i' u4 F
速地选取最优策略；
8 J: ?  [3 n8 c$ ~( ^; ~1 P% Q) vc) 根据决策过程所选取的最优策略，将通风系统切换到适合的通风模式，开启或关闭特定的人员疏散通道，组织室内人员

* @6 ]* n+ c: e- t4 H( y  D6 b的疏散，尽可能地消除或减轻室内污染物对人员的危害。
. l! m, }5 M' t4 T. m# ]2 k8 r
0 N* @* w/ D9 o9 L- Z1 v  q" ?& \7 {＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝

' Z8 `9 v& p- j1 J结合论文工作，再谈谈我对应急通风理论及应用中的几个问题的肤浅认识：

1）有效因子指标的提出,使我认识到室内环境评价指标应当重视"以人为本"
) }) p$ J) k+ {/ m' b- u" ]
6 K  i4 U  h2 f9 u    现有室内环境评价指标,包括空气龄,排污效率,可及性等等,我的理解是实际上评价的是环境,而不是环境对人的影响。
& [- z& }- s+ q5 |9 i* G( R( M
在相同的室内环境下，室内人员随时间和空间的分布不同，环境对人员的影响也不同。这一点在应急通风问题中表现得尤
  p* m& ]' G1 k! Y& {
其明显，应急通风的根本是将污染物对人员的影响降至最低。因此我理解，从“以人为本”的角度出发，室内环境控制的

目标应当是对室内人员产生最佳的影响。

* N3 R- J5 Y) ?3 B6 i' v9 O! j! e    “有效因子”指标的特点是从“以人为本”的角度出发，能够反映出室内人员的空间分布及其随时间的变化。其本质

意义是任意时段内送风和污染物对室内人员的相对影响程度，这一系列指标可进一步拓展，应用于非紧急情况下的平时通
# m  O5 M$ H* T4 \" s
风和IAQ问题的评价。
: o7 A. z6 Y% c! ]     
     补充一点，正是从“以人为本”的角度出发，在论文研究中将应急通风对策不再看作是单纯的通风策略，而是通风策

略和疏散策略的组合。

7 ]! t9 C) U. @; w" K' b2 B% ~2）模拟工具的集成问题
5 S/ G4 }( l+ P# V6 q
1 j/ @# ^# Z1 ]# J  p1 X  C在论文研究中，为了评价污染物对人员的影响，大体步骤是：
- l7 {% k& K) u4 g. \3 y
a) 用CFD软件模拟计算污染物的时空分布;
b) 人员疏散软件模拟人员的时空分布;
0 x; d/ n& e5 |+ Oc) 将室内空间划分为若干个至少可容纳一个人体的空间体积--"暴露单元"
d) 通过分析计算各个"暴露单元"中污染物对人员的影响,得到室内人员的暴露剂量和"有效因子"指标
e) 计算结果的后处理.
" O2 R! i8 G2 T! Z+ ?; `
% ~6 m5 |! Z1 R$ [7 w$ m% G以上c),d),e)三个步骤是在matlab环境中编程计算,并结合matlab和origin进行后处理的.
3 @0 J) b4 }( J4 y5 a4 b
上述工作需要在不同软件之间切换，非常繁琐。能否考虑在新的CFD系统中将上述功能集成在一起?
. t+ Q$ ~7 g& K
另外,能否进一步考虑将污染源辨识系统,应急决策支持系统也集成到一起?

我想这些工作实施起来是非常艰巨的。

) o7 R& M( [( c6 V; V1 L  Q3）污染源的位置辨识问题
" E& Y( ~" f+ k2 o
1 U% ?- k' w, z1 M/ x1 {根据我掌握的资料，目前这方面已见报道的研究文献大致可分为两种:
! b$ z5 @6 S+ ra) 借助区域模型,根据建筑物各个房间中布置的传感器的反馈信息,判断出污染源所在的房间;
b) 借助CFD方法,根据某个房间中传感器的反馈信息,判读出污染源在房间内的空间位置。

7 N! f0 c- f4 v: S7 f; {我的研究工作主要是后者。目前已完成的工作主要是：
a）提出了利用1个传感器和2个传感器反馈的浓度信息辨识出污染源的位置和强度的理论方法；
b）提出了评价辨识方法应用效果的评价方法，可用于评价辨识方法的准确性，辨识方法的改进，辨识方法间的比较，传感
, q- N) o7 M3 s9 X' W7 X( F3 v
器空间布置位置的优化；
c）通过数值实验对辨识方法进行验证和分析讨论。
# y( p3 A% E, M, w
通过这部分的工作，也发现了一些有趣的结论，比如：

: L- L; R4 f0 I  s- ea) 采用1个传感器和采用2个传感器的辨识方法均具有较高的准确性。两种方法相比较，后者对污染源位置判断的准确率比

前者有较大幅度的提高。在算例中设置了16个待辨识的污染源位置，采用1个传感器，判断正确的有13个；采用2个传感器

，16个位置均判断正确。
: T, n# G+ [1 K* f  v6 ]3 |
b）应用算例的计算结果表明，两种辨识方法的准确率在一定时间范围内均与传感器的检测时段t成反比，即利用传感器反

- Y, c4 P/ X: ~! e1 i, B馈的早期浓度信息反而更容易准确地判断出污染源的位置。算例中分别取污染物释放后在30s，60s，120s和180s时段内传

" n. p' m2 F/ U  ?# F* d感器的检测信号用于污染源位置辨识，结果表明两种辨识方法判断的准确性均随着检测时段t的增加而降低，以t=30s时，

判断的结果最理想。因此，辨识方法满足迅速判断污染源位置的要求。

4 g( K+ t+ I5 J+ ^! ~  \- c由于时间关系，这部分工作还很不深入，特别是理论方法的验证目前是通过数值方法完成的，还有待于实验室的验证和

工程中的验证。另外，实际环境中的各种干扰因素对理论方法计算结果的影响也没有进行研究。我想辨识方法由理论走向实际应用还有很长的路要走。
( w% p& ~* O0 _+ f# G
1 N1 l* ]& c2 Z0 I7 Z. r＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝
( ?6 H# ?: X/ Z! l" A; v
7 l; z4 J6 L4 v7 t4 R先说到这，请大家多多批评指正！
3 S: e( |% H, ~  E- ^  `5 b
+ x: a5 A; M  x6 X3 c8 i3 f[ 本帖最后由 fairshine 于 2006-8-27 01:00 AM 编辑 ]

ywxk

【帮助】提问的智慧

各种湍流模型、热辐射模型、太阳辐射模型、风口模型充分的对比和讨论，影响因素作用大小的讨论，工程应用精度边界条件设定的讨论
' ?: H6 w) D/ @, l
要是能看到像ASHRAE HANDBOOK那样详细地描述就好了
0 o( Y/ l3 |# @, L4 t  D3 j7 f
8 B; K" r2 |- E5 }3 W# t. H4 V希望能拜读陈老师更多的好文章。

nvdiati

【帮助】提问的智慧

我感觉，一般工程应用上，cfd模拟应该是在保证相对精度前提下快速简便，现在的设计流程的趋势是各专业在最初阶段就紧密配合，在辅助设计上体现为可以根据暖通工程师的计算结果迅速作出反馈调整设计，再模拟再反馈的优化设计过程。所以精确度有不同的适用范围或阶段，这就需要仔细的推敲误差对于不同设计阶段或范围的影响大小。也就是说如果找出适合不同阶段的简化的湍流模型，边界条件等等，并给出其可能误差标准，这样对于工程设计来说可以大大提高cfd的应用水平。
以上是我个人看法，请大家指正。

Sandy

【帮助】提问的智慧

原帖由 ywxk 于 2006-8-27 04:14 AM 发表
各种湍流模型、热辐射模型、太阳辐射模型、风口模型充分的对比和讨论，影响因素作用大小的讨论，工程应用精度边界条件设定的讨论

要是能看到像ASHRAE HANDBOOK那样详细地描述就好了
2 Z9 W- s: w3 ^- S! e% V$ [
希望能拜读陈老师更 ...

- K) W- v/ q' q$ l; H* v
, n" D; O+ V/ ^' i风口模型看过Chen的好像是给ASHRAE提交的report,是各种风口模型的对比，题目大概是
Simplified diffuser Boundary Conditions for Numerical Room Airflow Models,

loveangel

【帮助】提问的智慧

原帖由 Sandy 于 2006-8-27 12:01 PM 发表

; B9 S. Y( a6 V; g4 e( w! N
风口模型看过Chen的好像是给ASHRAE提交的report,是各种风口模型的对比，题目大概是
  j5 p1 b. v. C3 c* w/ T/ x5 e  w  u$ {4 tSimplified diffuser Boundary Conditions for Numerical Room Airflow Models,

/ X) X" d9 Q% {- `7 |没看过完整的report,只看过transaction上面的.不过感觉收获还是很大的,唯一的问题在于实际应用的时候参数没办法选择.

chenqingyan

【帮助】提问的智慧

Folks,

I appreciate your effort in commenting on my proposal. I will start to respond some of your questions next week. It is really wonderful to see your enthusiastic responses. If your comments are more specific concern, you are welcome to send me an email. My email address is yanchen@purdue.edu. The website looks great to me, and I would like to see more generic comments posted on this topic. I will certainly visit here often and discuss with you "Da Xie" all the problems we are interested.

Best regards,
" m! }( V, `, C5 ?" |Chen Qingyan

chenqingyan

【帮助】提问的智慧

There are guidelines for using CFD. NASA was the first one to publish such a guideline long time ago. My former student, Professor Srebric, and I helped ASHRAE to set such a guide in 2002. This has formed the main contents of ASHRAE Handbook - Fundamental chapter on Indoor Environment Modeling.  If a CFD user follows the guide, it will give you confidence of the simulated results. I have attached here the guideline and an example how to use it. Please note that it takes time to get the job done. I use such a guide to train my graduate students. It normally takes 3-6 months even for some claims to be a CFD expert. It is a painful but a necessary process. CFD is not a simple tool. It needs a Ph.D. (Permanent Head Damage) degree. I hope my comments helpful.
) ]7 x* b- Q9 D+ q7 ]/ N, ]
& O( ~" u0 R( j: A# o6 x% w

原帖由 bethereforyou 于 2006-8-26 02:13 PM 发表
我觉得应该是让模拟系统化，规范化，现在的情况是模拟出来也不知道对错，公说公有理，婆说婆有理。觉得模拟的每一步应该有一个比较成型的准则。不知道是不是这个样子，望陈老师给与指点

chenqingyan

【帮助】提问的智慧

I must apologize to all the DA Xia for using English in responding to all the comments. It does not mean that my English is better than Chinese. It is because I came from Southern China and my Ping Yin is terrible. I could tell the differences between “Ch” and “C”, “Sh” and “S”, “un” and “ong”, “an” and “ang”, etc. etc. Well, shame on me. In addition, I could not type Chinese well from my computer because I use English operating system.

1. For your first comment, I agree with what you have said. CFD is a complex tool. If one does not invest time and effort, the quality and accuracy cannot be satisfied. China is a country with very fast speed. The society makes students difficult to sit down and do fine and detailed work. It is the root for “浮躁”.
' d* e/ g6 f5 w( Q" n6 d+ H1 ^TopEnergy建筑节能&绿色建筑论坛 d)F ]
, t6 T" n( G7 g  P- O1 ]
2. It is an art to convert a physical model to a numerical model. It needs experience to filter out what is important from what is not. Unfortunately, there is no short cut for this.

' H4 a4 b1 Z6 m. u1 R7 W3. Even for something as simple as grid generation, there is theory in how to select right grid distribution. For example, if your grid ratio for a Cartesian grid is over 1:3, you would have huge numerical diffusion. I would suggest reading more textbooks on numerical techniques.
$ x+ @/ X$ P% `6 v. f
You are right that the development in IFC is very slow. This is a major obstacle in simulations. One needs to set models over and over. It is a problem I am interested in and hope we can do something for it.
4 |  K' L1 n; B) [" x
4. Boundary conditions for diffusers seem a solved problem. My group has been able using our model for all types of diffuser we used. Perhaps our papers were not detailed enough. I have attached here our report for ASHRAE. You may find detailed data in the appendix. For users using Fluent, you would need to set a separated momentum source for a diffuser.

  K  d% r) o7 ITopEnergy建筑节能&绿色建筑论坛'L7i9t a3c6q8V$]5}
# X+ z" C' m/ ^4 l
5. This is something we are all facing. I have a parallel computer but we use as many as 12 million cells. We are now working in faster CFD method. I hope we have something to report in 1-2 years. Sorry.
: p/ o. }: m$ }) t$ {4 v
1 K% g$ U' }6 d; G3 ~- I9 X绿色建筑、节能建筑、生态建筑、可持续建筑、建筑能耗、建筑能源 z*Xi0E q0D C
4 V( L8 w0 [- G" V
Well
! v( J7 Z  d) g- O6. Well, as you can see from our research, we do not always use our own data. Many experimental data is from the literature. If you conduct detailed literature search, I believe you will find something useful. Please note that not all detailed experimental data is published, you should always ask the authors provide you the data. Our MIT experimental data has been used by over 100 institutions in the world. All of them ask me to send them the detailed information and I always do. Do not be shy.

% @* n1 P' O  `' x6 ^4 LAll of your comments are appreciated. In fact, I am facing such problems from my own students from Purdue and Harbin Institute of Technology. We need to work together to solve the problem. Thank you again for your comments.
5 x! d& R2 Z0 U: H9 \; @

原帖由 loveangel 于 2006-8-26 03:57 PM 发表
( G3 u1 }0 I6 ?$ b+ t$ |! b谢谢陈老师的发贴!
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我是学暖通的,这里提一些自己遇到的问题,当然由于自己所了解的东西有限,可能有些并不能被认为是问题,只是我不知道而已,请原谅.
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5 T, U! ]" r, z- |4 E+ l% e1.思想上的问题.虽然很喜欢cfd模拟,也知道它给我的设计带来 ...

chenqingyan

【帮助】提问的智慧

Sorry. I forgot the attachment. Here it is.
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原帖由 loveangel 于 2006-8-26 03:57 PM 发表
谢谢陈老师的发贴!
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我是学暖通的,这里提一些自己遇到的问题,当然由于自己所了解的东西有限,可能有些并不能被认为是问题,只是我不知道而已,请原谅.
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1.思想上的问题.虽然很喜欢cfd模拟,也知道它给我的设计带来 ...

chenqingyan

【帮助】提问的智慧

I am very sympathy to your difficulties. The problem lies on the research methodology. A few years ago, the US Navy Research Lab used similar methodology to calculate outdoor chem/bio dispersion for city of Chicago. With the all "possible" scenarios, they could interpolate the data to give some defense strategies. Of course, the Navy has huge super computers so computing time is not a problem. I doubt you have the same luxuary. If not, you should not employ the technology. Instead, we use inverse CFD plus multizone model for a building to speed up the process. On the other hand, we use inverse modeling. Our recent results show that with limited information from one or more sensors, we would be able to find contaminant source location and source strength. Then we just need to run one CFD to find out the dispersion. The idea is not very mature, but we are making some progress. One paper has been accepted by Indoor Air.

原帖由 fairshine 于 2006-8-26 10:48 PM 发表
: q* ^/ T( W; x' I2 Y+ [陈老师，您好。
* `# P- C; ?) I4 \; j8 e$ D
我的博士课题是“针对室内突然释放污染物情况下的应急通风理论与应用”，课题的研究背景主要是针对近年来出现的生化袭击事件。

这一课题开始于3年前，在课题研究中有大量的工作需要借助CFD软 ...

hangkongmujian

【帮助】提问的智慧

原帖由 chenqingyan 于 2006-8-28 08:54 AM 发表
" z* H! Y) O) o; O$ i8 {$ \There are guidelines for using CFD. NASA was the first one to publish such a guideline long time ago. My former student, Professor Srebric, and I helped ASHRAE to set such a guide in 2002. This has ...

1 ^7 J% M1 P6 \我非常赞同陈老师的观点. CFD虽然是一个方便而又相对准确的工具, 但要熟练掌握这个工具, 没有一段痛苦的学习过程是不可能办到的. 我在做博士的时候, 研究课题是旋转流畅的DNS和LES, 需要我们自己编写程序, 每天都处在写程序, 等结果, 验证结果这个过程中, 有时觉得非常枯燥无味, 但如果能得到比较好的结果, 又让人非常有成就感. 通过三年的博士和一年的博士后, 对CFD才有了一个基本的了解, 但这个领域的研究工作实在是太广泛了, 没有足够的毅力和良好的研究条件, 个人觉得想得到比较好的研究成果很难(目前国内的研究条件还比较有限, 在超级计算机以及PIV, PTV等实验装备方面还比较薄弱).
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从我的理解来看, 经过几十年的不屑努力, 湍流模型尤其是k-e模型取得了非常大的进展, 在工程实践中的应用也取得了越来越好的效果. 但鉴于这种模型的先天理论缺陷, 想得到一种普适性的模型实在太难, 除非在湍流的理解上有颠覆性的变革才行. 从国外的一些研究动态来看, LES的地位正在上升, 这为CFD在HVAC领域的应用提供了一个很好的选择. 但LES所面临的问题是计算量过大, 不能很好地应用于复杂的计算领域, 所以一种新的模型, 以LES的方式来解近壁区和以RANS模型来解主流区的混合模型方式应允而生. 虽然不能说这种模型的结果一定要比RANS模型好, 但这种思想我觉得可以很好地借鉴. 所以, 我建议陈老师让那帮研究学者针对某个具体问题好好比较一下LES, RANS以及混合模型的计算结果、计算量，如果LES的计算时间和RANS相近的话，其精度能达到多少。
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7 u4 C7 A& z, V0 D从研究的角度来看，处在研究边缘或者交叉的一些问题往往是最难的，所谓的边际效应嘛。所以一些工程中的实际问题，如雨天的通风问题（下雨时通风，雨水会不会进入室内，如何优化通风和防雨的关系），室内污染物扩散问题，火灾时火焰的扩散问题等等， 也是我们专业应用CFD时所面临的一些难题。所以，还是请陈老师在这些方面多多指导。

chenqingyan

【帮助】提问的智慧

I agree that CFD has two components, research and applications. Universities should only solve the research part of the problems. In China, many “research” projects for M.Sc. theses and perhaps Ph.D. theses. Those projects are really engineering applications. When one works on those projects, they do not have academic merit. It is not sufficiently theoretical to form a thesis. In the USA, engineering problems are solved by consultants and companies, not universities.
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4 v, F3 h4 E7 ]( d7 w对于模拟结果的验证，

% R1 a9 Z4 m2 j" nThis is a very interesting question. In fact, many people who do experimental measurements do not know what to offer to a modeler. I have seen a great measurements that provide all detailed information but boundary conditions. Then such a measurements are useless. However, you do not need to measure the entire field to do a comparison. For example, if you measure three temperature in a room (near the floor, in the mid-height, and near the ceiling), can you make a point by point comparison? Sure you can. Although it is not very sexy, it is better than nothing. It provide you some insight. It may be enough.
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* {4 C4 \- C. BI do not think I fully understand your second part of the question. Sorry.

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原帖由 butcherrr 于 2006-8-27 12:16 AM 发表
1.思想上的问题.虽然很喜欢cfd模拟,也知道它给我的设计带来了方便,不过目前为止的想法还只是想把它作为一个工具来使用,来优化自己的hvac设计.而不是全身心的投入到如何使cfd模拟更快更准的理论研究上面.相信很 ...

chenqingyan

【帮助】提问的智慧

Boy, this is really a very long comment and I may not be able to respond. Let us differ to a later date when I have more time. Thank you very much.
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原帖由 fairshine 于 2006-8-27 12:42 AM 发表
* C5 v: {8 P5 L' t4 }6 h早在几年前，通过LBNL的网站了解到陈老师是国际上最早开展建筑物防御恐怖袭击方面研究的著名学者！

/ o$ q5 s# a8 U0 \我的博士论文也与此相关，借此机会对我博士论文所做的工作做一简要介绍，并谈谈我对应急通风理论中几个问题的 ...

chenqingyan

【帮助】提问的智慧

Thank you for your nice suggestions. We will try our best but we may not be able to address all. Let us wait and see. Those problems are important.

: J! f" ^( K- W

原帖由 ywxk 于 2006-8-27 04:14 AM 发表
各种湍流模型、热辐射模型、太阳辐射模型、风口模型充分的对比和讨论，影响因素作用大小的讨论，工程应用精度边界条件设定的讨论
$ M. R, E3 J6 b" S  ?. Y7 o
0 p% n0 i* O) Q" ^" J要是能看到像ASHRAE HANDBOOK那样详细地描述就好了
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, \2 y4 B  o6 N( i3 q# t% m1 b希望能拜读陈老师更 ...