项目名称: 建筑环境非稳态问题的快速CFD模拟方法研究

项目编号: No.51508326

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2016

项目学科: 建筑科学

项目作者: 王海东

作者单位: 上海理工大学

项目金额: 20万元

中文摘要: 计算流体力学(CFD)方法在建筑环境相关的流动和换热问题研究中有着广泛应用。对于非稳态问题的模拟,常用的CFD模型对时间相关解缺少必要的校核;在每个时间步长内,通过迭代计算获得模拟结果的方式,运算量大、速度慢。因此,本项目拟针对建筑环境中典型的非稳态问题,探索利用非迭代型CFD算法进行模拟,提高计算效率,并对时间相关的解进行校核,全面系统的验证压力-速度解耦算法、湍流模型、网格尺度和时间步长对于非稳态问题求解速度和精度的影响。课题将通过理论分析获得快速非稳态CFD算法的理论模型,并针对典型建筑环境中流动形成的不同机理,通过数值实验和基准物理实验的方式,对理论模型进行校核和改进,以获得快速非稳态CFD算法的校核模型。获得的模型还将通过建筑环境中实际的非稳态案例进行验证和必要改进。该研究将显著提高CFD方法在求解建筑环境非稳态问题上的运算效率,揭示非稳态问题求解精度和速度与模型参数的内在联系。

中文关键词: 建筑环境;非稳态问题;计算流体力学;时间相关解;流动和换热

英文摘要: Computational Fluid Dynamics (CFD) has been widely applied on research of building environment related flow and heat transfer problems. For unsteady state problem, commonly used CFD method lacks of validation of time-dependent result; moreover, since iteration within each time-step is employed to obtain simulation result, great computational cost and slow simulation speed is resulted. This research will explore non-iteration CFD algorithm to simulate typical building environment related unsteady state problems to improve computing simulation efficiency of CFD, as well as validate time-dependent solution to check the accuracy. The effect of related parameters, including velocity-pressure decoupling algorithm, turbulence model, grid scale and time-step size on computing speed and simulation accuracy of unsteady problems will be systematically tested. A fundamental theoretical CFD model will be obtained through comprehensive analysis. Numerical experiment and benchmark physical experiment on different flow mechanisms in typical building environment will be conducted to validate and improve the model. Validated model will be applied to unsteady state problem of real building environment cases to further verify the applicability, accuracy and speed. The outcome of this research will greatly improve CFD simulation speed on unsteady state problem of typical building environment, with satisfaction of basic accuracy requirement of such application. The research will also reveal the correlation between parameter input and simulation accuracy in unsteady state problem simulation of building environment.

英文关键词: Building Environment;Unsteady State Problem;Computational Fluid Dynamics;Time-dependent Solution;Fluid Flow and Heat Transfer

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