张麟博士：CFD让我在国产暖通洁净工程扬帆起航（12/22）

一、CFD充满挑战、遍布乐趣

二、工程应用举例

• （1）保证无尘室等级所要求的空气质量和气流结构要求
• （2）保证设备附近的设备生产的要求
• （3）设备与设备之间是无隔断的，而设备与设备之间又不允许有干扰。
• （4）设备生产对空气质量的要求

• （5）在满足要求的情况下，尽量放置最多的设备

• （1）整体气流结构和空调暖通配置需要满足恒温要求
• （2）因为电力故障导致的空调不能正常工作情况下，系统的制冷效果的分析

• （3）系统内部非电池组部分的其他设备，因长期稳定运行需要额定的工作温度环境

储能变流器预制舱的设计过程中，往往以结构设计为主，通过工程师经验来设计制冷和空调布置、管道设计等工作。因为对热管理的粗略了解而加大了制冷和供风的能量供给，一方面大大增加了制造成本，另一方面也和设备的额定功率等不匹配，从而影响使用寿命。

通过气流仿真软件，可以进行设计方案验证。在设计阶段就可以借助可视化工具，非常清晰的洞悉温度和热的分布和运行状态。本案例是采用山东泰开提供的一个实际工程案例。感谢山东泰开授权我们可以公 开信息。

设备的温度需求是不高于35℃，而实际的制冷量的制冷效果远远大于了设备的需求。

① 基本结构

图2-3 储能变流器预制舱结构设计图

图2-3所示为储能变流器预制舱结构设计图，简单的上送下回结构。控制设备参数：

• 供风4台风机，风量4000立方每小时

• 2台空调，制冷功率20kw每台，风量4000立方每小时

② 简化模型

图2-4  储能变流器预制舱简化模型图

• 设备以方体替代

• 供风以流量计算的封面替代

③ 设计验证

• 底板50cm处温度分布

图2-5  储能变流器预制舱温度分布图

如图2-5所示，整个图示的切面，颜色在绿色到蓝色 区间。也就是26℃以下的温度范围。

• 设备中部温度分布

图2-6  储能变流器预制舱中部温度分布图

图2-6所示为水平切面和垂直切面，整体温度在28℃以下。高温区主要在设备上部，机柜内部部分。

• 高温区分布

高温区，在27-28℃左右，图2-7中黄色的网格区域，是该范围的温度分布区。

• 高温区和低温区分布

图2-8 储能变流器预制舱温度分布图

高温区与低温区分布：黄色部分为27℃以上高温区浅色部分为24℃以下低温区

• 气流分布

图2-9  储能变流器预制舱气流分布图

④ 结论

通过仿真计算，空调的功率和风机的功率已经远大于实际温控要求。

气流仿真计算，是根据实际的物

理方程，通过科学计算求解方程之后，获取全方位的热管理信息。可以满足各级别的需求，解决客户的五大问题：

• 为产品设计和工程设计提供设计验证，以确定设计在传热学上的合理性
• 通过对故障设备的模拟，来分析故障问题和制冷问题
• 可以针对不同的供应商设备提供的参数进行分析，辅助设备选型
• 优化设备和结构布局规划
• 模拟产品和设备在不同配置环境下的工作情况

▲图2-10-数据中心温度分布云图

• （1）整体的暖通布局需要满足服务器运营需求
• （2）节能的需求
• （3）当出现电力故障时，服务器运行环境的分析
• （4）在故障时，应急方案的设计

• （5）配套设施和环境的布局分析

三、写在最后-我的CFD暖通公开课

• （1）设计验证和概念设计

• （2）分析设备故障问题所带来的对运行环境的影响

• （3）通过不同工况的设置，用以对硬件进行选型

• （4）对气流结构进行优化和布局规划

• （5）外部配套设施的模拟分析和优化 

2020年12月22日，受仿真秀平台邀请，我将在2020理工科学子有限元学习周公开直播《国产暖通CFD软件Clabso软件引用与CFD分析方法》，欢迎报名，报名后可反复观看，还可以领取2020-2021理工科学子仿真学习包。

以下是课程安排：