因問題的不同，CFD技術也會有所差別，如可壓縮氣體的亞音速流動、不可壓縮氣體的低速流動等。對于煙氣冷卻領域內(nèi)的流動問題，多為低速流動，流速在10m/s以下；流體溫度或密度變化不大，故可將其看作不可壓縮流動，不必考慮可壓縮流體高速流動下的激波等復雜現(xiàn)象。從此角度而言，此應用范圍內(nèi)的CFD和數(shù)值傳熱學NHT(Numerical Heat Transfer)等同。另外，煙氣冷卻領域內(nèi)的流體流動多為湍流流動，這又給解決實際問題帶來很大的困難。由于湍流現(xiàn)象至今沒有完全得到解決，目前HVAC內(nèi)的一些湍流現(xiàn)象主要依靠湍流半經(jīng)驗理論來解決。

總體而言，CFD通常包含如下幾個主要環(huán)節(jié)：建立數(shù)學物理模型、數(shù)值算法求解、結(jié)果可視化。

3.1建立數(shù)學物理模型

建立數(shù)學物理模型是對所研究的流動問題進行數(shù)學描述，對于煙氣冷卻工程領域的流動問題而言，通常是不可壓流體的粘性流體流動的控制微分方程。另外，由于暖通空調(diào)領域的流體流動基本為湍流流動，所以要結(jié)合湍流模型才能構(gòu)成對所關心問題的完整描述，便于數(shù)值求解。

如下式為粘性流體流動的通用控制微分方程，隨著其中的變量f的不同，如f代表速度、焓以及湍流參數(shù)等物理量時，上式代表流體流動的動量守恒方程、能量守恒方程以及湍流動能和湍流動能耗散率方程?；谠摲匠蹋纯汕蠼夤こ讨嘘P心的流場速度、溫度、濃度等物理量分布。

3.2數(shù)值算法求解

上述的各微分方程相互耦合，具有很強的非線性特征，目前只能利用數(shù)值方法進行求解。這就需要對實際問題的求解區(qū)域進行離散。數(shù)值方法中常用的離散形式有：有限容積，有限差分，有限元。目前這三種方法在煙氣冷卻工程領域的CFD技術中均有應用?？傮w而言，對于煙氣冷卻領域中的低速，不可壓流動和傳熱問題，采用有限容積法進行離散的情形較多。它具有物理意義清楚，總能滿足物理量的守恒規(guī)律的特點。離散后的微分方程組就變成了代數(shù)方程組，表現(xiàn)為如下形式 可見，通過離散之后使得難以求解的微分方程變成了容易求解的代數(shù)方程，采用一定的數(shù)值計算方法求解式表示的代數(shù)方程，即可獲得流場的離散分布。從而模擬關心的流動情況。

3.3結(jié)果可視化

上述代數(shù)方程求解后的結(jié)果是離散后的各網(wǎng)格節(jié)點上的數(shù)值，這樣的結(jié)果不直觀，難以為一般工程人員或其他相關人員理解。因此將求解結(jié)果的速度場、溫度場或濃度場等表示出來就成了CFD技術應用的必要組成部分。通過計算機圖形學等技術，就可以將我們所求解的速度場和溫度場等形象、直觀地表示出來。如下圖2所示即為某會議室側(cè)送風時的速度場和溫度場。其中顏色的暖冷表示溫度高低，矢量箭頭的大小表示速度大小。

可見，通過可視化的后處理，可以將單調(diào)繁雜的數(shù)值求解結(jié)果形象直觀地表示出來，甚至便于非專業(yè)人士理解。如今，CFD的后處理不僅能顯示靜態(tài)的速度、溫度場圖片，而且能顯示流場的流線或跡線動畫，非常形象生動。

四.應用案例