При проектировании систем вентиляции, отопления и кондиционирования воздуха важным является обеспечение как среднеинтегральных значений нормируемых параметров в рабочей зоне, так и отсутствие их локальных отклонений от требуемых значений.

Первого условия добиваются путем составления балансовых уравнений для всего объема в целом (или для небольшого числа выделенных объемов) с последующим определением параметров приточного воздуха.

Однако, задание входящего в уравнения коэффициента эффективности воздухообмена – задача далеко не тривиальная и связана с проблемой достоверного предсказания циркуляции воздуха в объеме помещения. Неверно заданный коэффициент эффективности воздухообмена приведет к существенным погрешностям в проектном решении.

Особенно остро вопрос корректного определения параметров воздушной среды в рабочей зоне встает для течений, формирование которых обусловлено одновременным действием как свободной, так и вынужденной конвекции. Это имеет место для большого числа вентиляционных течений, где сосредоточенная подача воздуха соседствует со свободно-конвективными струями, поднимающимися от человека, оборудования и т.д.

Один из путей решения указанных проблем – использование методов численного решения уравнений Навье-Стокса, осредненных по Рейнольдсу. Кроме того, применение данного подхода открывает возможность достоверно предсказать локальные распределения параметров воздушной среды (скорости, температуры, влажности и т.д.) по всему объему помещения.

Уравнение неразрывности:

Уравнение сохранения импульса:

где t – время, Xi – пространственные координаты, ui – компоненты вектора скорости,
p – пьезометрическое давление, ? – плотность, ?ij – компоненты тензора напряжений,
sm – источник массы, si – компоненты источника импульса.

Для получения информации о полях температуры и концентрации вредных веществ система дополняется следующими уравнениями:

Замыкание системы уравнений происходит с помощью одной из моделей турбулентности.

О перспективности методов численного моделирования для задач техники вентиляции и кондиционирования воздуха в нашей стране говорили еще в 80-х годах. Однако сложность алгоритмов расчета, проблемы с моделированием турбулентности, отсутствие универсальных кодов и слабая вычислительная техника являлись до недавнего времени непреодолимым препятствием для внедрения данных подходов в повседневную жизнь не только проектировщика, но и исследователя.

Интенсивное использование методов вычислительной гидродинамики началось в 2000 году, когда появились универсальные программные оболочки (CFD-пакеты), дающие возможность отыскания численных решений системы уравнений (1) в отношении интересующего объекта.
При проведении математического моделирования реальное физическое пространство заменяется приближенной моделью – так называемым вычислительным пространством. В случае конечно-объемного представления такое вычислительное пространство представляет собой совокупность элементарных объемов различной формы (тетрайдеры, гексайдеры, призмы и т.д.), в которых выполняются законы сохранения массы, импульса, энергии.

В настоящее время к наиболее известным и интенсивно развиваемым CFD-пакетам мирового класса  можно отнести ANSYS-CFX, Fluent и STAR-CD.