试验设计与分析结课论文论文题目：基于正交试验的工业厂房自然通风影响因素数值分析姓名：学号：2009092557院系:机电学院09机制3班2012/6/23]基于正交试验的工业厂房自然通风影响因素数值分析【摘要】本文以一间大空间工业厂房为例，运用CFD模拟工具计算了自然通风条件下厂房的室内平均温度与通风量。而后，采用正交试验方法比较分析了5种外界冈素水平同时变化时单个因素对室内平均温度和通风量作用的主次顺序及影响趋势，并将模拟数据拟合成了相关关系式，为工程实践中高效预测自然通风效果提供了一种方法。[关键词]CFD；自然通风；室内环境；正交试验；同归方程室内环境与工业生产和人员的健康舒适息息相关。对于高大空间的工业厂房，往往可以采用自然通风来提高室内空气品质，同时达到节约能源的目的。研究外界因素如何影响自然通风以及如何准确高效预测自然通风效果一直是相关学者所关注的。刘晓宇，等应用数值模拟方法研究了在风向及风速不变的前提下，5个不同的环境温度对工业厂房通风量与进排风温差的影响，并研究了在其它条件不变的情况下，风速和风向对自然通风效果的影响⋯。邹声华，等应用现场测试和数值模拟的方法，研究了地表热源对厂房自然通风的影响旧。万鑫，等应用数值模拟方法在热源参数一定的情况下，分别改变进风口面积、进风口距离地面高度、矩形天窗喉部开口面积及排风口面积等建筑结构参数，分析了工业厂房的建筑结构对自然通风的影响¨’。隋学敏，等采用CFD技术分别针对不同内热源高度和内热源面积模拟了建筑室内热压自然通风流场特性，分析了内热源高度和内热源面积对排风量和排风温度等参数的影响一⋯。在实际情况下，影响自然通风的因素众多，且各个因素同时变化。在这些因素中，哪些是主要的、哪些的作用相对较小、各因素是起加强作用还是减弱作用、它们之间有没有交互作用以及它们与相关参数(如室内温度、通风量)之间的关系是怎样的⋯⋯这一系列问题都是值得讨论的。本文以一间大空间工业厂房为例，应用CFD模拟工具计算了自然通风条件下厂房的室内平均温度与通风量。在此基础万方数据上，采用正交试验方法分析了不同外界因素水平同时变化时单个因素对室内平均温度和通风量作用的主次顺序及影响趋势，并将数据拟合成了相关关系式，为工程实践中快速预测自然通风效果提供了一种方法。1数值模拟方法1．1物理数学模型本文选取的研究对象为某一工业厂房，东西向长292m、南北向宽72m、高15m，北墙为外墙，东、南、西墙为内墙。北墙有3个52m×3．6m、2个30m×3．6m、7个3m×3m的外窗。屋顶有60个．75x3m的顶窗。房中心有3条并列的长约230m的散热生产线。本文选用Fluent6．2．16软件求解。由于是在自然通风条件下，厂房内气流为湍流流动，因此采用考虑浮升力作用的两方程湍流模型，采用Boussinesq涡粘假设，其微分方程参见文献[6]。选用一阶迎风格式对方程进行离散，采用SIMPLEC算法对差分方程进行求解。1．2网格划分与边界条件设置为了便于计算，对厂房几何模型进行了简化，将生产线简化为长230m、宽16．5m、高1．5m的3个六面体内热源，如图1所示。对模型采用六面体进行网格划分，在计算时不断加密热源及风口处网格．细化整个区域网格，直到最终计算结果与网格无关，整个模型共计划分了222526个网格，如图2所示。在边界条件设置时，地面设置为绝热边界，外墙、内墙、屋顶及内热源设置为第二类边界条件；北墙外窗设置为压力边界条件，大小依工况的不同来设置，顶窗也设置为压力边界条件，压力大小恒为零，北墙外窗与车间磺窗的边界温度为室外温度，依工况的不同来设置。图2厂房网格模型外墙(北墙)的热流密度计算公式为：W=K（t1-t2）（1）式中，x为传热系数，取值为0.94W／(m2·K)；t1为外界的温度；t2为房间的温度。2模拟方案及结果分析2．1试验方法介绍在科学研究与工程实践中，为了揭示多种因素对试验或计算结果的影响，一般都需要进行大量的多因素组合试验。例如，若影响某试验结果的因素有5个，而每个因素又有5个水平的话，就需要傲55次试验。虽然因素完全试验方案可以综合研究各因素的简单效应、主效应和因素间的交互效应，但是随着试验次数的指数增长．不仅会给研究带来极大的工作量，而且也会浪费大量的资源和时间。应用数理统计概念和正交原理编制的正交表，可以从次数众多的全面试验中挑选出次数较少而又具有代表性的组合条件，以提高研究效率。对大空间建筑使用CFD模拟工具进行计算往往需要划分大量的网格，计算时间比较长；同时影响自然通风的因素较多，而因素的变化范围又决定了水平数的选取较多。也就是说，在试验时需要模拟大量的工况。另一方面，工程实践中的要求则相反．往往需要在短时间内