正交試驗(yàn)法及實(shí)例分析

關(guān)于正交試驗(yàn)法及實(shí)例分析第1頁(yè)，講稿共29頁(yè)，2023年5月2日，星期三目錄1正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)2正交表3正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本程序4混合通風(fēng)下中庭內(nèi)氣流特性的模擬第2頁(yè)，講稿共29頁(yè)，2023年5月2日，星期三一、正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)是使用正交表來(lái)安排多因素、多水平試驗(yàn)，并采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法。1、基本概念第3頁(yè)，講稿共29頁(yè)，2023年5月2日，星期三因子：在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),挑選中的安排實(shí)驗(yàn)的因素水平：各個(gè)因子的取值處理數(shù)：在實(shí)驗(yàn)中需要完成的不同因子的不同水平的組合，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，即在實(shí)驗(yàn)中需要進(jìn)行操作的實(shí)驗(yàn)工況的數(shù)目。第4頁(yè)，講稿共29頁(yè)，2023年5月2日，星期三噴水壓力p、空氣質(zhì)量流速v、噴嘴孔徑d、噴嘴間距δ這4個(gè)因素對(duì)噴水室熱交換效率的影響較為顯著。這是一個(gè)4因素3水平的試驗(yàn)，全面試驗(yàn)要做81次。例如：表1影響因素及水平取值第5頁(yè)，講稿共29頁(yè)，2023年5月2日，星期三2、基本特點(diǎn)

用部分試驗(yàn)來(lái)代替全面試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)部分試驗(yàn)結(jié)果的分析，了解全面試驗(yàn)的情況。正因?yàn)檎辉囼?yàn)是用部分試驗(yàn)來(lái)代替全面試驗(yàn)的，它不可能像全面試驗(yàn)?zāi)菢訉?duì)各因素效應(yīng)、交互作用一一分析；當(dāng)交互作用存在時(shí)，有可能出現(xiàn)交互作用的混雜。雖然正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)有上述不足，但它能通過(guò)部分試驗(yàn)找到最優(yōu)水平組合，因而很受實(shí)際工作者青睞。第6頁(yè)，講稿共29頁(yè)，2023年5月2日，星期三3、基本原理正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)主要是根據(jù)均衡性的試驗(yàn)設(shè)計(jì)原理來(lái)安排試驗(yàn)，從選優(yōu)區(qū)全面試驗(yàn)點(diǎn)中挑選出有代表性的部分試驗(yàn)點(diǎn)來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)。對(duì)于A、B、C3個(gè)因素來(lái)說(shuō)，可在27個(gè)全面試驗(yàn)點(diǎn)中選擇9個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，僅是全面試驗(yàn)的三分之一。第7頁(yè)，講稿共29頁(yè)，2023年5月2日，星期三圖1三因子、三水平試驗(yàn)坐標(biāo)圖①A1B1C1

②A1B2C2

③A1B3C3④A2B1C2

⑤A2B2C3

⑥A2B3C1⑦A3B1C3

⑧A3B2C1

⑨A3B3C29個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)均衡地分布于整個(gè)立方體內(nèi)，有很強(qiáng)的代表性，能夠比較全面地反映選優(yōu)區(qū)內(nèi)的基本情況。第8頁(yè)，講稿共29頁(yè)，2023年5月2日，星期三二、正交表正交設(shè)計(jì)安排試驗(yàn)和分析試驗(yàn)結(jié)果都要用正交表，正交表是正交設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，依據(jù)合適的正交表，可合理安排實(shí)驗(yàn)，減少重復(fù)性，并可對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)概率統(tǒng)計(jì)分析。1、基本性質(zhì)①任一列中，各水平都出現(xiàn)，且出現(xiàn)的次數(shù)相等②任兩列之間各種不同水平的所有可能組合都出現(xiàn)，且對(duì)出現(xiàn)的次數(shù)相等第9頁(yè)，講稿共29頁(yè)，2023年5月2日，星期三

第10頁(yè)，講稿共29頁(yè)，2023年5月2日，星期三2、基本特點(diǎn)整齊可比性：是指每一個(gè)因素的各水平間具有可比性。均勻分散：是指用正交表挑選出來(lái)的各因素水平組合在全部水平組合中的分布是均勻的。簡(jiǎn)單易行第11頁(yè)，講稿共29頁(yè)，2023年5月2日，星期三3、正交表的分類

第12頁(yè)，講稿共29頁(yè)，2023年5月2日，星期三三、正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本程序正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本程序包括試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果分析兩部分。1、試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)試驗(yàn)?zāi)康呐c要求試驗(yàn)指標(biāo)選因素確定水平選擇合適正交表表頭設(shè)計(jì)列試驗(yàn)方案試驗(yàn)結(jié)果分析第13頁(yè)，講稿共29頁(yè)，2023年5月2日，星期三2、試驗(yàn)結(jié)果分析(1)直接比較。從直觀上比較所有實(shí)驗(yàn)工況下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選取最好的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)工況作為優(yōu)化選擇。(2)優(yōu)水平組合，提出預(yù)測(cè)優(yōu)處理。即把所有的正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算，得出各個(gè)因子對(duì)參考量的影響程度，從而進(jìn)行優(yōu)化組合，為后續(xù)的研究工作提供參考。(3)極差分析。求出各個(gè)水平的平均值，選取最大值減去最小值，得出極差。極差大說(shuō)明此因子在不同水平的作用下產(chǎn)生的差異大，屬于重要因子，極差小說(shuō)明此因子在不同水平的作用下對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響不大，屬于次要因子。再根據(jù)優(yōu)水平進(jìn)行組，提出預(yù)測(cè)的優(yōu)化處理。第14頁(yè)，講稿共29頁(yè)，2023年5月2日，星期三(4)畫(huà)出趨勢(shì)圖進(jìn)行直觀分析。求出各因子各水平的平均值，依此畫(huà)出此實(shí)驗(yàn)所有因子的趨勢(shì)圖。趨勢(shì)圖越陡說(shuō)明因子越重要，趨勢(shì)圖越平坦說(shuō)明該因子的影響不大。(5)方差分析。對(duì)于均方很小的因子，可將它作為誤差項(xiàng)而進(jìn)行F檢驗(yàn)。第15頁(yè)，講稿共29頁(yè)，2023年5月2日，星期三四、混合通風(fēng)下中庭內(nèi)氣流特性的模擬圖2物理模型的平面圖、剖面圖和立面圖圖3頂部加風(fēng)機(jī)示意圖第16頁(yè)，講稿共29頁(yè)，2023年5月2日，星期三1、試驗(yàn)?zāi)康呐c要求通過(guò)對(duì)熱壓通風(fēng)時(shí)高層住宅建筑中庭空間內(nèi)部氣流及溫度場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，可知，當(dāng)熱源呈對(duì)稱性分布時(shí)，中庭內(nèi)部的風(fēng)速和溫度場(chǎng)都有很好的分布特性。而當(dāng)熱源非對(duì)稱分布時(shí)，中庭內(nèi)部的溫度場(chǎng)分布不均，有所偏移，也因此對(duì)熱源上部住戶的熱舒適產(chǎn)生影響。為了改善中庭內(nèi)部溫度場(chǎng)及風(fēng)場(chǎng)的分布，在熱壓通風(fēng)的基礎(chǔ)上輔以機(jī)械通風(fēng)，改變中庭內(nèi)部風(fēng)場(chǎng)和溫度場(chǎng)的分布特性。

為了研究加上機(jī)械通風(fēng)后中庭內(nèi)部的氣流特性，利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)得到模擬工況，并處理模擬數(shù)據(jù)，得出對(duì)混合通風(fēng)影響最大的因素。第17頁(yè)，講稿共29頁(yè)，2023年5月2日，星期三2、試驗(yàn)指標(biāo)采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法，研究在各個(gè)因素作用下中庭空間排風(fēng)量的大小，從而得到對(duì)混合通風(fēng)影響最大的因素。第18頁(yè)，講稿共29頁(yè)，2023年5月2日，星期三3、選因素?zé)嵩捶菍?duì)稱性集中分布時(shí)，由于此時(shí)中庭內(nèi)部的風(fēng)速及溫度分布存在偏移，且相對(duì)于熱源對(duì)稱分布時(shí)中庭內(nèi)部的氣流分布不是很理想，因此，在各個(gè)熱源分布形式的情況下，分別考慮在中庭頂部出口和熱源層加上風(fēng)機(jī)。熱源層加上風(fēng)機(jī)的窗口為住戶和中庭空間連接的內(nèi)窗口，安裝于此的風(fēng)機(jī)定義為內(nèi)窗風(fēng)機(jī)。此外，在熱源層上加入風(fēng)機(jī)時(shí)還必須考慮所放風(fēng)機(jī)的位置。

因此共有4個(gè)因素，熱源分布形式、頂部風(fēng)機(jī)風(fēng)量、內(nèi)窗風(fēng)機(jī)風(fēng)量以及內(nèi)窗風(fēng)機(jī)位置。第19頁(yè)，講稿共29頁(yè)，2023年5月2日，星期三4、水平的確定

②所放風(fēng)機(jī)的位置可選擇三個(gè)水平，分別為位于建筑的低層、中層、上層。但考慮到橫向氣流對(duì)中庭內(nèi)部垂直氣流的阻斷作用，在建筑低層加上風(fēng)機(jī)意義不大，因此，只考慮兩個(gè)高度水平，即建筑的中層和上層，分別定在建筑的第五層和第九層。第20頁(yè)，講稿共29頁(yè)，2023年5月2日，星期三③熱源分布形式如表3，根據(jù)熱壓通風(fēng)時(shí)高層住宅建筑中庭空間內(nèi)部氣流及溫度場(chǎng)，case6和case9、case8和case10的中庭內(nèi)部溫度及氣流分布相類似，可簡(jiǎn)化混合通風(fēng)所需要的模擬工況。且case6及cases時(shí)中庭內(nèi)部溫度較低，可不考慮再加風(fēng)機(jī)而更加降低中庭內(nèi)部溫度。因此，可去掉case6及case8的工況，只選擇case5、case7、case9和case10表3熱源分布形式第21頁(yè)，講稿共29頁(yè)，2023年5月2日，星期三5、設(shè)計(jì)合適的正交表并列出試驗(yàn)方案

第22頁(yè)，講稿共29頁(yè)，2023年5月2日，星期三表4熱源非對(duì)稱集中分布混合通風(fēng)模擬工況第23頁(yè)，講稿共29頁(yè)，2023年5月2日，星期三6、試驗(yàn)結(jié)果分析表5熱源非對(duì)稱集中分布混合通風(fēng)模擬計(jì)算結(jié)果第24頁(yè)，講稿共29頁(yè)，2023年5月2日，星期三6、試驗(yàn)結(jié)果分析表6正交分析結(jié)果將各個(gè)水平的平均值在趨勢(shì)圖中表示出來(lái)，進(jìn)行分析。第25頁(yè)，講稿共29頁(yè)，2023年5月2日，星期三圖6表示的是熱源非對(duì)稱集中分布時(shí)正交設(shè)計(jì)各因子的各個(gè)水平平均值的趨勢(shì)圖。其中，A、B、C、D分別代表工況、頂部風(fēng)機(jī)、內(nèi)窗風(fēng)機(jī)、內(nèi)窗風(fēng)機(jī)安裝位置四個(gè)因子，從圖中可以看出，對(duì)混合通風(fēng)影響最大的是頂部風(fēng)機(jī)，其次是內(nèi)窗風(fēng)機(jī)，熱源分布次之，而內(nèi)窗風(fēng)機(jī)安裝位置的影響較其他三個(gè)因子最小。第26頁(yè)，講稿共29頁(yè)，2023年5月2日，星期三參考文獻(xiàn)

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