《实验设计与数据处理》大作业.docx
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《实验设计与数据处理》大作业
《实验设计与数据处理》大作业及答案
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1、用Excel作出下表数据带数据点的折线散点图：
（1）分别作出加药量和余浊、总氮T-N、总磷T-P、COD的变化关系图（共四张图，要求它们的格式大小一致，并以两张图并列的形式排版到Word中，注意调整图形的大小）；
（2）在一张图中作出加药量和浊度去除率、总氮T-N去除率、总磷T-P去除率、COD去除率的变化关系折线散点图。
加药量
浊度
总氮T-N
（mg/L）
余浊（NTU）
去除率（%）
T-N（mg/L）
去除率（%）
50
11.9
80.17
11.01
52.05
75
7.5
87.51
14.01
38.98
100
6.8
88.67
14.38
37.37
125
6.2
89.67
13.01
43.34
150
5.6
90.67
10.08
56.11
加药量
总磷T-P
COD
（mg/L）
T-P（mg/L）
去除率（%）
COD（mg/L）
去除率（%）
50
1.09
16.15
53
73.09
75
0.57
56.15
52
73.61
100
0.27
79.23
51
74.11
125
0.32
75.38
52
73.61
150
0.42
67.69
56
71.57
2、对离心泵性能进行测试的实验中，得到流量Qv、压头H和效率η的数据如表所示，绘制离心泵特性曲线。
将扬程曲线和效率曲线均拟合成多项式。
（要求作双Y轴图）
流量Qv、压头H和效率η的关系数据
序号
1
2
3
4
5
6
Qv（m3/h）
H/m
0.0
15.00
0.4
14.84
0.8
14.56
1.2
14.33
1.6
13.96
2.0
13.65
η
0.0
0.085
0.156
0.224
0.277
0.333
序号
7
8
9
10
11
12
Qv（m3/h）
H/m
η
2.4
13.28
0.385
2.8
12.81
0.416
3.2
12.45
0.446
3.6
11.98
0.468
4.0
11.30
0.469
4.4
10.53
0.431
3、用荧光法测定阿司匹林中的水杨酸（SA），测得的工作曲线和样品溶液的数据如下表:
C（SA）/μg.mL-1
0.50
1.00
1.50
2.00
3.00
样品1
样品2
F（荧光强度）
10.9
22.3
33.1
43.5
65.4
38.2
39.2
（1）列出一元线性回归方程，求出相关系数，并给出回归方程的精度；
（2）求出未知液（样品）的水杨酸（SA）浓度。
4、对某矿中的13个相邻矿点的某种伴生金属含量进行测定，得到如下一组数据：
矿样点
距离x
含量c
矿样点
距离x
矿样点
1
2
106.42
8
11
110.59
2
3
108.20
9
14
110.60
3
4
109.58
10
15
110.90
4
5
109.50
11
16
110.76
5
7
110.00
12
18
110.00
6
8
109.93
13
19
111.20
7
10
110.49
试找出某伴生金属c与含量距离x之间的关系（要求有分析过程、计算表格以及回归图形）。
提示：
⑴作实验点的散点图，分析c~x之间可能的函数关系，如对数函数y=a+blgx、双曲函数（1/y）=a+（b/x）或幂函数y=dxb等；⑵对各函数关系分别建立数学模型逐步讨论，即分别将非线性关系转化成线性模型进行回归分析，分析相关系数：
如果R≦0.553，则建立的回归方程无意义，否则选取标准差SD最小（或R最大）的一种模型作为某伴生金属c与含量距离x之间经验公式。
5、在玻璃防雾剂的配方研究中，考察了三种主要成分用量对玻璃防雾性能的影响，三个因素的水平取值如下：
因素
1
2
3
4
5
6
7
PVAx1/g
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
ZCx2/g
3.5
4.5
5.5
6.5
7.5
8.5
9.5
LASx3/g
0.1
0.5
0.9
1.3
1.7
2.1
2.5
试验结果y
3.8
2.5
3.9
4.0
5.1
3.1
5.6
已知试验指标y与x1、x2、x3间近似满足关系式：
y＝a+b1x1+b3x3+b23x2x3。
试求待定系数，并给出方程精度。
6、测定某铜合金中铜含量，五次平行测定的结果是：
27.22%、27.20%、27.24%、27.25%、27.15%，计算：
（1）平均值；平均偏差；相对平均偏差；标准偏差；相对标准偏差；
（2）若已知铜的标准含量为27.20%，计算以上结果的绝对误差和相对误差。
7、已知某合成试验的反应温度范围为340～420℃，通过单因素优选法得到：
温度为400℃时，产品的合成率最高，如果使用的是0.618法，问优选过程是如何进行的，共需作多少次实验。
假设在实验范围内合成率是温度的上单峰函数。
8、某农科站进行品种试验，共有4个因素：
A（品种）、B（氮肥量/kg）、C（氮、磷、钾肥比例）、D（规格）。
因素A有四个水平，另外三个因素都有两个水平，具体数值如下表所示。
试验指标是产量，数值越大越好。
试验结果（产量/kg）依次为：
195、205、220、225、210、215、185、190。
试找出最好的实验方案。
水平
A
B
C
D
1
甲
25
3：
3：
1
6×6
2
乙
30
2：
1：
2
7×7
3
丙
4
丁
9、阅读下列材料：
在高层建筑基础（如钻孔灌注桩和地下连续墙）的施工过程中通常采用泥浆护壁技术,因此而产生大量的废弃泥浆,泥浆中含有大量的蒙脱石等粘土矿物和岩屑,稠度大,既不能直接排放,又难于自然沉降。
若不及时处理,不但影响施工,而且会造成环境污染或水质污染等二次公害。
废泥浆处理已成为施工单位和环卫部门十分关注的问题。
我们采用正交法安排试验,正交试验法是一种科学安排与分析多因素试验的方法。
通过正交试验法所特有的科学分析方法,用少数试验所获得试验数据,可推导出具有说服力的正确结论。
如:
因素的主次关系、最优参数组合、指标与因素的关系等。
首先让泥浆固液分离,然后对固相进行强制脱水或化学固化。
本文着重讨论废泥浆固液分离的正交试验。
⑴固液分离中固相凝聚与絮凝的机理
由于泥浆中的固相膨润土的吸水率强,颗粒表面积大,吸附阴离子而形成负溶胶。
向泥浆中投放混凝剂,通过物理的或化学的反应,使泥浆胶体脱稳而凝聚,从而达到泥水分离的目的。
混凝剂主要包括凝聚剂和絮凝剂。
所谓凝聚剂就是在分散体系中加入无机电解质,通过电性中和、压缩双电层、降低Zeta电位,减少微粒间的排斥能,从而达到聚凝的目的。
常用的无机凝聚剂有FeCl3·Al2（SO4）3、Ca（OH）2等。
所谓絮凝剂就是带有许多活性官能团的高分子线状化合物;通过架桥作用,高分子絮凝剂能将许多微粒聚集在一起,形成一些较大体积的松散絮团,从而达到絮凝的目的。
常见的高分子絮凝剂有聚丙烯酰胺、聚乙烯胺等。
凝聚剂与絮凝剂两者可分别单独使用,也可根据各自性质组合使用。
泥浆配制
用膨润土制备不同浓度的泥浆,并加入增粘剂（为水重的0。
05%）、分散剂（为水重的0。
2%）,配成性能稳定的泥浆（接近工程用浆）。
本次试验配备了3个浓度泥浆（膨润土的含量为5%、8%、10%）。
混凝试验在玻璃量筒中进行。
正交试验方案设计
正交试验设计就是利用一种规格化的表格——正交表来合理安排试验,其特点:
①每个不同水平在试验中出现相同次数;②任何两个因素的任一水平
搭配都出现一次,它具有因素搭配均衡的特点。
因此,正交试验法安排的试验是具有代表性的,能够较全面地反映各水平对指标影响。
本次试验选用正交表L27（313）安排试验,如表2,通过27次试验可代表81种情况。
正交试验方案设计包括:
①确定试验指标、因素和水平;②选定正交表;③设计表头;④列出试验方案。
指标:
表征试验研究对象的指标。
本试验选用固相沉降率（上层清液体积与原浆体积之比）和固相沉降速度为指标,来评定混凝效果。
因素:
对试验指标可能会产生影响的要素,本试验中选用泥浆浓度、混凝剂种类、混凝剂的加量和搅拌时间为试验的“因素”。
水平:
因素在试验中所选取的具体状态称为“水平”,本试验中均取3个水平见表1。
试根据所给材料，对表2的试验结果进行分析：
⑴对表2的试验结果进行数据处理，单独列出固相沉降率的试验分析表；
⑵根据试验分析表的数据，讨论各因素对混凝效果（即试验指标）影响的主次顺序以及最佳处理组合；
⑶绘制水平影响趋势图，并进行简要分析。
1、
（1）、
（2）、
2、
3、
（1）、
标准误差
0.290387
（2）、由公式y=21.679x+0.3243知
当y=38.2时，x=1.746;
当y=39.2时，x=1.792.
故，样品1的浓度为1.746μg/mL;
样品2的浓度为1.792μg/mL.
4、①.作出实验点的散点图如下：
②.假设c-x符合对数函数y=a+blgx，作出c-lgx的关系散点图：
对c-lgx做回归分析，得关系图：
且R=0.895≧0.5534，标准差SD=0.600551
③.假设c-x符合双曲函数（1/y）=a+（b/x），作出1/c-1/x的散点图：
对1/c-1/x做回归分析得图：
且R=0.9729≧0.5534，标准差SD=2.63×10—5
④假设c-x符合幂函数y=dxb，两边取常用对数得lgy=lgd+blgx，作出lgc-lgx的散点图：
对lgc-lgx做回归分析得图：
且R=0.8939≧0.5534，标准差SD=0.002413
∴综上所述，对比②③④的R值及SD值可知，c-x符合关系1/c=0.0001/x+0.0089.
5、对y与x1、x2、x3做回归分析得：
a=2.189285714
b1=0，b2=0.278571429，b3=0
标准差（精度）SD=0.970272421.
6、
（1）平均值:
平均偏差:
ｄ=
/5=（0.01%+0.01%+0.03%+0.04%+0.06%）/5=0.03%
相对平均偏差：
dt
*100%=
*100%=0.1088%
标准偏差：
s=
=〔（0.01%2×2+0.03%2+0.04%2+0.06%2）/4〕1/2=0.04%
相对标准偏差：
CV=
*100%=
0.1459%
（2）标准含量为27.20%
绝对误差和相对误差:
E1=27.22%-27.20%=0.02%Er1=
*100%=0.0735%
E1
0.02%
Er1
0.0735%
E2
0.00%
Er2
0.0000%
E3
0.04%
Er3
0.1471%
E4
0.05%
Er4
0.1838%
E5
-0.05%
Er5
0.1838%
7、用0.618法解决如下：
温度范围是340～420℃
X1=340+0.618*（420-340）=389.44℃
因为温度为400℃时，合成率最高，则温度范围是389.44～420℃
X2=389.44+0.382*（420-389.44）=401.11℃
所以温度范围是389.44～401.11℃
X3=389.44+0.618*（401.11-389.44）=396.65℃
所以温度范围是396.65～401.11℃
X5=396.65+0.618*（401.11-396.65）=399.41℃
所以温度范围是399.41～401.11℃
X5=399.41+0.382（401.11-399.41）=400.06℃
所以，需要做5次实验,得到X=400℃时，合成率最高。
8、混合正交表L8（4×23）
试验号
列号
结果
A
B
C
D
1
甲
25
3：
3：
1
6×6
195
2
甲
30
2：
1：
2
7×7
205
3
乙
25
3：
3：
1
7×7
220
4
乙
30
2：
1：
2
6×6
225
5
丙
25
2：
1：
2
6×6
210
6
丙
30
3：
3：
1
7×7
215
7
丁
25
2：
1：
2
7×7
185
8
丁
30
3：
3：
1
6×6
190
所以最好的试验方案是：
A：
乙，B：
30，C：
2：
1：
2，D：
6×6
9、
（1）:
①
A
B
C
t
沉降率η%t=1min
T1
T2
T3
255
187
175
39
43
535
180
212
225
210
218
189
617
M1
M2
M3
28
21
19
4
5
59
20
24
25
23
24
21
R
9
55
5
3
②
A
B
C
t
沉降率η%
t=1h
T1
T2
T3
586
509
467
428
463
671
476
536
550
515
501
546
1562
M1
M2
M3
65
57
52
48
51
75
53
60
61
57
56
61
R
13
27
8
5
⑵泥浆浓度A越低，沉降率越好
混凝剂种类（CO2CHCONH2）11最好；加量越大，沉降率越好
混凝剂种类为主要影响因素
沉降率η%t=1min最佳处理组合A1B3C3t2
沉降率η%t=1h最佳处理组合A1B3C3t3
（3）
由图知：
当沉降时间一定时，沉降率受泥浆浓度，混凝剂种类、加量，以及搅拌时间等因素的影响，且这种影响随沉降时间的增大而变得更显著。
10、小结
通过实验设计与数据处理课程的学习我收获很大，在课程的学习过程当中我对很多原来不知道的数据处理方法、实验设计方法法有了一个大致的了解，然后通过作业的训练进一步得到巩固。
虽然独立完成这次作业的过程中我遇到了各种各样的问题，但正是这些问题使我对使用工具软件处理实验数据有了一个初步的掌握，使我将课堂上学到的东西付诸于应用。
总之，在这个过程中我学到了有用的知识，我相信这对我以后的学习和工作都将具有很重要的作用。
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