正交试验设计法具有完成试验要求所需的实验次数少、数据点分布均匀、可用相应的极差分析方法等对试验结果进行分析等优点。
本文为了缩小模拟的运算规模， 分析散热器各结构尺寸变化对其温度场的影响情况， 所以设计正交试验对该参数化模型进行多次热分析。把影响最终温度场分布的六个散热器结构参数作为因素， 每个因素取5个水平(见表1)， 以散热器质量和芯片最高温度为试验指标， 选取正交表L25 ( 56 )。
综合考虑LED灯芯的大小以及整个灯体的设计结构， 以及对散热器质量及体积的要求限制， 取翅片个数A 为( 5- 17)片， 翅片高度B 为( 20- 60) mm，翅片厚度C ( 1- 3. 8)mm， 基板厚度D ( 1- 3)mm， 基板长度E 与宽度F 均为( 150- 250)mm。具体五个水平取值如下表1所示。
表1 正交试验的参数表
1. 4 试验结果分析
实验结果及分析如表2所示。
表2 试验结果数据。
从表2可以看出， 翅片数目对芯片结温的影响最大， 翅片高度次之， 以后依次为基板长度、基板厚度、翅片厚度及基板宽度。即A > B > E > D > C > F。
翅片厚度对散热器质量影响最大， 翅片高度次之， 以后依次为翅片的数目、基板长度、基板宽度、基板厚度。即C > B > A > E > F > D。
根据分析结果绘制各个因素不同水平对温度目标的影响图， 如图4示。
根据质量公式可知， 各个参数在其他参数不变的情况下， 参数取值与质量结果成正比关系， 取值越大， 质量越大， 所以不再绘制曲线图。
图4 六个因素不同水平对芯片最高温度的影响
由极差分析结果可以得知不同的因素对两个目标的影响是不同的， 同一因素对于两个目标影响也不同。因此对于不同因素数值的选取应本着芯片最高温度保持最低为主要目标， 散热器质量最小为次要目标的原则进行。例如翅片厚度对芯片最高温度影响排在了第六位， 对质量的影响却是最大的。因此可以选择较小的翅片厚度， 在尽量不升高温度的同时， 使质量降低。