1.2　研究方法

1.2.1　直接实验法

所谓直接实验法，即对研究对象进行直接实验，检测相关参数，分析相关参数间的关系和规律。它的优点是：针对性强，实验结果可靠。对于一般的工程问题，是一种直接有效的方法。但是其应用有一定的局限性，只能应用在条件相同的情况下，即：实验时需要特定的条件和设备，只能推广到条件完全相同的生产实践中。

直接实验法得出的只是个别参数间的规律性关系，不能反映研究对象的全部本质。例如，已知滤浆的浓度和恒压条件，求某物料的过滤曲线。利用直接实验法，在已知浓度和压力下，测定过滤时间和所得滤液量，根据两者之间的关系，作出该物料的过滤曲线。但是如果改变滤浆浓度或过滤压力，过滤曲线将发生改变。

1.2.2　量纲分析法

量纲分析法所依据的基本理论是量纲一致性原则和白金汉（Buckingham）π定理。量纲一致性原则是量纲分析的基础，即任何由物理规律导出的物理量方程，其中各项的量纲是相同的。如影响某一物理过程的变量有n个，这些变量中有m个基本量纲，则该过程可用N=n-m个量纲为一的数群来描述，这就是白金汉π定理。

利用量纲分析法建立变量的量纲为一的数群关系的一般步骤为：①通过对某一物理过程的分析，列出影响该过程的全部物理变量n，从中确定基本量纲个数m；②根据白金汉π定理，确定量纲为一数群的数目N=n-m；③在n个变量中，选取与基本量纲个数m相同的物理量作为核心物理量，将余下的N个物理量分别与核心物理量的指数组成量纲为一数群，其中指数待定；④将各变量的量纲代入量纲为一数群表达式中，根据量纲一致性原则，列出各量纲为一数群基本量纲指数的线性方程组，联立方程求解，即可求得各量纲为一数群中的待定指数；⑤最终得到量纲为一数群之间的函数关系表达式。

量纲分析法可将多变量函数化简为简单的量纲为一数群函数，从而有效减少实验工作量，提高工程计算和设计效率。例如，管内流动摩擦系数表达式及对流传热系数关联式，在《化工原理》教材有关章节中有详细说明，这里不再复述。

1.2.3　数学模型法

所谓数学模型法，是运用基本原理对实际过程作出合理简化，建立数学模型，并通过实验得到模型参数。按数学模型的来源，可以分为机理模型和经验模型两大类。第一类，机理模型，从过程机理推导得出，例如流体在圆管中做层流流动的摩擦阻力表达式。第二类，经验模型，由经验数据归纳而成，因此经验模型又称为经验关联式。它的方法步骤如下：

①对过程进行观测研究，建立过程的物理模型，根据过程的特征寻求简化解决方法；

②对物理模型进行数学描述，建立数学模型，并依据数学模型进行理论推导；

③数学模型的检验与模型参数的确定。理论分析是否正确，所建立的模型是否合理，必须通过实验进行检验，同时利用实验数据确定模型参数。如果实验结果与模型不符，必须进行修正。一般来说，模型计算结果与实验实测数据的误差应不超过10％。

具体案例分析见本书2.4节。