处理工程问题的实验研究方法探讨

前面提及，对化工工程问题实验研究的困难在于所涉及的物料千变万化，如物质、组成、相态、温度、压力均可能有所不同，设备形状尺寸相差悬殊，变量数量众多，如采用通常的实验研究方法，必须遍及所有的流体和一切可能的设备几何尺寸，其浩繁的实验工作量和实验难度是人们难以承受的。一般来说，若过程所涉及的变量为n，每个变量改变的次数（即水平数）为m，所需的实验次数为

i＝mn

以流体流动阻力实验为例：影响流体阻力hf的变量有流体的密度ρ、黏度μ、管路直径d、管长l、管道壁面的粗糙度ε、流速u等6个变量，即

hf= f (u ,d ε ρ, )(www.xing528.com)

如果按一般的网格法组织实验，若每个变量改变10个水平，则实验的次数将多达106次。这样的实验必是旷日持久，费时费钱的。例如，为改变ρ、μ必须选用多种流体物料，为改变d、l、ε必须建设不同的实验装置。此外，为考察ρ的影响而保持μ不变则又往往是难以做到的。

因此，针对工程实验的特殊性，必须采用有效的工程实验方法，才能达到事半功倍的效果。在化学工程基础理论的发展过程中，已形成了一系列行之有效的实验方法理论，在这些理论指导下的实验研究方法具有两个功效：一是能够“由此及彼”，二是可以“由小见大”，即借助于模拟物料（如空气、水、黄沙等），在实验室规模的小设备中，经有限的实验并加以理性的推断而得出工业过程的规律。这种在实验物料上能做到“由此及彼”，在设备上能“由小见大”的实验方法理论，正是化学工程基础理论精华的根本所在。

本章将介绍在处理化工过程实际问题中采用的一些实验研究方法，包括：量纲理论指导下的实验研究方法、数学模型法、过程分解与合成法、过程变量分离法及参数综合法等。