Учебное пособие: Системы теплогазоснабжения и вентиляции
В своем развитии гипотеза проходит три основные стадии. На
этапе эмпирического познания происходит накопление фактического материала и
высказывание на его основе некоторых предложений. Далее из сделанных
предложений развертывается предположительная теория – формируется гипотеза. На
заключительном этапе осуществляется проверка гипотезы, ее уточнение. Таким образом,
основу превращения гипотезы в научную теорию составляет практика.
Различают обычные и математические гипотезы. В
обычной гипотезе делается предположение о физических свойствах объекта и затем
производится его математическое описание. Примером такой гипотезы является
закон Фурье – основной закон теплопроводности. Изучая процессы
теплопроводности, Ж. Фурье первым предположил, что тепловой поток в любой точке
пространства пропорционален градиенту температуры в этой же точке. В
математической гипотезе сначала создается толкование полученных результатов.
Для объяснения отдельных фактов выдвигаются рабочие гипотезы.
Теория представляет
собой наиболее высокую форму обобщения и систематизации знаний. Она описывает,
объясняет и предсказывает совокупность явлений в некоторой области
действительности и сводит открытые в этой области законы к единому
объединяющему началу. Создание теории основывается на результатах, полученных
на эмпирическом уровне исследования. Затем эти результаты на теоретическом
уровне исследования упорядочиваются, приводятся в стройную систему,
объединенную общей идеей, уточняются на основе вводимых в теорию абстракций,
идеализаций и принципов. В дальнейшем с использованием этих результатов
выдвигается гипотеза, которая после успешной проверки практикой становится
научной теорией. Таким образом, в отличие от гипотезы теория имеет объективное
обоснование.
К новым теориям предъявляется несколько основных требований.
Научная теория должна быть адекватной описываемому объекту или явлению, т.е.
должна правильно их воспроизводить, что позволяет в определенных пределах заменить
экспериментальные исследования теоретическими. Теория должна удовлетворять
требованию полноты описания некоторой области действительности, объяснять
взаимосвязи между различными компонентами системы; в ней должны существовать связи
между различными положениями, обеспечивающие переход от одних утверждений к
другим. Теория должна соответствовать эмпирическим данным. В противном случае
она должна быть усовершенствована или отвергнута. Теория должна обладать
эвристичностью, конструктивностью и простотой.
2.4 Методы теоретического и эмпирического уровней
исследования
На теоретическом и эмпирическом уровнях исследования
используется анализ, синтез, индукция, дедукция, аналогия, моделирование и
абстрагирование.
Анализ – метод познания,
заключающийся в мысленном расчленении предмета исследования или явления на
составные более простые части и выделении его отдельных свойств и связей.
Однако анализ – не конечная цель исследования. Понимание внутренней структуры
объекта, характера его функционирования и закономерностей развития достигается
с помощью синтеза явления.
Синтез – метод познания,
состоящий в мысленном соединении связей отдельных частей сложно явления и
познания целого в его единстве. Синтез дополняет анализ и находится с ним в
неразрывном единстве. Без изучения частей нельзя познать целое, без изучения
целого с помощью синтеза нельзя до конца понять функции частей в составе
целого. Именно поэтому диалектический материализм подчеркивает единство и
неразрывную связь методов анализа и синтеза.
Индукция представляет собой
метод перехода от знания отдельных фактов к знанию общего, к эмпирическому
обобщению и установлению общего положения, отражающего закон или другую
существенную связь. При индуктивном методе исследования общее знание предмета
исследования создается на основе исследования предметов определенного класса,
нахождения в них общих существенных признаков, что служит основой для получения
сведений об общем признаке, характером для данного класса предметов.
Дедукция – метод перехода
от общих положений к частным, получение из известных истин новых истин с
использованием законов и правил логики. Важным правилом дедукции является
следующее: «Если из высказывания А следует высказывание В и высказывание А
истинно, то высказывание В также истинно» [8]; при этом заключение об
истинности В следует с необходимостью.
Аналогия – метод научного
исследования, когда знания о неизвестных предметах и явлениях достигаются на
основе сравнения с общими признаками предметов и явлений, которые исследователю
известны.
Моделирование –
метод научного познания, заключающийся в замене при исследовании изучаемого
предмета или явления специальной моделью, воспроизводящей главные особенности
оригинала, и ее последующем исследовании. Таким образом, при моделировании
эксперимент проводят на модели, а результаты исследования с помощью специальных
методов распространяют на оригинал.
Абстрагирование –
метод научного познания, заключающийся в мысленном отвлечении от ряда свойств,
связей, отношений предметов и выделении нескольких интересующих исследователя
свойств или признаков. Результат абстрагирования называют абстракцией.
2.5 Основные этапы научного исследования
Научные исследования направлены на решение различных научных
и практических задач; в теплоэнергетике это чаще всего: исследование рабочих
процессов энергетических машин и установок (газодинамика, теплообмен, горение,
термодинамика и т.д.), повышение их производительности, разработка принципов
работы новых машин, перспективных преобразований энергии.
В общем случае, рассматривая научно-исследовательскую работу,
можно выделить фундаментальные и прикладные исследования, а также
опытно-конструкторские разработки. Последние направлены на создание конкретных
образцов техники, разработку новых технологических процессов и имеют
специфические особенности.
Рассмотрим основные этапы выполнения фундаментальных и
прикладных научных исследований, которые имеют общие особенности (рис. 2.1.).
Потребности науки и практики приводят к постановке определенных проблем в
соответствующих областях знаний и отраслях производства, которые должны быть
решены в процессе научного исследования.
Первым этапом научного исследования является подробный анализ современного состояния рассматриваемой
проблемы. Он выполняется на основе информационного поиска с широким применением
ЭВМ.
В результате анализа состояния проблемы составляются обзоры,
рефераты и экспресс - информации, делается классификация основных направлений и
ставятся конкретные задачи исследования. Далее осуществляется выбор метода
исследования с использованием определенных критериев, составляется план –
график выполнения работ, определяется ожидаемый экономический эффект.
Второй этап научного исследования сводится к выполнению поставленных на первом этапе задач.
Чаще всего в фундаментальных и прикладных исследованиях используются
математическое или физическое моделирование, а также сочетание этих методов.
Математическое моделирование включает в себя несколько
этапов. Это составление математической модели исследуемого процесса на основе
имеющихся сведений или использование готовой модели с правильным учетом
основных и второстепенных факторов, что во многих случаях позволяет упростить
составляемую модель. При этом для удобства решения и представления полученных
результатов математическое описание явления выполняется в безразмерных единицах
на основе теории подобия.
Далее осуществляется выбор метода решения (аналитического,
приближенного) с учетом нескольких факторов – требуемой точности,
затрачиваемого времени, материальных затрат. Вычислительный эксперимент,
осуществляемый, как правило, с помощью ЭВМ, позволяет получить результат
исследования в виде численных данных, которые затем подвергаются
соответствующей обработке. В результате получаются расчетные уравнения, графики
и номограммы, характеризующие закономерности изучаемого процесса. Следует
отметить, что при проведении расчетов и обобщении полученных результатов широко
применяются теория подобия, позволяющая получить уравнения подобия, и
математическая теория планирования эксперимента, значительно сокращающая время
на вычислительные процедуры.
Физическое моделирование может выполняться на модельной
(лабораторной) или натурной установке, которые разрабатываются с учетом основных
положений теории подобия физических явлений. Это позволяет определить
геометрические размеры установок, диапазон изменения основных параметров,
наметить необходимые измерения и подобрать соответствующую измерительную аппаратуру,
предварительно оценить погрешность полученных результатов. Далее составляется
программа проведения исследований.
Выполнение эксперимента может осуществляться по обычной схеме
(схема последовательной переборки влияющих факторов) или с использованием
математической теории планирования эксперимента. После выполнения программы
исследований производится проверка правильности полученных результатов, в
результате обобщения опытных данных получаются соответствующие уравнения (чаще
всего в безразмерных единицах), оценивается погрешность расчета по ним. На всех
этапах физического моделирования широко применяется ЭВМ – для управления
экспериментом обобщения его результатов.
Третьим этапом научного исследования являются анализ полученных результатов и их оформление. Производится
сравнение теории и эксперимента, дается анализ их возможных расхождений.
Окончательно оценивается экономическая эффективность выполнения исследования.
Конкретными результатами научно-исследовательской работы могут быть: уточнение
математической или физической модели явления, разработка новой методики
расчета, новой методики расчета, новой теории, рекомендаций по
совершенствованию машин и установок, подготовка данных для выполнения
опытно-конструкторских работ и т.д.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 |