现代热力学的完整分类系统--非平衡非耗散热力学新领域

在同一体系中同时有多个不可逆过程时，不可逆过程之间会有相互影响，原来的非自发过程有可能在其他自发过程的影响下得以进行，这种现象就称为热力学耦合或反应耦合，长期以来，经典热力学把热力学第二定律的等式作为平衡体系的充分必要条件，其中隐含了一个前提性的假定，即经典热力学的对象只限于非耦合的体系，摈弃这一隐含的前提性假定以后，热力学自身就发展成为一个现代热力学的完整学术体系，适用于任何宏观体系（包括极其复杂的生命体系），现代热力学的完整学术体系中包含了一个崭新的非平衡非耗散热力学新领域，由于该领域属于热力学第二定律的等式部分，因此可以定量计算，并得到一系列理论计算的非平衡相图，与文献上报道的激尖低压金刚石合成等的大量实验数据相符。     

磁流体热疗中热质传递耦合作用研究

为研究肿瘤磁流体热疗过程中温度梯度与浓度梯度间的耦合效应对磁微粒的弥散及肿瘤内传热的影响,本文根据非平衡热力学唯象定律建立了包含浓度场及温度场的耦合传热传质模型,以常数形式的热扩散系数表征温度梯度对传质过程的影响程度。通过有限元法求解,得到考虑双场耦合作用时肿瘤内的浓度分布和温度分布。模拟结果表明,与不考虑耦合效应的情...     

一个基于非平衡热力学理论的核沸腾汽泡长大的数学模型

一个基于非平衡热力学理论的核沸腾汽泡长大的数学模型曾丹苓（重庆大学热力工程系）一、引言任何实际相变过程都是不可逆热力学过程。经典热力学，尤其是非平衡热力学为它的研究提供了必要的理论依据。然而，令人遗憾的是，在过去长期的研究工作中热力学理论并未得到充分...     

LaNi5储氢过程的热力学分析

分析了LaNi5储氢过程的热力学平衡关系,根据平衡状态下的热力学函数,导出了能够完整描述整个实验范围P-C-T关系的平衡公式.利用P-C-T平衡公式对不同温度下平衡压力与储氢量的变化曲线进行了拟合分析,计算并讨论了储氢过程中平衡反应的热力学函数.     

非平衡定态相图新概念及其应用——激活低压金刚石气相生长热力学

在激活的低压条件下，金刚石气相稳定生长的同时石墨会被腐蚀．这是近二三十年来国际上的一个热力学难题，甚至被认为是“热力学的悖论”．用非平衡热力学耦合理论可以给予很好的解释，并推导出非平衡定态相图的全新概念．在新型相图中金刚石在低压下是稳定相，而石墨被激活成为亚稳相．理论计算与文献报道的大量实验数据定量化地相符     

人造金刚石低压气相生长的相图计算

用非平衡热力学耦合模型计算了由CH₄/H₂，CO/H₂和乙炔火焰等气相体系生长金刚石的相图．与经典平衡热力学理论计算结果不同的是这些相图都有一个金刚石生长区存在．相图中的金刚石生长区是实现金刚石气相生长的热力学基础，它的存在体现了超平衡氢原子等激活粒子对石墨的激活和对金刚石的稳定作用．计算的相图与报道的实验结果基本相符，因而对金刚石气相生长的理论和实验研究具有重要的指导意义 关键词：     

中空纤维膜接触器脱出CO_2过程熵产率最小化

本文用有限时间热力学对中空纤维膜接触器脱出酸化海水中CO_2过程进行了理论研究。在壳程通过酸化海水,管程采用N_2和CO_2混合气体吹扫条件下,对传质过程熵产率进行了最小化。采用数值计算得到了熵产率最小传质策略的液相、气相中CO_2摩尔分数沿程分布,并与化学势差一定及管程采用N_2吹扫传质策略进行了比较。结果表明,熵产率最小传质策略的熵产率比管程采用N_2吹扫的传质策略减小41.39%;化学势差一定传质策略优于管程采用N_2吹扫传质策略。本文结果对实际中空纤维膜接触器脱出酸化海水中CO_2过程的设计具有一定理论指导意义。     

双温度氩-氮等离子体热力学和输运性质计算

获得覆盖较宽温度和压力范围内的等离子体热力学和输运性质是开展等离子体传热和流动过程数值模拟的必要条件.本文通过联立Saha方程、道尔顿分压定律以及电荷准中性条件求解等离子体组分;采用理想气体动力学理论计算等离子体热力学性质;基于Chapman-Enskog方法求解等离子体输运性质.利用上述方法计算了压力为0.1, 1.0和10.0 atm (1 atm=101325 Pa),电子温度在300—30000 K范围内,非局域热力学平衡(电子温度不等于重粒子温度)条件下氩-氮等离子体的热力学和输运性质.结果表明压力和非平衡度会影响等离子体中各化学反应过程,从而对氩-氮等离子体的热力学及输运性质有较大的影响.在局域热力学平衡条件下,计算获得的氩-氮等离子体输运性质和文献报道的数据符合良好.     

非平衡定态相图新概念及其应用

在激活的低压条件下，金刚石气相稳定生长的同时石墨会被腐蚀、这是近二三十年来国际上的一个热力学难题，甚至被认为是“热力学的悖论”，用非平衡热力学耦合理论可以给予很好的解释，并推导出非平衡定态相图的全新概念，在新型相图中金刚石在低压下是稳定相，而石墨被激活成为亚稳相，理论计算与文献报道的大量实验数据定量化地相符。     

拓广不可逆热力学简介

目前非平衡热力学已经有了很大的发展,形成了多种理论体系,例如线性不可逆热力学(简称 LIT)[1]、广义热力学(简称 GT)[2]、理性热力学(简称RT)[3]、非线性热力学(简称 NT)[4]、涨落不可逆热力学(简称FIT)[5]和本.文所要介绍的拓广不可逆热力学(简称EIT)[6-8] 等.这些非平衡热力学理论的研究对象不同, LIT和FIT只限于线性不可逆过程,其它理论对 线性和非线性的不可逆过程都适用,但各有侧 重.这些理论关于熵和热力学第二定律的处理 有两类不同方法:一类是以局域平衡假设为基 础(如 LIT,GT和 FIT等),它有很大的局限 性;另一类则不…     

氙等离子体输运性质计算

采用基于将Chapman-Enskog方法扩展到高阶近似的方法计算获得了温度范围在300—40000 K,不同压力条件下氙等离子体的黏性、热导率和电导率.热力学平衡条件下的计算结果与文献报道的实验和计算结果符合良好,验证了计算方法和结果的合理性与准确性.在此基础上,计算获得了电子温度(T e)不等于重粒子温度(T h)的热力学非平衡和化学平衡条件下氙等离子体的输运性质,并分析了输运性质随压力和热力学非平衡程度变化的原因.     

水蒸气超音速流动中的非平衡相变特性

建立了二维可压缩守恒型计算模型对水蒸气超音速非平衡流动进行了数值模拟,捕获到超音速流动过程中的非平衡相变及激波现象,探讨了蒸汽饱和度、Wilson点压强、粒径分布、成核率等热力学参数之间的相关性,揭示了水蒸气超音速流动中非平衡相变的凝结特性。     

水果、蔬菜薄膜气调贮藏的数学模型

水果蔬菜薄膜气调贮藏是一种极有开发价值的保鲜方法。1984年R.Kok等提出了一个贮藏系统的数学模型,但仅局限于某种水果,同时由于模型中引入了较多的经验公式,使其所建立的数学模型不具有普遍意义。本文的目的是利用非平衡热力学理论建立起描述气调系统的不可逆传热、传质及化学反应过程的,具有普遍意义的数学模型。这对于用计算机来研究和优化设计贮藏系统是极有意义的。     

计入固液界面作用的润滑热力学模型与分析

摩擦与润滑过程是典型的能量耗散过程, 在机理上与非平衡热力学中的熵增、耗散结构等理论颇有相似之处. 通过热力学分析可以对一些典型的摩擦磨损过程做出合理的机理揭示与推测. 本文利用热力学理论对典型的润滑过程进行了建模分析. 采用分离压模型表征和计入了微尺度下的固液界面作用, 揭示分析了润滑热力学模型与润滑状态Stribeck曲线的联系. 从分析计算结果来看, 润滑Stribeck曲线的摩擦系数最低点与系统热力学上的熵增率最低点具有相当好的对应关系, 而润滑状态从弹流润滑向薄膜润滑的转变过程, 可以用耗散结构理论加以机理解释. 文中的热力学模型和方法能够有效地体现出润滑过程中多物理要素跨尺度非线性耦合的作用, 对实际工程与实验有着重要的指导作用.     

数值模拟辐射场对激光等离子体中物理过程的影响

利用研究非局域热力学平衡态下等离子体的程序包NIMP,就辐射场对等离子体中的激发和离化过程的影响进行了数值模拟研究,这对于未来研究辐射输运对天体物理过程影响的相关实验的设计具有一定的理论价值 关键词： 激光等离子体 离化态 局域热力学平衡     

非平衡凝固与固态相变中有关形核和长大的竞争研究

非平衡凝固和固态相变作为同热力学和动力学紧密相关的复杂理论体系,在物理冶金和凝聚态物理研究领域占据重要的地位。上述非平衡过程包含形核、生长和碰撞三个微观过程,其发生和发展均由一些竞争过程伴随、辅助甚至驱动。正确理解这些竞争过程决定了能否准确描述整个非平衡过程;材料制备中,其力学和物理/化学性能的提高也归根于这些竞争的发生与发展。因此,很有必要对非平衡凝固和固态相变中的竞争现象进行研究。本综述第一部分从形核/生长类相变角度对非平衡凝固和固态相变进行了概述,并强调了伴随其发生的竞争现象。第二部分立足于经典形核理论,对有关形核热力学、动力学以及形核方式的竞争现象进行了描述。第三部分对凝固中有关热扩散和溶质扩散以及固态相变中有关界面控制和扩散控制的生长方式竞争进行了描述。第四部分对本综述进行了总结性分析和概括,并对本领域的未来发展方向进行了预测。     

LaNi5储氢过程的热力学分析

分析了LaNi₅储氢过程的热力学平衡关系，根据平衡状态下的热力学函数，导出了能够完整描述整个实验范围P-C-T关系的平衡公式. 利用P-C-T平衡公式对不同温度下平衡压力与储氢量的变化曲线进行了拟合分析, 计算并讨论了储氢过程中平衡反应的热力学函数. 关键词： 5')" href="#">LaNi₅ 热力学 P-C-T 关系')" href="#">P-C-T 关系     

一种模拟热导率的非平衡分子动力学方法

提出一种计算热导率的非平衡分子动力学(NEMD)方法,通过构造均匀内热源获得抛物线形温度分布,并基于Fourier导热定律计算热导率,与Müller-Plathe发展的反扰动非平衡分子动力学(RNEMD)方法相比,不仅具有能量动量守恒和收敛性好的优点,还克服了常规NEMD方法中热冷源区域存在局域热力学非平衡的问题,并有模拟系统温差影响小的特点.对液态氩的热导率进行模拟并与RNEMD方法的模拟结果进行对比.     

纤维膜在膜蒸馏过程中的膜内毛细冷凝现象

膜蒸馏过程中的膜内冷凝现象是该技术在实际应用中不可忽视的一个重要问题。本文以疏水化改性处理的纤维膜作为研究对象,采用实验现象观察和理论分析并用的方法,研究了纤维膜在膜蒸馏过程发生膜内毛细管冷凝的影响因素包括膜蒸馏模块结构、蒸馏膜参数、热力学参数,探讨了毛细冷凝对膜蒸馏的影响。实验表明毛细冷凝可以在膜蒸馏过程中发生,但并不终止膜蒸馏过程,而是减小了传质系数。毛细冷凝容易发生在蒸馏膜厚度小、热料液温度高、冷却液温度低或气隙小的情况下。实验结果和理论分析表明,传质系数实验值的降低可作为膜孔内发生毛细冷凝的判定依据。通过简化蒸气在疏水多孔介质的传递过程,建立了膜蒸馏过程发生毛细冷凝时的传质平衡模型。     

高频电感耦合氩等离子体(ICP)空间特性的初步探讨

本文采用热平衡时应遵守的萨哈(Saha)方程,把电子密度η_σ和绝对温度T当做可变参数,计算了ICP放电中10个元素离子-原子线对强度比。发现当T、η_σ达到一定值时,计算值与实验值能较好符合。而T、η_σ值较低时,偏离实验值较大,由此可知ICP放电中,可分为热力学平衡区与非热力学平衡区。并对非热力学平衡区作一些尝试性探讨。