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…     

信息熵、玻尔兹曼熵以及克劳修斯熵之间的关系--兼论玻尔兹曼熵和克劳修斯熵是否等价

论述了信息熵、玻尔兹曼熵以及克劳修斯熵之间的关系;由不涉及具体系统的方法从玻尔兹曼关系、信息熵推导出了克劳修斯熵的表达式;指出玻尔兹曼熵与克劳修斯熵不是等价关系,而是玻尔兹曼熵包含克劳修斯熵,信息熵又包含玻尔兹曼熵。     

严格证明克劳修斯等式的一种可行方法

论述了一种从数学上严格证明克劳修斯等式的新方法，指出可逆循环热温比积分的数学实质是第二类曲线积分，并通过格林公式和能态方程证明了克劳修斯等式，最后指出了克劳修斯熵的引入数学上等价于寻找到一个合适的积分因子.     

基于改进的符号相对熵的脑电信号时间不可逆性研究

提出了一种新的使用过程的前向概率和后向概率计算符号相对熵, 并利用符号相对熵来估计熵产的方法. 该方法是基于熵增和过程不可逆特性关系的, 同时证明脑电信号具有时间不可逆特性, 而且该不可逆特性可以提供脑电信号的熵增信息. 最后应用该方法对青老年脑电信号进行数值计算及对比, 结果是老年人的平均能量损耗显著高于年轻人, 证明符号相对熵可以作为一个物理过程不可逆程度的度量参数, 这对脑电信号是否处于积极或平衡状态的诊断治疗具有积极的作用.     

熵和信息及其在生命系统中的应用

介绍了克劳修斯熵、玻耳兹曼熵和信息熵,讨论了这三种熵之间的关系。并把熵与信息的关系应用到生命系统中得到一个典型的大肠杆菌细胞的信息量约为4.6×1 010比特。     

关于开尔文表述和克劳修斯表述的等价性的一点讨论

讨论了热力学第二定律的开尔文表述和克劳修斯表述的等价性的一个问题     

关于热力学基本议程适用条件的教法建议

本文采用在不可逆过程中直接建立热力学基本方法，说明该议程对不可逆过程边疆的两个邻近平衡态也是适用的，从而为解决《热力学》教学中的这一难点，给出了一个比较有效的方法，该方法从学生实际出发，结合具体过程进行讨论，思路清楚，要领明确，易于被学生接受。     

关于“关于克劳修斯等式证明的再讨论”的讨论

指出"关于克劳修斯等式证明的再讨论"一文论证过程中存在的问题,提出了一种在相邻卡诺循环之间过渡的循环路径,并证明了用若干个卡诺循环逼近任意可逆循环的可行性及其等价性。本文的研究支持主流热学教材中"用若干个完整的卡诺循环去分解任意循环,相邻的两个卡诺循环之间的重叠部分在两次循环中相互抵消"的论证方法。但现行教材的论述过程确实存在过于简略、不够严谨的问题,本文在阐明用卡诺循环分解任意循环的"等效性"内涵的基础上,采用泰勒级数展开及极限理论等高等数学方法,完善了克劳修斯等式的证明过程.     

激光与靶相互作用体汽化模型的数值计算方法

利用克劳修斯-克拉珀龙(Clausius Clapeyron)方程描述相变过程,利用von Neumann差分方法构造辐射流体动力学方程组的计算方法,数值求解了激光辐照金属材料的热效应、汽化过程和激光维持爆震波,并同作者前期的工作作了比较.结果说明,该计算方法对激光与靶材料相互作用体汽化模型的数值计算是行之有效的,且该汽化模型为相关问题的二维、三维问题的数值计算提供了简便有效的途径.     

平面光波导生物传感器微流通道的不可逆封合

提出采用不可逆封合技术来解决可逆封合的平面光波导生物传感器的微流通道在注入液体压力较大时会出现漏液的问题。分别采用等离子体法、氧化法、紫外灯照射法和紫外胶法实现了聚二甲基硅氧烷（PDMS）和绝缘材料上的硅（SOI）波导的不可逆封合。首先,采用4种实验方案分别处理PDMS和SOI波导表面,测试了经上述几种方法处理后微流通道与波导的粘合能力的强弱。然后,定量分析PDMS和SOI波导的封合效果。最后,经过实验比较得出用等离子体处理PDMS和SOI波导表面得到的不可逆封合效果最好的结论。文中也讨论了其他实验因素对粘合程度的影响。     

Carnot engines and the principle of increase of entropy

On the basis of an axiomatization of classical thermodynamics given in a previous paper, the existence of Carnot engines is established, and used to prove rigorously the principle of increase of entropy and Clausius' inequality for compound systems.     

Validity of the second law in nonextensive quantum thermodynamics

The second law of thermodynamics in nonextensive statistical mechanics is discussed in the quantum regime. Making use of the convexity property of the generalized relative entropy associated with the Tsallis entropy indexed by q, Clausius' inequality is shown to hold in the range q in (0, 2]. This restriction on the range of the entropic index, q, is purely quantum mechanical and there exists no upper bound of q for validity of the second law in classical theory.     

Characterization of the light scattering by ensembles of randomly distributed soot aggregates

Soot particles formed in combustion processes commonly exist in the form of ensembles of randomly distributed aggregates of small, nearly spherical monomers. In this paper, these randomly distributed aggregates are numerically generated using a combination of the cluster–cluster aggregation algorithm with the Monte Carlo method. Moreover, an efficient and accurate numerical method is presented for characterizing the light scattering by these complex soot particles illuminated by plane wave and Gaussian beam. This method exploits the unique features of the hybrid finite element-boundary integral method and, more importantly, the unique features of soot aggregates. It is designed in such a manner that it first decomposes the original problem into many sub-regions, where each primary particle is regarded as a sub-region, and then it employs the edge-based finite element method to deal with each sub-region. The sub-regions communicate through the near-field Green’s function. To reduce computational burdens, an iterative domain decomposition method in combination with parallel conjugate gradient method is adopted to solve the coupling system of equations. As an illustration, we present some of our preliminary numerical results. The results are expected to provide useful insights into the optical properties of soot particles formed in combustion processes.     

元胞方法与蒙特卡洛方法相结合的薄膜生长过程模拟

利用仿真方法从原子尺度研究薄膜生长过程是当前薄膜研究领域的热点. 目前, 仿真方法主要在纳米尺度模型实现, 时空需求很大. 针对这一问题, 本文提出元胞和蒙特卡洛相结合的模拟方法, 实现对微米尺度模型薄膜生长过程的模拟. 利用元胞方法来实现模型表示以及演化计算, 从而降低对内存空间的要求, 提高计算效率, 并使用蒙特卡洛方法计算粒子的扩散概率. 通过对氮化硅薄膜生长过程进行具体研究, 将模拟结果与实际实验结果和分子动力学演化结果进行表面形貌和成分的比较, 验证了该方法的有效性.     

A two-step strategy for numerical simulation of radiative transfer with anisotropic scattering and reflection

This article presents a two-step procedure for the computation of radiative heat transfer with anisotropic scattering and reflection. It is based on a concept that the coincident processes of absorption and scattering/reflection can be separated factitiously. All medium elements and wall surfaces are supposed to be pure-absorbing when receiving incident radiation. Afterwards they emit the scattered/reflected radiations. The absorption of both the initial and the secondary radiations can be assessed by the direct exchange area. It is needed to repeat the processes for a few times until the radiations are substantially absorbed. For anisotropic scattering/reflection, a vector summation obtains the directional distribution of emissive power. The method is validated by several benchmark computations in terms of emissive power and heat transfer coefficients. It is shown that the method gives more accurate solution than the isotropic scaling for the heat transfer in anisotropically scattering media.     

混合算法中的耦合判据

混合算法是研究跨尺度流动问题的重要手段之一. 分界面位置以及分界面两侧的信息传递是混合算法需要解决的两个主要问题. 分析推导了现有耦合判据之间的关系,给出耦合判据的统一形式及参数的选取范围. 关键词： 混合算法 耦合判据     

超分辨率复原方法相关原理研究

介绍了超分辨率复原方法的概念和理论基础;重点总结了常用的超分辨率复原方法,并对相关的理论依据、优缺点和适用范围进行了详尽分析;对超分辨率复原方法的未来发展进行了展望.超分辨率复原方法分为频域法和空域法.频域复原法原理简单清楚,计算方便,但是所建立的运动模型都是平移模型,不具有一般性,同时难以利用正则化约束,因而导致难以使用图像的先验信息进行超分辨率复原.空域复原法可以很方便地建立复杂的运动模型,同时考虑了几乎所有的图像降质因素,例如噪声、降采样、由非零孔径时间造成的模糊、光学系统降质和运动模糊等,还可以加入更完善的先验知识,相比于频域复原法,空域超分辨率复原模型更符合实际的图像退化过程,是目前应用最广泛的一类超分辨率复原方法.     

高压作用下不同形状气腔压缩过程的二维数值计算

 采用三阶精度的Parabolic Piecewise Method（PPM）方法和Volume of Fluid（VOF）方法相结合,运用Lagrange-Remapping算法,对高压作用下不同形状气腔压缩过程进行了二维高精度数值计算,给出了复杂形状的多流体流场之间的相互作用。此方法可以用来处理界面两边高压力比、高密度比流动以及强剪切滑移运动等问题。     

半透明平板边界入射辐射热流密度的反问题

对一维半透明平板内辐射、导热及边界对流耦合换热过程进行了研究。提出了一种由一侧边界出射辐射强度反演另一侧边界入射辐射热流密度的方法。通过对各向异性散射、吸收系数、散射系数、边界外侧来流温度、对流换热系数、半透明平板的导热系数和平板厚度等参数对反演精度影响的分析表明,方法是可行的。     

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采用粒子模拟与蒙特卡罗模型相结合(PIC/MCC)的方法,建立了氮分子气体辉光放电自洽的混合模型,其中带电粒子在电场中的运动及其产生的自洽场由PIC方法的静电模型描述,粒子间的碰撞过程由MC方法描述。模拟了放电过程及带电粒子(e、N2+、N+)在整个放电空间的行为及与之对应的自洽电场和电势的分布,通过计算带电粒子在负辉区的几率分布函数,讨论了带电粒子(e、N2+、N+)在负辉区的行为和分布特征。计算的分子离子密度与实验结果一致。