热质的运动与传递——热质和热子气

基于爱因斯坦的狭义相对论的质能关系建立了热质的概念。物体的热能所对应的动质量就是热质。提出了热子的概念和热子气模型。采用气体分子动理论导得了热子气的压力(热质压力)和热子气的状态方程。热子气中的热质压力梯度是热量(热子气)运动的推动力。     

热子动力学模拟方法

提出热子动力学模拟方法,以理想气体中的热质粒子即热子为模拟对象,建立热子间的碰撞模型,统计可获得热子气系统的热力学性质,实现对热质的直接模拟.基于该方法,对氩热子气的平衡态系统和非平衡态系统进行模拟计算,模拟计算的热子气的状态方程同理论表达式一致,准确得到了氩气热导率在微纳尺度下的变化规律,验证了热子动力学模拟方法的可行性.     

气体分子运动论模拟演示器

气体分子运动论模拟演示器,用钢球代表气体分子,可以造成气体分子混乱运动模型,从而演示布朗运动、气体压强的统计意义、理想气体状态方程、实际气体状态方程、玻尔兹曼分布律等分子运动的规律,这在教学中具有一定意义。     

金属中的热质运动—电子气的热质状态方程

根据热质运动理论可以得到普适导热定律,适用于极高热流密度以及超快速加热的极端导热条件。已有的理论研究得到了声子气状态方程,适用于非金属材料中的普适导热模型。而在金属材料中电子是热量传递的主要载体,声子气状态方程将不再适用。本文推导出热质理论中的电子气状态方程,并得到金属中的普适导热定律,为金属材料中极端条件下非Fourier导热现象的研究提供了理论基础。     

热质的运动和传递-热子气的守恒方程和傅立叶定律

本文在热质和热子气概念的基础上建立了热子气的质量、动量、能量守恒方程.基于傅立叶导热定律求得了热子气粘性系数和粘性力的近似表达式.分析了傅立叶定律的物理意义:傅立叶定律是在忽略惯性力的条件下对热子气动量方程的近似.在极低温度或极高热流密度条件下傅立叶定律不再适用.     

声子气的状态方程和声子气运动的守恒方程

根据爱因斯坦的狭义相对论中质能的等效关系，把固体(本文指非导体)晶格(原子)的质量分为晶格(原子)的静质量和晶格热振动能量的等效质量两个部分，后者就是固体中声子气的等效质量.晶格(原子)热振动的能量则分为晶格(原子)静质量具有的热能以及声子气质量具有的热能.基于固体的状态方程，导得了晶格静质量热振动的状态方程和声子气的状态方程.声子气在固体介质中的宏观运动就是热量在固体中的传递过程.建立了声子气运动的守恒方程组，分析表明，忽略惯性力时声子气的动量守恒方程就退化为傅里叶导热定律，阐明了傅里叶导热定律的物理本质是声子气驱动力与阻力的平衡方程.当热流密度很大惯性力不能忽略时，傅里叶导热定律不再适用. 关键词： 非傅里叶导热 声子气 声子气质量 状态方程 守恒方程     

热声制冷机回热器的数值研究

以驻波型热声制冷机的回热器作为研究对象,通过对二维可压缩形式的连续性方程、N-S方程、能量方程和理想气体状态方程的数值求解,得到了热声核区域内工作介质的能流密度矢量和能量迹线云图.结果表明:在轴向方向上影响能量传递的主要因素为气体的热传导项.     

基于热质运动概念的普适导热定律

根据爱因斯坦的质能等效关系式,热能具有的等效质量称为热质,从而在固态和气态介质中分别建立了声子气质量和热子气质量的概念.应用牛顿定律建立了含有驱动力、阻力和惯性力的热质(声子气或热子气)运动的动量守恒方程.由于热量在介质中的传递本质上就是热质(声子气和热子气)在介质中的运动,所以热质动量守恒方程就是普适的导热定律,能够统一描述各种条件下的导热规律.当热流密度不是很大从而热质惯性力可以忽略时,热质动量守恒方程就退化为傅里叶导热定律,这表明傅里叶导热定律是特殊条件下的导热定律,对于微纳尺度条件下的导热,热流密度可以极高,由速度空间变化引起的惯性力不能忽略,在稳态导热情况下也将出现非傅里叶导热,此时在计算或者实验中不能用热流密度除温度梯度求导热系数.在超快速加热条件下,必需考虑惯性力,与基于CV导热模型的波动方程相比,普适的导热定律增加了因速度空间变化引起的惯性力项,所以在介质中热波叠加时不会出现产生负温度的非物理现象,表明基于热质运动概念的普适导热定律更为合理. 关键词： 傅里叶导热定律 普适导热定律 热质运动 非傅里叶导热     

从微观角度再看理想气体的绝热过程

在“ 从微观角度看理想气体的绝热过程”一文中提到了一种从微观角度来计算理想气体绝热公式的推 导, 这一推导中的物理本质为气体分子对活塞壁做功的集体效应, 即气体压强的微观解释. 基于这一思考, 从气体 分子对外做功的角度给出了相应的推导, 同时发现该文结论在其给定模型下的一个更为直观的解, 与热力学第一 定律中的做功项可以更直接地对应, 从而更直接地联系起微观过程和宏观的理想气体状态方程     

固-液界面热整流现象的气体运动论分析

本文采用非平衡态分子动力学模拟方法,研究了固-液界面体系中的热整流现象。系统的两端为固体,而流体处于中间夹层,两端固-液界面的势能参数不同。模拟计算结果表明,此系统实现热整流的原因是左右两端固体壁面对流体分子吸附特性的不对称性。基于气体运动论的分析表明,高低温固体壁面所吸附流体分子数、温度协调系数和系统压强在正反向传热过程中均存在一定差异,从而形成了热整流效应;并且两端固-液界面差异性越大,热整流现象越明显。     

Application of a new equation of state to energy carriers

A new equation of state (IR EOS) recently reported for liquids and gases has been utilized to predict the densities of some energy carriers at different temperatures, pressures. The ability of IR EOS is examined by comparing its results with experimental data for some energy carriers in homogeneous gas, homogeneous liquid and gas–liquid transition region from low to very high pressures. The IR EOS gives excellent results in homogenous gas and homogeneous liquid region while its predictions in gas–liquid transition have more deviations. The average absolute deviation between calculated and experimental densities for 968 data points of 12 energy carriers is 0.33% over the entire range of data with a maximum pressure of 1000 MPa.     

COMPUTATION ON HEAT OF FORMATION AND EOS OF ALLOY BY A REFINED TFD MODEL

A new method of calculation of EOS and heat of formation of alloy by a modified TFD model is proposed. For elements, only their specific volumes at zero pressure and temperature are required as basic parameters, and the quantum corrections to the kinetic energy are admitted for a better accuracy in later calculations. Nothing more is demanded to be known a priori. Thus computations and analyses for some binary alloys such as Al-Cu, Al-Ni and Al-Co on their EOS as well as heat of formation have been car-ried out in detail. Results obtained are in good agreement with measurements. The theory also provides an explanation for the Miedema's empirical relations between the heat of formation and the eletronic characteristics in alloys. In a subsequent paper it will be shown that there is an intimate correlation between the present theory and the covalent bond theory of Pauling and Yu. It is quite plausible that the TFD model has far wider fields of application and may serve as a probe to both research and design of materials.     

爆轰产物的冷比内能与冷压的函数表达式

 猛炸药爆轰产物的状态可以用两相的强排斥-平动物态方程（简称为两相的排平物态方程）很好地描述。以爆轰产物分两段的等熵曲线为参考曲线的两相的排平（k, γ）物态方程,已经用于爆轰参数和强爆轰参数的理论估算,所得理论值与实验值符合得很好。为了更方便地估算爆温,有必要给出描述分子间相互作用的比内能项与压力项（分别简称为冷比内能与冷压）。参照描述分子间相互作用的Morse势和Mie势的排斥项,给出了带待定参数A、m、n和l的冷比能项和冷压项,这样的物态方程被称为两相的排平（A, m, n, l）物态方程。用TNT的{D, ρ₀}实验数据组,确定了两相的排平（A, m, n, l）物态方程的参数n=1和l=1/3,因此,可将其简称为两相的排平（A, m）物态方程。它适用于所有的猛炸药的爆轰产物。用硝基甲烷的强爆轰参数{p, D, T}实验数据组对其所做的检验表明,两相的排平（A, m）物态方程是恰当的爆轰产物物态方程。     

等离子体源离子注入鞘层时空演化的研究

本文使用流体动力学模型，研究了平板、柱形和球形靶的无碰撞及碰撞等离子体鞘层的时空演化，得到了鞘层边界演化、靶表面的离子注入电流密度和离子注入平均动能等参量。     

理想气体中的内势能

本文证明在无壁空间或无束缚力约束空间中,压力是气体以物态存在的束缚力.证明了热力学压力不仅是动量交换的统计平均值的量度,而且也是分子或原子空间位置分布(密度)的表征.理想气体在有限空间中的统计构形空间,具有逸散势-pV.这种系统构形空间内的各能级粒子具有相应的动量空间分布,其统计构形空间具有无序势TS.热力学平衡态具有处处相等p、T和总势能TS-pV.理想气体的二种势能具有对称性,总势能等于零;但其相应的无序势和逸散势都不等于零.     

一种实用的弹塑性流体状态方程（Ⅰ）

 本文根据Mie-Gruneisen状态方程，以Hugoniot压强和能量作为参考压强和能量，在稀疏区利用实验的断裂强度和结合能，给出了一种简单实用的弹塑性流体状态方程，并提供了稀疏区的Gruneisen系数表达式。     

新型爆轰产物物态方程

 从位力（Virial）理论和相似假设出发，建立了爆轰产物物态方程，命名为VLW物态方程。本物态方程既适用于高压下炸药爆轰性能的计算，也适用于较高压强与中等压强状态下火炮发射药与火箭推进剂燃烧性能的计算。