非平衡态辐射场能量状态参数的表征

本文提出了非平衡态辐射体系的热力学框架,以光子的能量、光子的有效能、光子的熵、光子的特征温度为基础,把辐射热力学体系分解为边界和辐射场进行描述,给出了非平衡态辐射场中辐射能状态参数的表征式,提出了表征任意指定照射窗口的照射辐射特征温度概念,结合照射辐射强度、照射辐射能量等效温度,表征了辐射场的能量强度、有效能和熵等热力学参数。     

热声发动机系统稳定性分析

热声发动机系统的自激振荡起振过程是在远离平衡态条件下发生的自组织过程,是决定热声发动机能够正常运行的关键过程。本文根据非平衡态热力学,针对起振过程开展热声系统热力学稳定性研究。将Glansdorff-Prigogine稳定性判据引入到热声系统稳定性分析中,借助CFD软件,分析了两种定态的稳定性,两种定态分别对应了温度梯度小于和大于临界温度梯度的情况。验证了非平衡态热力学稳定性分析在热声发动机自激振荡起振现象研究中的可行性。     

燃料电池物理及化学性能的有限时间热力学分析法

采用电化学,非平衡态热力学与有限时间热力学相结合的方法,研究了考虑化学反应与传热不可逆性时,燃料电池的有关物理及化学性能,得到了一些新的性能界限和测定电化学反应速率的关系式。为同类能量转换装置以及电化学的研究提供了一种新方法。     

流动问题中最小能量耗散定理的推广和最小熵产生原理的局限

一、问题的引出 不可逆过程热力学是一门在近几十年中迅速发展起来的新兴学科.它以非平衡态为主要研究对象,取得了许多重要成果,也引起学术界越来越多的重视.但这门学科还比较年轻,有些还显得不够成熟.如对粘性流体运动由于流动现象较复杂,运动方程的非线性,使不可逆过程热力学仅在忽略流动惯性项时得到描述粘滞现象     

氢正仲转化过程的统计热力学分析

针对氢分子,采用Boltzmann统计方法,建立了非定位系统统计热力学模型,求解了其分子转动配分函数,进而推导了氢在不同温度下的正仲态平衡组成及正仲转化热量,并给出了相关问题的微观解释.此外,针对非平衡态氢,推导了标准氢转化为平衡氢的转化热.上述推导计算的结果与文献值高度吻合,说明了统计热力学方法在低温物性计算中具有良好的适用性.     

谱线强度法所测得温度的物理意义

从统计热力学的角度分析了电子温度和激发温度的不同。明确的指出谱线强度法所测得的是重粒子内部电子的激发温度而不是自由电子温度。在热力学平衡态下等离子体激发温度与电子温度相同,在热力学非平衡态下激发温度与电子温度不同。在对真空室中电弧加热发动机羽流的研究中,采用谱线强度法测量了羽流的表观激发温度,同时采用Langmuir探针法测量羽流的电子温度,两种温度之间的巨大差异证实了谱线强度法所测得的温度不是电子温度。     

氧化钼分形生长的核晶凝聚模型

本文报道氧化钼在远离平衡的无序系统中气固相变过程。实验结果除了薄片状氧化钼晶体外,还形成了由晶须凝聚组成的各种形态的二维分形结构。对实验所得的分形结构,用非平衡态和不可逆过程的热力学理论进行了讨论,并提出核晶凝聚模型。 关键词：     

强迫耗散系统的有序结构和系统的发展(Ⅰ)，最小熵产生原理和有序结构

一个系统的发展总是由不可逆热力过程和非线性动力过程所驱动.将大气动力学方程组同考虑了动能变化的Gibbs关系结合起来构建的熵平衡方程，才能更好地描述大气系统的不可逆热力过程和非线性动力过程.至今非平衡态热力学仅利用Onsager线性唯象关系证明了最小熵产生原理.利用新建立的熵平衡方程和大气动力学方程的性质证明，最小熵产生原理在热力学线性区和非线性区都是普遍成立的.且当热量输送平衡、水汽输送平衡和动量输送平衡时，系统达到不可逆过程最弱的最小熵产生热力学状态.当系统又是动力平衡且无平流时，这种最小熵产生态就是 关键词： 非线性热力学 熵产生 最小熵产生原理 有序结构     

非晶材料玻璃转变过程中记忆效应的热力学

低温下处于非平衡态的非晶材料升温到玻璃转变以上,要先后发生弛豫和回复最终达到平衡过冷液态,其中弛豫过程中释放的能量在回复过程中以等量的方式获取,表现出明显记忆行为.本文基于氧化物、金属与小分子等多种非晶形成体系,全面探讨了在围绕玻璃转变的一个冷却加热循环过程中的焓弛豫特征,建立了弛豫谱,发现弛豫焓在数值上与熔化焓密切相关.基于弛豫焓与非晶材料动力学Fragility之间的关联,展示了非晶体系在动力学极限(m=175)条件下的玻璃转变热力学基本特征,与热力学二级相变进行了对比.研究深化了对非晶弛豫与玻璃转变热力学的理解.     

颗粒介质的结构及热力学

颗粒介质具有远程无序和近程有序的结构, 是产生动力学不均匀性(dynamical heterogeneity) 和复杂不可逆过程的根源. 本文分析了颗粒介质的结构特征、变形和能量耗散之间的内在关联, 讨论了颗粒介质的弹性, 提出了流变应变增量、耦合应变增量和弹性应变增量的应变增量分解方式. 沿用非平衡热力学框架, 引入表征运动无序的动理学颗粒温度T^k和表征弹性应力涨落的构型温度T^c, 作为非平衡态变量, 建立了双颗粒温度热力学(two-granular-temperature thermodynamics, TGT理论), 注重分析了不可逆过程中的热力学力和流, 并与著名的砂土内变量热力学进行了对比.     

准静态过程及相关物理概念教学探析

本文运用类比方法, 引入爬台阶这一常见生活实例, 通过对其作细致的定性和定量分析, 直观形象地类 比了热力学中的准静态过程及相关物理概念, 揭示了平衡态、 非平衡态、 弛豫时间等概念之间以及他们跟准静态过 程的内在联系和本质区别, 进一步明确了将实际过程近似为准静态过程的定量条件     

与介质有热的和机械的相互作用系统中的H定理

对于孤立系,从玻耳兹曼的积分微分方程出发,已经证明了H定理[1,2].H定理指出,处于非平衡态的气体随时间流逝,必将趋于平衡态.这与热力学第二定律即孤立系的熵不会减少,本质上是一致的.但H函数较之热力学熵更具普遍性,因熵只定义于平衡态.进一步的研究表明,玻氏方程并不是“纯”力学处理的结果.事实上,在导出此方程时引进了与力学规律的时间可逆性相矛盾的分子混沌性假设,正是这个假设使玻氏方程给出H定理的结果. 对于非孤立系,热力学第二定律可用克劳修斯不等式表示:dS≥Q/T,其中dS是熵增量;dQ是任一过程中系统从温度为T的热源吸收的热…     

从头算方法研究面心立方铝在高温高压下的热力学状态方程

用从头算方法优化计算了面心立方铝的电子结构和总能,得到了它在零温下的状态方程和弹性性质.将得到的总能与晶格体积拟合到Debye模型,获得了非平衡态下的Gibbs自由能与温度、压力之间的关系,在此基础上计算了相应的热状态方程,利用Burakovsky-Preston-Silbar （BPS） 熔化模型计算了铝的熔化曲线.所有的电子结构和总能计算都是基于局域密度近似（LDA）和广义梯度近似（GGA）的平均得到的.计算得到的铝在高温、高压下的状态方程与一些热力学性质和熔化曲线同冲击波和静高压实验数据在225 G 关键词： 铝 热力学状态方程 从头算 熔化曲线     

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.     

多格点相互作用对横向磁场作用下XY型自旋链中非平衡态热力学性质的影响

近年来,封闭系统中非平衡热力学性质,特别是自旋链中经过一个淬火过程后的平衡热力学性质已经成为了量子热力学研究中的一个热点之一.研究了横向磁场作用下含XZX+YZY型三体相互作用的XY自旋链中的非平衡态热力学性质.具体考虑了当XY型链中横向外磁场发生一个突变(淬火)时链中XZX+YZY三格点相互作用分别对淬火过程中产生的平均功、功涨落和不可逆熵产生等热力学量的影响.研究显示:XZX+YZY三格点相互作用可能对平均功的增加起正面作用和负面作用,关键取决于初始外磁场强度的取值.接着,还发现:通过调节XZX+YZY三格点相互作用强度可以很有效地抑制功涨落.最后,考虑了不可逆熵产生在不同XZX+YZY三格点相互作用下随外磁场强度的变化关系,结果发现:不可逆熵产生在临界磁场附近会出现特殊的尖峰特征,并且尖峰值随XZX+YZY三格点相互作用的增加有不断减少的趋势,同时给出了相应的物理解释.     

应力场与电磁场中非平衡系统的熵密度增率

本文讨论应力场与电磁场对热力学系统的作用,导出非平衡系统在应力场与电磁场作用下局部熵密度增率和熵流密度矢量的具体形式,分析应力场与电磁场对熵密度增率的影响. 熵密度增率 不可逆过程中,系统处于非平衡态,在一定条件下[1],可把系统划分为若干个部分,每一小部分近似地处于平衡态.因而每个小部分的热力学量密度满足基本方程: Tds=du-udn-dω　(1) 熵密度增率公式可表为: 称为外界作用功率密度. 应力场与电磁场的功率密度 在应力场与电磁场的共同作用下,功率密度可分写为二项关分十F=,其中毛>、尖>分别是应力场、电磁场对功率密度的贡…     

肼电弧增强推力器羽流温度光谱诊断

建立了一套光谱温度诊断系统,对以肼催化分解产物为推进剂的电弧增强推力器羽流信号进行了光谱温度诊断,基于谱线的绝对强度法得到对应不同波长的激发温度,由玻尔兹曼图法获得各条谱线的平均激发温度。结果表明:肼电弧增强推力器羽流中心激发温度最高,沿径向方向迅速下降;羽流的热力学非平衡态程度随径向距离增大和电流减小而降低;羽流温度随肼催化分解混合气中氨气比例增加而升高。     

低压汽轮机三维叶栅通道内湿蒸汽两相流动的数值模拟与分析

采用完全气体单相流动模型、实际气体平衡态凝结和非平衡态自发凝结三种不同的计算方法对某低压汽轮机静叶栅中三维湿蒸汽两相流动进行了模拟和分析.计算表明:三种模式计算结果有一定的差别;水滴的生长过程对出口气流角分布有一定的影响;非平衡态计算得到的出口湿度比平衡态计算结果略微小一些;进一步的分析表明在非平衡态计算中,进口水滴半径对出口湿度和出口水滴半径均有影响.     

真空弧Ti-H等离子体热力学参数的原子发射光谱双温度研究北大核心CSCD

金属氢化物作阴极的真空弧离子源,假设其放电产生双温度的非平衡态Ti-H等离子体,其内部的气体解离过程和粒子电离过程分别由Culdberg-Waage解离方程和Saha电离方程进行描述,结合原子发射光谱以及电荷准中性条件,求出Ti-H等离子体的电子温度Te、重粒子温度Th和粒子数密度之后,可更进一步对等离子体的质量密度、焓、比热容等热力学参数进行描述。在不同的电子数密度下,研究各参数随变量θ(电子温度Te与重粒子温度Th的比值)变化的情况。计算结果显示:电子数密度已知,随θ值升高,除氢气分子数密度外,等离子体温度和单原子粒子数密度的计算结果均变化甚微。高电子数密度时,等离子体中单原子粒子占绝对优势,热力学参数由其控制;低电子数密度下,随θ值的升高,等离子体逐步由单原子粒子占优势转为氢气分子占绝对优势,热力学参数的变化情况表现出相同的规律。     

电弧加热发动机羽流的非平衡态光谱诊断

电弧加热发动机是一种为航天器提供机动和控制推力的装置。为了研究电弧加热发动机的工作机理,本文讨论了电弧加热发动机羽流的光谱诊断方法并设计了一套光谱诊断系统。在此系统上,以氩气为工作气体,设定氩气流量和电流,在模拟空间环境下对电弧加热发动机羽流进行了光谱诊断。利用采集到的光谱信号,分别用谱线的绝对强度法和波尔兹曼图法得到了羽流温度的径向分布。测量结果表明本文工况下羽流处在热力学非平衡态下。此外,本文还对测量进行了初步的误差分析。