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.     

准等熵压缩实验中金属铝的热力学耗散分析

为获取高压下材料的纯热力学压力-比容参考线和完全物态方程,减去应力-应变曲线中的其它信息,对准等熵压缩实验中由加载应变率引起的黏性耗散和热传导引起的热耗散做了分析讨论。基于反积分计算和流体动力学积分计算相结合的方法,根据激光加载(约108 s-1)和磁驱动准等熵压缩(约105 s-1)的实验数据,对材料声速、应力-应变曲线、温度和熵增等物理量进行计算,分析了不同应变率与该物理量的关系;还对热传导和SCG本构模型进行了计算,分析了热传导引起的温度变化对材料屈服强度、剪切模量和拉格朗日声速的影响。结果表明:激光加载实验中,应变率引起的温升差异约为180K,熵增差异约为250J/(kg·K),热传导导致温度下降40K;磁驱动准等熵压缩应变率较低,引起的熵增变化小于8J/(kg·K)。     

Reissner-Nordstrom几何中标量场的统计熵与能斯特定理

从Reissner-Nordstrom时空背景下的Klein-Gordon方程出发,利用改进的brick-wall方法膜模型,计算黑洞背景下标量场的自由能和熵.得到标量场的熵是由两部分组成的,根据熵是广延量的性质,得到黑洞熵是由两个子热力学系统贡献的.在此基础上给出了新的Bekenstein-Smarr公式.结果表明,用两个子热力学系统表达的熵,当黑洞的辐射温度趋于绝对零度时,黑洞的熵也趋于零,它满足能斯特定理,可视为黑洞的普朗克绝对熵. 关键词： brick-wall方法 膜模型 黑洞熵 能斯特定理     

1 319 nm连续激光辐照皮肤组织的光热效应实验研究

实验测定了离体人皮肤组织在1 319 nm连续Nd:YAG激光辐照下径向和轴向不同位置的温度分布,研究了激光辐照功率密度和作用时间对皮肤组织温升分布的影响.结果表明,皮肤组织中的温度分布与探测位置、激光辐照功率密度以及作用时间密切相关;激光输出功率密度15.80 W/cm2时安全辐照时间阈值为120 s,功率密度48.92 W/cm2时安全辐照时间阈值为6 s.     

库仑耦合双量子点系统的熵产生率

本文基于库仑耦合双量子点复合系统,研究了自发非平衡过程中熵产生率与信息流的基本关系.从玻恩马尔科夫近似下的量子运动主方程出发,获得稳态时总系统和子系统的熵产生率.利用Schnakenberg网络理论,揭示了各种熵产生率与基本环流的密切联系,发现全局环流决定了双量子点间的能量和信息交换,从而证明了化学势差驱动电子流动以及子系统间能量和信息交换是子系统熵产生的关键要素,信息交换引起的熵产生保证了电子输运的持续进行.结果表明在不违背热力学第二定律的基本条件下,信息可作为驱动力使电子从低化学势流向高化学势.     

辐射传热中的熵流,熵产和有效能流

以无限大双平行灰体平板等辐射流传热为例,研究了辐射传热的熵流,导出了辐射传热的熵产率,有效能传输效率和理论最佳接收温度的基本通用计算式。通过引入系统黑度的概念,把以上结果应用于复杂辐射传热的热力学分析。针对辐射强度随传递距离不断减弱的辐射传热的非平衡辐射热力学问题,提出辐射强度系数和当量辐射温度的概念,并以太阳能热接收转换器为例,导出了以当量辐射温度表征的辐射能接收转换热效率,熵增强度,有效能输出率,最佳接收温度的计算式,考察了聚光度对提高太阳能接收器有效能输出率的作用。     

Nernst定理与Reissner-Nordstrom黑洞Dirac场的熵

把ReissnerNordstrom(RN)黑洞看作是由内、外视界两个热力学系统组成的复合热力学系统.用brickwall方法针对旋标架形式的Dirac方程,分别计算了RN黑洞内、外的Dirac场的自由能和熵,结果发现其熵均分别与内、外视界的面积成正比,并且在采用相同截断因子的条件下是KleinGordon场熵的7/2倍.RN黑洞系统的总熵在考虑内、外视界的共同作用后,其结果确实满足Nernst定理. 关键词：     

P-thiocresol 吸附在银纳米粒子表面系统的表面增强拉曼散射和表面增强共振拉曼散射的增强研究

文中从实验和计算两方面报道了在514.5 nm激发光下P-Thiocresol吸附在银胶表面系统的表面增强拉曼散射(SERS).文中分析了它的增强机制,发现增强主要来自于电磁场增强.如果考虑距离为2nm的两个银纳米粒子的耦舍效应,两粒子之间的SERS的电磁场增强为7.16 × 107.静态化学增强亦起到部分增强作用,它的增强倍数为6.所以,总的SERS增强,包括静态化学增强和电磁场增强,是Gtotal=Gsc ×GEM=4.4×108.我们也理论地研究了此系统的表面增强共振拉曼散射(SERRS).当激发光与P-Thiocresol-Ag3系统的激发态共振时,电荷转移机制(化学增强)也将起到重要作用,最强的增强可迭106.我们使用电荷密度将激发光下p-Thlocresol和Ag团簇问的电荷转移结果可视化,这是电荷转移的直接理论证据.对于SERRS增强,包括电荷转移和电磁场增强机制,能达到1013.     

第一性原理计算Al元素含量对高熵合金AlxCoCrCuFeNi的影响

采用第一性原理密度泛函理论,结合平面波赝贽和广义梯度近似(GGA),用虚拟晶体近似(VCA)方法建模,计算了高熵合金Alx CoCrCuFeNi的结构性能、弹性性能及生成热.计算结果表明,高熵合金Alx CoCrCuFeNi的密度随Al元素摩尔含量的增大而减小,晶格常数在Al元素摩尔含量为1时最小.Al元素摩尔含量为2时,高熵合金Alx CoCrCuFeNi符合力学稳定性判据.生成热随Al元素摩尔含量增大而增大,皆为负值的生成热表明高熵合金在热力学条件下稳定.     

非对易相空间中理想气体的热力学性质

首先从非对易相空间中重新确定微观状态个数和配分函数来讨论在非对易相空间中单原分子理想气体的热力学性质.结果显示非对易效应不能在理想气体系统的内能、物态方程、热容量等宏观热力学性质中测量出.然而发现系统的配分函数和熵发生变化,表示在非对易效应作用下系统的能量简并度和系统的无序度发生变化.     

二氧化碳热力学性质的理论计算

用HF、MP2、QCISD和B3LYP四种方法,在6-311G* *基集合水平上对气态CO2(X1Σg)分子全优化,可直接得到热力学性质熵S和定压热容CP,在这四种方法中,B3LYP方法算得的结果与实验值最吻合,其相对误差分别只有0.00%和-0.15%;CO2分子的生成焓包含电子焓(为-393.31 kJ.mol-1)和核部分焓(为1.653 kJ.mol-1)两部分,其生成焓相对误差为0.37%.结果表明,所用理论方法计算气态CO2分子在1atm下的热力学性质是可行的.     

透平转子的空气冷却和用有限元法计算枞树形榫头温度场的研究

稳定温度场的有限元法 对于边界为f的平面物体G,根据变分原理,可以证明满足拉普拉斯方程和第三类边界条件的温度函数t(x,y)是使如下泛函取极小的函数:文献[1]指出,根据不可逆过程热力学的昂色格理论和定态最小熵产生率原理,U(t)是与该物体系统熵产生率相联系的量,而该泛函取极小即是系统定态最小熵产生率原理。同样可以证明,相应于第二类边界条件的泛函为:     

熵产生率公式及其应用

导出了6N维和6维相空间的熵产生率，即熵增加定律的一个统计公式：P=kD(Δ_{qθ)²，即熵产生率P等于扩散系数D、离开平衡率θ的空间梯度平方的平均值与Boltzm ann常数k 三者之乘积.指明非平衡系统的宏观熵产生是由其微观状态数密度在空间随机地不均匀离开 平衡引起的.作为公式的应用,研究了气体自由膨胀、布朗运动及固体变形和断裂三个非平衡 态课题，给出了它们的熵产生及其一次和二次时间变化率，得到了不可逆过程的系统内对应 的微观结构变化是不均匀的推论.进而导 关键词： 熵产生率 微观状态数密度 离开平衡率 随机扩散}     

囚禁有限unitary费米气体的热力学性质

应用分数不相容统计,研究了三维简谐势阱中有限unitary费米气体在绝对零度和有限温度下的热力学性质,并与势阱中满足热力学极限条件的unitary费米气体进行了比较.结果表明:绝对零度时有限系统的费米能、粒子平均能量随粒子数的增加而增大,并以满足热力学极限系统的对应物理量为上限,有限系统的费米能、粒子平均能量随势阱边界变化存在极大值.有限温度条件下给定粒子数时,有限系统的粒子平均能量、粒子平均熵、粒子平均热容量分别存在对应的特征温度,当温度等于物理量对应的特征温度时,有限系统与满足热力学极限系统的同一物理量相等,低于(或高于)物理量对应的特征温度时,有限系统的物理量将大于(或小于)满足热力学极限系统的同一量.给定温度条件下,有限系统粒子平均能量、粒子平均熵、粒子平均热容量分别存在对应的特征粒子数,当粒子数等于物理量对应的特征粒子数时,有限系统与满足热力学极限系统的同一物理量相等,少于(或多于)物理量对应的特征粒子数时,有限系统的物理量将小于(或大于)满足热力学极限系统的同一量.     

物理学的新延拓——经济物理学

 经济物理学的提出及其发展近年来,由大量的、存在强相互作用的组分组成的、远离平衡的复杂系统研究中,发展起来的复杂性理论取得了很大进展,由于经济系统与其他复杂系统具有相同或十分相似的性质,比如,热力学系统中的分子运动和经济系统中的商品运动都具有数量极大和运动随机的特征,其运动的相似性如下表:分子运动分子扩散涨落分子密度速率碰撞商品运动商品扩散价格波动商品密度流通速率竞争这使得人们自然想到运用处理复杂系统的熵理论和方法对经济系统进行分析。根据热力学第二定律,一个孤立系统必定自发向熵极大的平衡态发展。由此可以定性推定,市场的某些表征量发展,也是符合热力学第二定律的。     

负绝对温度的热力学及其重要性质

一、引言通常我们认为物体的温度是对物体冷热程度的描述。在热力学里,一个热力学系统的绝对温度T可以用系统内能U或系统焓I对系统熵S的导数来规定: 这里x和y是一对外延量和内合量。对于一般热力学系统,通常系统的内能和焓都是熵的不减函数,也就是说,内能或焓随熵的增加而单调地增加。这样从(1)式就得出结论,系统的温度     

有限温度下一维Gaudin-Yang模型的热力学性质

本文通过数值求解有限温度下一维均匀费米Gaudin-Yang模型的热力学Bethe-ansatz方程, 研究了此模型的基本性质,得到了在给定的温度或给定的相互作用下, 化学势、相互作用、粒子密度和熵的相互变化图像. 对结果分析发现, 在给定温度和相互作用下, 熵随着化学势的变化有一个量子临界区域.     

非平衡感应耦合等离子体流场与电磁场作用机理的数值模拟

以航天领域中研究再入飞行器热防护系统的感应耦合等离子体(inductively coupled plasma, ICP)风洞为研究对象,通过流场-电磁场-化学场-热力场-湍流场多场耦合求解研究ICP风洞流场与电磁场的分布特性及其相互作用机理.数值模拟中,基于热化学非平衡等离子体磁流体动力学模型准确模拟了空气ICP的高频放电、焦耳加热、能量转化、粒子内能交换等过程,通过多物理场耦合计算模拟得到了100 kW级ICP风洞内空气等离子体的电子温度、粒子数密度、洛伦兹力、焦耳加热率、速度、压强、电场强度的分布规律.研究结果表明:在感应线圈区靠近等离子体炬壁附近,等离子体流动处于热力学非平衡状态;洛伦兹力对感应线圈区空气粒子的动量传递和电子热运动起着控制作用.     

质子中子星物质的热力学性质

在相对论σ-ω-ρ模型的平均场近似下, 研究了质子中子星物质在均熵状态下的组成、温度和物态方程. 如给定每一个重子的熵, 一些热力学量的值将随重子密度的增加而增加, 当考虑超子时, 这些值会减小. 给定重子密度, 中子在S=2时的组分比S=1时的小, 而质子、电子、μ子在S=2时的组分比S=1时的大, 特别是在低密度区域. S是每个重子的熵. 保持重子密度不变, 在低密度区域, 超子在S=2时的组分比S=1时的大, 在高密度区域则相反. 同样, 在同一重子密度处, S=2时的温度、能量密度及压强分别比S=1时的大. 另外, 有限熵对粒子组分和温度的影响比对质子中子星物质的物态方程的影响大. 还研究了反粒子的贡献, 他们确实很小.     

关于"对‘燃料电池物理及化学性能的有限时间热力学分析方法'的讨论”答复

把有限时间热力学理论用于化学过程的研究,将会得到一系列新的结论,开展这方面的研究是很有意义的.文献[1]以燃料电池为例,在同时考虑化学反应及传热不可逆性的情况下,研究了燃料电池的性能界限,文献[2]指出了文献[1]计算化学反应及传热不可逆性而引起系统与有关环境的总熵产生率的错误以及由此而导致的结论所存在的问题,并进行了富有启发性的分析与讨论.但文献[2]对于系统与有关环境的总熵产生率的计算也是不正确的,由此得到的其它结论自然不能成立.本文将就此情况下系统与有关环境的总熵产生率的计算再次进行讨论,并给出电池