颗粒介质固-流态转变的理论分析及实验研究

颗粒介质由大量离散的颗粒聚集而成,因而与传统固体和流体不同,运动过程中的颗粒介质中可能同时存在多种流态及其相互间复杂的转换过程.颗粒介质弹性失稳机理、不可恢复应变量化是研究颗粒介质固态和流态及固-流态转变的关键.在前期建立的双颗粒温度热力学(two-granular-temperature,TGT)理论基础上,确定了颗粒介质的弹性稳定性条件,建立了不可恢复应变流动法则,搭建了描述颗粒固态-液态及其相互转化的简单模型.颗粒堆积体坍塌过程是典型的颗粒介质固态和流态及其转变过程,因此本文首先开展了25 167个陶颗粒堆积体坍塌过程的实验研究,并使用基于TGT理论的物质点方法和离散元方法对物理实验进行了模拟.结果表明,模型数值结果与物理实验在颗粒堆坍塌过程中的形态、速度分布等细节上吻合很好,同时也发现了现阶段所使用的物质点方法和TGT理论的不足.初步说明TGT理论可以实现颗粒介质固态和流态,以及状态转变的描述.

微动磨损的热力学研究

微动磨损主要是由物理量纲不同的材料弹塑性和摩擦化学反应所决定的复合磨损 ,尚无普遍认可的理论模型。文中用非平衡态热力学描述摩擦接触下的耗散过程 ,以熵平衡关系和非平衡过程的稳定性分析为基础建立微动摩擦体系的热力学模型。分析摩擦磨损中热传导、粘滞性流动、扩散和化学反应的熵产生变化 ,提出以材料粘滞性流动和摩擦化学反应为主的简化模型。根据对简化模型的分析 ,设计了面 -面接触的验证实验 ,并预测磨损痕迹会随微动幅度变化而改变 ,磨损区材料化学成分亦会随位置不同而变化。在

外场协同强化扩散传质过程的唯象分析

根据非平衡热力学熵产生表达式中热力学力和流的定义,并结合不可逆过程中热力学力和流之间的因果关系,推导了热力学力和流之间的唯象表达式,由此分析得到:除化学势梯度及温度梯度(热扩散,Soret效应)能引起物质的扩散外,外场力也对物质扩散流产生贡献,其扩散传质流大小不仅与外场参量梯度大小及化学势梯度大小有关,还与它们的方向配合有关,即与外场同化学势场的配合有关,当外场梯度与化学势场梯度方向一致时,扩散传质流最大.

温度场与电场在奇异热电效应中的协同

以非平衡热动力学的线性唯象关系为基础 ,研究了特定热电效应中电场与温度场协同的作用 ,从理论上解析了实验结果 .进而既验证了非平衡热动力学线性唯象关系的正确性 ,又为自然界中普遍存在场协同作用提供了一个例证 .

强化传递过程中场协同效应的机制及其控制

根据线性非平衡态热力学理论把传递过程中的流和力扩展为传递过程空间的流场和力场,通过各种场之间的恰当配合和相互作用强化传递过程定义为场协同。在线性非平衡热力学的流和力的唯象方程的基础上,本文以热量和质量传递过程为例分析了传递过程中流场和力场之间的相互协同作用机制及其控制,提出了描述场之间作用的场协同因子,给出了传递过程强化的场协同分析的初步方法。

一类抛物型方程有限元算法的计算准则

用有限元法分析瞬态温度场,很有可能得到“振荡”和“超界”的计算结果.这两种现象不符合热传导规律.为解决此问题,我们提出时间单调性和空间单调性的概念,推导出三维无源热传导方程的数值解的时间单调性的几组充分条件.对某些特殊边值问题,使用规则单元网格,可以得到合理结果时Δt/Δx^2的上下界公式.文中还研究了空间单调性.最后我们还讨论了集中质量阵的算法.针对以热传导方程为代表的这一类抛物型方程的有限元算法,我们创造性地给出几组计算准则.

毫秒激光致固体靶材熔融喷溅的比较实验研究

为了研究毫秒激光致硅靶的熔融喷溅机理,采用阴影法,通过高速CCD获得了毫秒激光与固体靶材(硅靶和铝靶)相互作用的序列阴影图,研究了毫秒激光致固体靶材的融熔喷溅过程。实验上对比了毫秒激光致硅靶和铝靶熔融喷溅过程的不同,并对毫秒激光致固体熔融喷溅形成的机制进行了讨论。根据两种靶材融熔喷溅机理不同,解释了两种靶材融熔喷溅物的形貌、喷溅角度、喷溅物分布和喷溅物亮度不同的原因。结果表明,毫秒激光对两种靶材均能产生气化和熔融喷溅过程,但气化强度和熔融喷溅物的形态、亮度均不相同;激光作用硅靶时,作用区域所产生的气化现象不明显,熔融喷溅物呈液滴状,其亮度强于背景光,熔融喷溅方向与靶材前表面法线所成角的最大值为45°,熔融喷溅物分布在其间;而激光作用铝靶时,作用区域的铝靶所产生的气化现象更加明显,熔融喷溅物呈线状不透明流体,其亮度低于背景光,熔融喷溅方向与靶材前表面法线所成角度为20°,熔融喷溅物分布在熔融喷溅方向所在的直线周围。该研究对激光加工技术是有帮助的。

最小耗能率原理及其在固体力学中的某些应用

本文提出并证明存在着一个最小耗能率原理,即“在线性非平衡系统中发生的任何耗能过程.都将在相应约束条件下以最小耗能的方式进行”.根据这个原理,完成了对这样三个问题的讨论,即塑性力学中建立塑性位势理论的理论依据、断裂力学中Griffith断裂准则的推导和现代连续介质力学中的内变量演变方程的建立.这些结果可以认为是对这个原理正确性的一种验证.同时还指出,最小耗能率原理将人们已感觉到的大自然的节约法则,提到了一个理性认识的高度.可以预料,由它出发还可能导出更多的有用结果.

氟磷酸钙和碳反应生成CaO、CO、CaF_2和PO(g)的热力学计算

本文对碳热还原氟磷酸钙制取PO(g)的反应进行热力学分析和相应的理论计算,根据计算结果和图表表明:在常压下,Ca5(PO4)3F与C反应生成PO(g)的理论最低温度为2119 K,当压强降至101Pa^102Pa时的理论最低温度为1487 K^1607 K。并且在同一系统压力下,随着反应温度升高,Ca5(PO4)3F与C反应生成PO(g)的吉布斯自由能降低。

热力学非线性区最小熵产生原理和热力学稳定性

经典的非平衡态热力学只能在热力学线性区证明最小熵产生原理,无法在非线性区证明该定理,将热力学熵平衡方程同动力学方程组结合,使最小熵产生原理能够在热力学非线性区得以证明,使之成为非平衡态热力学线性区和非线性区都成立的普遍原理,经典的非平衡态热力学超熵未包括宏观动力过程。必须引入广义动能修正超熵才能作为系统的Lyapounov稳定性函数。但是考虑了动力过程的理想流体负超熵可以直接作为系统的Lyapounov稳定性函数,而且证明导致系统不稳定的原因是流体宏观参数扰动同宏观过程相互作用的结果,对于环境流体这个Lyapounov稳定性判据是目前得到的普遍的稳定性判据。

非平衡态气体内迁的热导率计算

计算了处于非平衡态的惰性气体在不同温度下内部迁移的热导率的理论值,并将计算结果与J.Kestin等人所拟合的最佳值进行了比较,结果符合得较好.

受激热散射基本概念及理论描述

吸收热对固体激光器输出光束质量的影响及受激热散射在高能应用中与受激布里渊散射的激烈竞争已越来越引起人们的关注,然而国内对此问题的研究尚少见报道。本文给出受激热散射的理论描述并着重澄清关于受激热散射的几个基本概念。

非平衡态热力学与动力学

综述了平衡态热力学、线性非平衡热力学和非线性非平衡热力学与动力学 ,指出了非平衡态热力学并未抛弃经典热力学的基本结论 ,而是给以新的解释和重要的补充 .它不仅为弄清物理学和化学中的各种有序现象的起因指明了方向 ,更有助于人们对宏观过程不可逆性的本质及其作用的认识 .

略论自组织理论中的有序与无序问题

略论自组织理论中的有序与无序问题张青棋（安徽大学哲学系自然辩证法教研室合肥２３００３９）有序和无序问题本来是自然科学研究的对象，由于它具有普适性，因此，近些年来颇为哲学家所重视。许多学者认为，有序和无序可以从自然科学概念中抽取出来，作为唯物辩证法的基...

自然环境下关于过饱和蒸气的讨论

提出一种在自然环境下讨论过饱和蒸气的新方法,并与一般文献的方法进行了比较。利用相平衡条件,讨论大气中液滴的生长和消失并分析过饱和蒸气产生的原因。

最大可能熵原理(英文)

定义了最大可能熵(PME)的新概念,并提出最大可能熵原理.仅对孤立的平衡系统而言PME才等于系统的熵(Sm=S),一般情况下PME总是大于系统的真实熵(Sm>S).当一个非平衡开放系统的PME不管因为甚么原因增大时,它的信息和熵就能同时增加.例如,当一个系统的体积和能量增加时,其PME就增大,从而导致它的信息和熵可同时增加.最大可能熵原理建立在理论和近年提出的“熵界”上.由这个原理不但能推导出科学上已有结论,如黑洞无毛定理,还可用来解释宇宙中某些谜一样的问题,如整个宇宙的熵增大,同时地球上的生物却可以不断进化.

最小熵产生定理的推广和定态的稳定性

本文将线性非平衡热力学中的唯象系数从常数推广成描述系统的宗量的函数,在局域平衡条件下,考虑到热力学内部空间坐标变换时熵产生的不变性,证明了线性非平衡热力学系统的定态是稳定的.

神经网络的非平衡态热力学研究

建立了神经网络的非平衡态热力学理论,给出了神经网络熵产生率,稳定条件及应用实例.为神经网络的研究增加了一种新方法,为人工神经网络的建模与应用提供了有益的信息.

环境流体中的熵平衡方程和动力熵产生

熵平衡方程是非平衡态热力学的基础,但是目前的经典熵平衡方程,内能中不合理地隐含着流体微团组分相对于质心运动的动能,并非热力学意义上的平均分子运动动能,文中以内能仅为平均分子运动动能概念为出发点,重新推导得到了修正的熵平衡方程,在熵平衡方程中导入动力熵产生,使熵平衡方程能以显式表述动力过程,这时熵平衡方程不仅描述了一个热力学系统的不可逆过程,而且描述了动力可逆过程所造成的系统熵变化,使熵平衡方程能描述热力学系统状态和发展方向,更为合理且更具有普遍性。

非平衡热力学与生态系统

现代生态系统是以人类为中心的自然生态系统和社会系统的耦合系统。从热力学观点看,生态系统中生物与环境的物质、能量流动必然引起系统熵的变化。本文从非平衡热力学角度讨论生态系统的热力学本质;生态系统的信息熵;生态系统类比;生态平衡。