表面张力和表面吉布斯自由能的严格证明

表面张力和表面吉布斯自由能是界面现象中非常重要的两个概念,表面张力定义为垂直作用在单位长度界面上的力,而表面吉布斯自由能是定温定压条件下,增加单位表面积引起系统吉布斯自由能的增量,实际上它们是从不同角度观察表面现象的同一物理量,但各教材中基本上没有详细的论述。文章从吉布斯自由能的实际意义角度对两者同一性进行严格的证明。

高温吉布斯自由能函数的定义和计算

本文讨论了在热化学数据库中计算各种物质高温吉布斯自由能的方法,指出以定义和计算在意义上比较含混,且易引起误解。如采用则意义更为明确,且能与原始数据手册中的同类数据互洽。根据后式作者推演了各种不同物质的具体计算方法。

吉布斯自由能的多功能性质探讨

在物理化学常用的热力学函数中,吉布斯自由能是一个用途最为广泛、最具有明确意义的热力学函数,它除了在特定条件下可作为过程与方向的判据外,还具有狭义化学势、最大非膨胀功和狭义表面自由能等功能。本文就吉布斯自由能的多功能特性展开讨论,并通过两个实例说明实际体系中ΔG的计算方法及用途,以帮助学生在物理化学学习过程中深入理解吉布斯自由能。

关于Young-Laplace公式的吉布斯自由能证明

对于为论证球形液滴附加压强的Young-Laplace公式而设计的一个理想实验,有文献试图借助吉布斯自由能函数进行证明,本文给出符合这一条件的证明方法.

关于吉布斯自由能判据的讨论

吉布斯自由能判据是热力学中封闭体系变化方向及限度的判据之一.物理化学教科书通常是这样导出该判据的:将吉布斯自由能定义式代入热力学第一定律和第二定律联合表达式,得到等温等压下变化过程可逆性判据,即—(dG)_t,p≥δW′(1)等式表示可逆过程,不等式表示不可逆过程.令δW′=0则(dG)_t,p≤0(2)(2)式即一般教材中吉布斯自由能判据的表述式,其含义为:在等温等压下,体系不做非膨胀功,任其自然,则自发变化总是向吉布斯自由能减少的方向进行,直至体系达到平衡.(2)式中不等式表示自发交化,等式表示体系处于平衡状态.应该注意(2)式是在不做非膨胀功即δW′=0的前提下导出的。

吉布斯自由能判据的应用条件

吉布斯自由能是等温等压下判断过程方向与限度的重要热力学函数，这个判据的应用条件，一般物理化学书上都认为是等温等压，无非体积功，△ＧＴ．Ｐ≤０是自发过程方向与限度的判据．笔者依据吉布斯自由能的定义、意义．以及吉布斯先生关于自发过程、非自发过程的定义，讨论了自发过程与△ＧＴ，Ｐ、非自发过程与△ＧＴ，Ｐ的关系．并且用图解法进行分析，得出结论，无论有无非体积功，等温等压下．△ＧＴ．Ｐ≤０．都是自发过程方向与限度的判据；△ＧＴ，Ｐ≥０，都是非自发过程方向与限度的判据．

化学反应中吉布斯自由能不同表示方法的区别和联系

吉布斯自由能函数是热力这第二定律在等温等压条件下的一个推论,应用在化学反应平衡中有不同的表示方法(△rG、△rGm、△rG~θfm、((?))_T,D),百且它们的含义和用途也是不同的。然而在一些物理化学教材中却常常将它们混淆,以致使吉布斯自由能的用法发生混乱。本文将主要讨论在化学反应中这几种表示方法的区别和联系。

用密度函数法对自由表面进行数值模拟

本文从二维非定常N S方程出发,提出了一种处理自由表面问题的数值方法。引入密度函数法(density func tionmethod)追踪自由表面,在密度函数的传输方程中采用TVD格式达到了二阶精度。对均匀来流中的非定常不可压方柱绕流进行了数值模拟。数值结果成功地捕捉了自由表面波动以及漩涡的生成、分离的时间发展历程,同时验证了本方法的有效性。

自由表面波Green函数及其导数的快速算法

快速而又精确地求得领域Ｇｒｅｎ函数值是应用频域Ｇｒｅｅｎ函数求解波物相互作用问题的关键。探讨了无限水深频域自由面Ｇｒｅｅｎ函数及其导数的快速算法问题，提供了一个实用有效的计算方法。

磷脂分子膜表面系统的配分函数和静电自由能

文中讨论了磷脂分子膜表面系统的配分函数和静电自由能,并定义了H^+电离常数。

基于Marchenko理论压制自由表面多次波方法研究

常规虚源点Marchenko自聚焦多次波预测方法只适用于预测不含自由表面的多次波模型,局限于压制层间多次波,该方法在构建上下行格林函数场前,必须从反射响应中去除所有与表面相关的多次波.本文对构建上下行Marchenko格林函数方程进行改进,得到了包含一次波、层间多次波和自由表面多次波的格林函数,利用改进的Marchenko自聚焦预测方法预测自由表面多次波.本文利用水平层状模型数据及SMARRT模型数据证明,改进后的Marchenko法预测海底相关的自由表面多次波效果较为理想,该方法避免了常规SRME自由表面多次波预测方法需要近道重构的缺陷,能够有效提高地震资料的信噪比和分辨率.

SPH方法在自由表面流体研究中的应用

对光滑粒子流体动力学法(SPH方法)的发展背景、理论基础等进行介绍,总结了SPH方法在溃坝、海冰和河冰模拟、船舶流体力学等具有自由表面的流体研究中的应用现状,认为作为一种无网格的纯Lagrange方法,SPH方法较传统的基于网格的模拟方法具有不可比拟的优势。最后分析了SPH方法的缺陷及目前研究中的不足,并就今后的研究方向和发展趋势提出自己的看法。

铸件充型过程数值模拟中的自由表面处理

讨论了基于流体函数F（VOF）方法的流体自由表面处理的一种稳定且可靠的方法，并且对有效体积Veff、流量及F值作了进一步的计算。

稳定运动船舶的自由表面兴波波形计算

在采用面源法计算船舶兴波阻力和船舶周围流场的基础上，对稳定运动船舶引起的自由表面兴波的波形作了三维数值计算，并给出了计算实例．这一研究为采用波形分析方法进行船形优选作了准备．

二维自由表面流动的光滑粒子动力学方法数值模拟

在流体微可压缩的假定下,运用光滑粒子动力学(SPH)方法模拟了二维自由表面流动问题.选用正则化五次样条函数作为SPH核函数,由状态方程求得压力,采用显式三步法进行时间积分,利用链表法作为粒子搜索策略,并引入动态粒子模拟边界条件,提出了多项修正措施以弥补SPH方法的缺点.研究表明,文中计算结果与实验数据吻合,计算精度理想,且消除了流体粒子附着在边界上的不合理现象.

利用Level-Set函数求解的含表面张力项的N-S方程

流体的温度或组成的变化,都会引起表面张力的变化。因而在研究有关自由面的流体运动中,都要考虑自由面上的表面张力。本文利用当前流行的求解自由面的LevelSet方法给出含表面张力的N-S方程的推导。

表面的热力学函数

许多现象表明:液体表面有自动收缩的趋势。因此,液体表面存在着张力。液体表面实质上是一种纯物质的两各向同性的相之间的分界面,分界面是一很薄的表面层,表面层内的性质在与表面垂直的方向上有急剧的变化。在理论处理上把表面层理想化,认为它是一个几何面,它不占有体积,也没有质量。反表面当作一个相对,它有面积A、内解V,煽S、表面张力系数σ。表面张力可以由实验测定,实验事实表明表面张力f的大小与液面周界长度1成正比,即f=σ1,式中σ称为表面张力系数。

简单Green函数法模拟三维水下爆炸气泡运动

假定水下爆炸气泡脉动阶段的流场是无旋、不可压缩的,运用势流理论导出气泡边界面运动的控制方程,采用高阶曲面三角形单元离散三维气泡表面,用边界积分法求解气泡的运动．并将计算结果与Rayleigh-Plesset气泡模型和试验数据进行对比分析,分析结果表明高阶曲面单元能够高精度的模拟水下爆炸气泡运动,且比线性单元有多方面的优越性。分别模拟了有、无重力场和刚壁时对气泡运动的影响,并预测了气泡在流场中膨胀、坍塌、迁移、射流形成等重要动力学行为,同时建立了水下爆炸气泡与圆柱筒相互作用的三维模型,模拟了自由液面、圆柱筒附近三维气泡的动力学特性．

基于LES的泵站前池表面涡及液下涡流瞬态特性分析

泵站前池或泵站进水池是泵进口前的过流部件,在不同工况的流动中存在多种旋涡,可分为自由表面涡和液下涡,这些高度不稳定的旋涡是影响水泵装置运行效率及稳定性的重要因素。为了研究泵站进水池的内部涡流,采用大涡模拟(LES)及流体体积函数(VOF)方法对泵站进水池中的三维非稳态流动进行了非定常数值计算,并进行了系统的验证。基于数值计算结果,统计了旋涡的时均特性,讨论了RANS方法和LES方法对涡流预测的区别;采用λ2等值面将旋涡结构可视化,观测到自由表面涡及附底涡周围环绕的二次涡结构;分析了不同时刻表面涡及附底涡的形态和瞬态特性,通过涡量方程得到了对流项及拉升、弯曲项对主涡涡量变化的影响。结果表明:二次涡与主涡的相互作用在一定程度上增强了主涡动量的向外耗散,并通过自旋引起主涡轴向拉升或者弯曲。