微生物代谢的唯象关系和趋优行为

从非平衡态热力学出发 ,探讨了微生物细胞在追求最高生长速率的优化模式下的动力学行为 .将微生物的生长过程分成分解代谢和合成代谢两个过程 (黑箱模型 ) ,通过唯象关系优化生长速率 ,得到了最优的合成代谢和分解代谢速率与自由能变化的关系 .计算表明 ,该关系式可以描述实际体系的生长过程 .进一步将微生物的生长过程划分为分解代谢、合成代谢、ATP的生成与消耗 3个反应 ,得到了与黑箱模型同样的优化结果 ,并且探讨了总偶合度与单步反应偶合度的关系 .所用的方法可以用来分析细胞的趋优行为 .

A100超高强度钢的流变应力曲线修正与唯象本构关系

在Gleeble-3500型热模拟试验机上对A100超高强度钢进行热压缩实验,获得了在变形温度为850~1200℃,应变速率为0.001~10s -1 以及变形程度为60%条件下的流变应力曲线,分析热压缩过程中摩擦和温升效应对流变应力的影响,修正了流变应力曲线;并在Arrhenius双曲正弦函数方程的基础上引入应变量参数构建了基于应变量耦合的唯象本构模型。结果表明:随着变形温度的降低或应变速率的增加,摩擦和温升效应对流变应力的影响逐渐显著;所建立的本构模型预测值与实验值的绝对平均相对误差为4.902%,相关系数为0.99,能够用于准确预测不同应变下的流变应力。

34CrNi3Mo和3Cr2W8V钢唯象本构关系的研究

采用压缩试验法，在热模拟试验机上对３４ＣｒＮｉ３Ｍｏ和３Ｃｒ２Ｗ８Ｖ钢的高温流动特性进行了实验研究、结果表明，变形温度和变形速度对流动应力的变化影响明显，而变形程度仅影响曲线的形态。从而以应变为修正项，采用逐步线性回归的方法，提出了上述两种材料的唯象本构关系模型。这对利用有限元法对金属塑性成形过程进行数值模拟具有重要意义。

强化对流传热场协同唯象机制及其控制

根据对流传热强度与流体中存在的各种内场及其外场的关系,从唯象上阐明了降低温度边界层厚度、增加流体扰动和增加近壁面速度梯度的强化对流传热方法的物理机制,其本质是控制流体中内场及其外场之间的相互协同。给出了当流体中存在内场和外场时强化对流传热场协同控制方法,以此可指导发展强化对流传热单元的新方法。

强化对流换热场协同唯象理论

根据现代热力学流与力的热力学线性唯象关系 ,导出了对流换热强度与流体中存在的各种内场及外场的关系 ,从唯象上阐明了降低热边界层厚度、增加流体扰动和增加近壁面速度梯度的强化对流换热方法的物理机制。结果表明 ,强化对流换热的本质是控制内场和外场方向的协同 ,并以此可指导发展强化对流换热的新方法。

热塑性成形唯象应力-应变本构方程

在高温实验基础上,提出一种建立材料高温塑性成形全过程的唯象本构关系的方法,获得42CrMo及T3两种典型材料的热塑性加工过程应力-应变本构方程。为材料成形工艺及数值模拟提供不可缺少的基本保障条件。

Zirlo锆合金高温变形行为及本构关系

采用Gleeble-3800型热模拟试验机,对Zirlo合金进行等温恒应变速率压缩实验,研究其在变形温度550~700℃,应变速率0.01~10 s^(-1)范围内的热变形行为;并在Arrhenius型双曲正弦函数方程基础上引入应变量,构建了基于应变补偿的Arrhenius本构模型,同时构建了基于位错密度演化加工硬化模型和基于唯象型的软化模型的分段唯象型本构模型。结果表明:Zirlo合金的流变应力随着温度的降低和应变速率的提高而升高,低应变速率下流变应力呈现更高的温度敏感性,流变应力曲线在不同变形条件下分别呈现加工硬化、动态回复、动态再结晶特征。经过误差分析可知,基于应变补偿的Arrhenius本构模型大部分预测值的误差均在15%以内,具有较高的准确性,而分段唯象型本构模型相对平均绝对误差最大值不超过3%,具有97%以上的准确率,可以很好地预测合金的应力-应变曲线,具有良好的拓展性,并且可初步判断曲线类型,具有良好的实用性。

非平衡态热力学在核素迁移行为研究中的应用

运用非平衡态热力学理论研究核素在固化材料中的迁移规律,分析热、扩散、化学反应、吸附反应等因素对核素迁移行为的影响,建立了各因素所引起的核素迁移流的唯象方程以及整个系统的熵产率方程。提出了利用Onsager倒易关系求解相关系数,建立核素迁移数值模型的基本思路与方法。

场协同及混沌

从对流换热的三维能量方程出发,把对流换热方程与三维导热方程进行类比,导出努塞尔数与流场和温度场的局域无因次参数关系式,提出了场协同理论,指出强化换热不仅取决于流体的速度和流体的物性,而且还取决于流场和温度场的协同,从而加深了对对流换热现象的理解。并从唯象理论、数值模拟和实验验证3个方面对场协同理论给予了验证,提出了实际应用的途径。根据湍流的复杂性,把混沌理论引入对传热的研究当中。

不可逆热力学的等熵产面及其在化学中的应用

在以广义力为基矢的线性空间中构造一个等熵产面 。

水泥固化体中核素迁移行为的非平衡态热力学研究

综合考虑温度、扩散和化学反应等因素对水泥固化体中核素迁移行为的影响,根据线性非平衡热力学的唯象关系列出了各种力与流的唯象方程,提出了求解唯象系数的实验方案,并且按照质量和能量守恒定律建立了固化体内的传质和传热基本方程.以菲克第二定律导出了固化体的质流边界,结合热流边界和初始条件,得到了核素迁移行为定解问题的数学模型.