多元复相平衡体系热力学变量的微分关系

根据相平衡原理 ,导出了无绝热壁、刚性壁和半透壁及无化学反应、除相平衡条件约束外无其他约束的k组分和 φ相 (2≤φ≤k - 1)的多元复相平衡体系非独立变量与独立变量之间的微分关系 .任一相有温度、压力和 (k - 1)个摩尔分数共 (k+1)个变量 ,其中温度和压力是各相的公共变量 ;k组分复相平衡体系的独立变量个数最多为k ,把温度和压力作为首选的独立变量 ,独立的浓度变量最多为 (k - 2 ) ;把独立的浓度变量全部选在第一相 ,而把其他相的浓度变量都做非独立变量 。

简单系热力学公式规律研究

利用只有体积变化功的简单系热力学函数全微分,能推演出十六个热力学公式,这些公式是处理简单系热力学性质和其他系统热力学性质的基础,如何使学生记住这十六个公式是学习好热力学的保证.笔者在热力学教学中总结出来的简单系热力学公式的框式记忆法很好地解决了这个问题.

替代微分形式的雅可比热力学变换式(英文)

结合雅可比行列式和热力学变量的特性 ,率先导出了三个极为重要的雅可比热力学变换式 ,除 (12 )式外 ,其余尚未见报道 .雅可比热力学变换的重要意义不仅体现在它为我们提供了一种证明难题的便利工具 ,而且还体现在其揭示了热力学变量间的内在联系 ,或预告某热力学量随其它热力学量变化的情况 。

均匀系热力学关系勒让德变换的对偶对称性

指出热力学关系具有勒让德变换的对偶对称性 .根据对偶关系给出热力学变量的对偶变换表 。

雅可比行列式及其在热力学中的应用

雅可比行列式是一个非常有用的工具,在数学领域中有着广泛的应用。Shaw首次将其应用于热力学中,发展成为一个获取热力学关系式的系统方法。这一方法在国外有关书籍中中早有介绍,但在国内有关教科书中尚未见到。本文将阐述这一方法及其在热力学关系式推导中的应用。

介绍一种图解法记忆热力学公式

一般学生怕学习《物理化学》,特别是热力学,其原因之一是公式多,不容易记忆,从一些概念或定律去推导又较繁。 热力学有8个基本变量:温度T,体积V,压力P,熵S,内能U,焓H,自由能F和自由焓G。它们之间的关系,特别是一些微分方程和偏导数,一下子是很难弄清楚的,但如不弄清楚和掌握它们之间的关系就很难从已知量求未知量。

热力学关系式及其记忆法则

在热力学与统计物理学中有各种变量和态函数,这些变量和态函数之间存在着纵横交错的关系。表面看来,这些关系显得复杂而零乱,且难于记忆。尤其是麦克斯韦关系式,一般的教科书中只给出有关S.T.P.V的四个关系式,而涉及N.μ的关系式则往往散见于各参考书中,没有统一给出,这就给初学者造成了困难。本文将这些变量和态函数作一统一处理,

基于内变量热力学的岩石蠕变与应力松弛研究

蠕变和应力松弛是岩石材料固有的时效特性,与岩石工程的长期稳定性密切相关。基于Rice不可逆内变量热力学理论对岩石蠕变和松弛本质上的一致性问题进行研究。给定余能密度函数和内变量演化方程建立基本热力学方程,通过不同约束条件构建黏弹–黏塑性蠕变和应力松弛本构方程。黏弹性本构方程具有普遍性,能包含经典元件组合模型的黏弹性本构方程;黏塑性本构方程考虑材料变形过程中的硬化效应,更加符合实际情况。蠕变和松弛是岩石材料在不同约束下的外在表现,但两者具有相同的非平衡演化规律,本质上具有一致性。蠕变与应力松弛本构方程基于相同的基本热力学方程,可以相互转化,且方程参数相同,因此可以通过蠕变方程和蠕变试验结果对材料的松弛特性进行分析。最后通过模型相似材料单轴蠕变加卸载试验和应力松弛试验对这一思想进行验证。

考虑损伤的内变量黏弹--黏塑性本构方程

基于Rice不可逆内变量热力学框架,在约束构型空间中讨论材料的蠕变损伤问题.通过给定具体的余能密度函数和内变量演化方程推导出考虑损伤的内变量黏弹--黏塑性本构方程.通过模型相似材料单轴蠕变加卸载试验对一维情况下的本构方程进行参数辨识和模型验证,本构方程能很好地描述黏弹性变形和各蠕变阶段.不同的蠕变阶段具有不同的能量耗散特点.受应力扰动后,不考虑损伤的材料系统能自发趋于热力学平衡态或稳定态.在考虑损伤的整个蠕变过程中,材料系统先趋于平衡态再背离平衡态发展.能量耗散率可作为材料系统热力学状态偏离平衡态的测度;能量耗散率的时间导数可用于表征系统的演化趋势;两者的域内积分值可作为结构长期稳定性的评价指标.

基于不可逆内变量热力学的岩石材料粘弹-粘塑性本构方程

岩石材料的粘弹性和粘塑性变形是与时间相关的能量耗散行为。在Rice不可逆内变量热力学框架下,引入两组内变量分别用来描述在粘弹性和粘塑性变形过程中材料的内部结构调整。通过给定比余能的具体形式和内变量的演化方程,推导出内变量粘弹-粘塑性本构方程。粘弹性本构方程具有普遍性,能涵盖Kelvin-Voigt和Poynting-Thomson在内的经典粘弹性模型的本构方程。并指出热力学力与应力呈线性关系是组合元件模型为线性模型的根本原因。粘塑性本构方程能较好地刻画岩石材料在粘塑性变形过程中的硬化现象。对模拟岩石的模型相似材料进行单轴加卸载蠕变试验,将蠕变过程中的粘弹性和粘塑性变形分离并根据试验数据对本构方程的材料参数进行辨识。试验数据和理论曲线对比结果表明该文提出的本构方程能很好地模拟材料的蠕变行为。该类型的本构方程能为岩石工程的长期稳定性的预测、评价以及加固分析提供基础。

基于内变量热力学的黏弹性本构方程及其基本性质研究

黏弹性变形在沥青混凝土、聚合物等材料中广泛存在,也是岩石材料时效变形的重要组成部分.基于Rice不可逆内变量热力学框架,讨论材料黏弹性变形行为.引入一组内变量表征材料系统内部结构的变化,通过给定余能密度函数和内变量演化方程推导出黏弹性本构方程.方程能包含经典黏弹性模型的本构方程,而且可描述材料的非线性黏弹性变形.对本构方程所基于的基本热力学方程性质进行讨论,表明在约束构型空间中热力学力和内变量之间要满足一定的共轭关系,所建构的本构方程才能刻画材料的黏弹性变形行为;证明了在约束构型空间中流动势函数随时间单调递减;同时指出在统计力学层面流动势函数与表征材料状态的概率密度函数有关.

用雷达观测资料改进MM5初始场的初步试验研究

采用同时调整热力学和动力学变量,并考虑湿度与温度的变化相协调的初始化方法,引进雷达资料改善MM5模式的初始场。试验结果表明:经过优化处理的初始场,显著提高了模式对降水特别是甚短时(0～6h)降水的落区和量的预报准确率。其中调整热力学变量对改进降水落区预报比动力学变量的调整更为重要。

土壤质地对中国区域陆面过程模拟的影响

利用陆面过程模式(CLM3.5)和中国区域两种土壤质地数据(分别来自第二次中国土壤调查SNSS和联合国粮食农业组织FAO),研究了土壤质地变化对于模式模拟的陆表水热变量的影响。结果显示,土壤质地对土壤水文学变量的影响远大于对土壤热力学变量的影响,尤其是对于饱和土壤含水量和饱和水力传导率的影响。对于模式的输出,土壤质地影响比较明显的有土壤湿度、总径流和土壤渗透等水文学变量以及地表潜热、地表感热和土壤热通量等热力学变量,而影响相对较小的有地面吸收的太阳辐射和地表反照率。同时,发现基于SNSS模拟的土壤湿度与站点观测值更加接近。因此,本研究认为基于SNSS土壤质地数据可以有效地改进模式模拟结果,建议以后在陆面模式试验中尽可能使用以观测为基础的SNSS土壤质地数据。

岩体结构非平衡演化的有效应力原理及长期稳定性分析

开挖卸荷后的天然岩体往往处于非平衡演化状态,将直接影响岩体工程结构的正常运行、长期稳定和安全.时效变形和损伤演化是岩体结构非平衡演化的核心.在赖斯(Rice)内变量热力学理论框架下,提出了岩体结构非平衡演化的有效应力原理,指出有效应力是总应力中能有效驱动结构演化的部分.将内变量率形式的非弹性应变率方程和能量耗散率函数表示为有效应力形式,并提出非弹性余能概念.给定具体的余能密度函数和内变量演化方程,得到了考虑损伤的内变量黏塑性应变率方程.通过相似材料加卸载蠕变试验结果进行参数辨识,并分别计算了内变量率形式和有效应力形式的黏塑性应变率、能量耗散率和非弹性余能,并对其进行比较分析.结果表明:在过渡蠕变和稳态蠕变阶段两种形式的方程计算的黏塑性应变率几乎相等,但在加速蠕变阶段两者相差较大;非弹性余能和能量耗散率全域积分分别从驱动结构非平衡演化的内在潜力和实际效果的角度表征了结构的非平衡演化状态和演化趋势,能量耗散率积分更合适用于评价岩体工程结构的长期稳定性.最后以深埋地下洞室作为工程算例,并对其长期稳定性进行分析.

新书架

《海洋-大气微波辐射:边界热与动力相互作用》Alexander G.Grankov著杜华栋等译该书讨论了利用卫星被动微波辐射遥感资料,分析海气界面上热力学变量和动力学过程的方法,并给出了大量新颖和有启示性的结论。分析的变量和过程所针对的时间范围覆盖了中尺度、天气尺度、季节性尺度以及年际变化。该书可作为高等院校气象海洋专业及相关专业人员学习卫星遥感资料在大气海洋科学中应用的教科书,也可为从事海气相互作用及相关领域研究的科研人员了解和掌握利用微波遥感资料研究边界层热与动力相互作用提供参考。

化学反应等温方程各种表示式之异同

化学反应等温方程是化学热力学的重要公式之一。其传统写法为 AG=AG°+RT In J （1） 自从将化学反应亲和势A、反应进度ξ和（（?）G/（?）ξ）T,p等物理量引入教材并采用国际单位制后,就出现了对（1）式的多种修订形式。除了用符号“·”代替“。”

4种等温物态方程适用性的比较

物态方程描述了压力、温度、体积等热力学变量间的联系，对研究高压下固体的特性具有重要的意义。由于不同固体的热力学特性差别较大，长期以来人们采用不同的函数形式对不同类型固体的物态方程加以描述。近几十年来，已经提出和建立了许多半经验半理论解析形式的物态方程：第一种是在弹性变形理论基础上导出的有限应力一应变关系，第二种是针对不同类型固体材料提出不同能量模型以建立相应的物态方程。长期以来人们希望能找到一种形式简单的通用物态方程，能够利用从低压实验数据确定的参数外推预测出材料在高压下的压缩性质。

黏性可压缩气体动力学和气动声学的统一理论基础初探(Ⅱ)边界上的纵场源

本项工作试图将经典气体动力学的基本理论扩展到黏性可压缩流动,其中气动声学自然是其中的一个特殊分支.作为(1I)无界流动(Maoetal,2022)文章的延续,本文研究由纵横过程的运动学和黏性动力学耦合导致的固体边界上的纵场源.我们发现在这种情况下,两个独立的热力学变量的最简单选择是无量纲压力和温度.将连续性方程及其法向导数应用于固体表面,可以得到纵场边界动力学的双层次结构.我们的研究表明,边界胀量流忠实地代表了涡声和熵声的边界产生;同时,边界上纵横场的相互生成机制并不是“对称”地发生在同一层次上,而是沿着曲折的路线出现.在第一层次,压力梯度单向地产生涡量;而在第二层次,涡量单向地产生胀量.