关键词： 热力学系统   肌肉收缩   细胞呼吸   神经传导   火山喷发   信号传递   能量流   物质运输  

摘要： 地球是个开放的热力学系统,从太阳获得源源不断的能量而产生能量流,这种能量流在根本上引起地球上的一切变化。变化的同时,地球也在增熵,增熵可毁灭系统,减熵可延缓系统的毁灭。地球有减熵“行为”,如地震、火山喷发等[1]。人体也是一个开放的热力学系统。为了生长、生存和繁衍,人必须在能量的驱动下不停做功,如心跳、呼吸、肌肉收缩、神经传导、细胞呼吸、信号传递、分子形成和物质运输等。

关键词： 裂纹扩展   热力学熵产   热力学损伤   热力学系统   循环熵产率   疲劳断裂熵  

摘要： 为研究600 ℃下镍基高温合金GH4169裂纹扩展过程的热力学损伤响应，基于热力学理论提出了含裂纹试样的热力学熵产计算方法。开展了裂纹扩展有限元仿真，并针对含裂纹试样提出了热力学系统的定义方法。分析了应力幅值对循环熵产率（CEGR）和累积熵产的影响规律，将累积熵产与疲劳断裂熵（FFE）的比值定义为热力学系统的热力学损伤，探究了归一化疲劳寿命与热力学损伤的关系。结果表明：热力学系统应始终将裂纹和裂纹尖端塑性区域包含在内；当应力幅值不变，不同循环数时热力学系统的循环熵产率并非恒定值，应力幅值越小，循环熵产率的分散性越大；疲劳断裂熵与应力幅值之间存在近似二次函数关系；热力学系统的归一化剩余寿命随热力学损伤的累积呈现指数衰减。

关键词： 热力学系统   物质交换   能量交换   宏观物体   微观粒子   矩阵计算   外部环境   热力系统  

摘要： 热力学系统(简称系统)必须是由大量微观粒子组成的宏观物体,可以对其发生影响(能量交换与物质交换)的外部环境称为外界。热力系统是一个涉及各项参数较多的系统,随着计算机技术的发展,各种仿真软件被引入暖通空调的设计和性能分析。本文概述了MATLAB/SIMULINK软件的发展过程及应用场所。借助MATLAB强大的矩阵计算功能和工具箱进行动态系统仿真可以反映实时的运行状态。

关键词： 热力学第零定律   热力学系统   热平衡状态   基本定律   平衡定律  

摘要： 热力学第零定律,又称热平衡定律,是热力学的四条基本定律之一,是一个关于互相接触的物体于热平衡时的描述,并为温度提供了理论基础。最常用的定律表述是:“若两个热力学系统均与第三个系统处于热平衡状态,此两个系统也必互相处于热平衡。”

关键词： 热力学第零定律   热力学系统   热平衡状态   基本定律   平衡定律  

摘要： 热力学第零定律,又称热平衡定律,是热力学的四条基本定律之一,是一个关于互相接触的物体于热平衡时的描述,并为温度提供了理论基础。最常用的定律表述是:"若两个热力学系统均与第三个系统处于热平衡状态,此两个系统也必互相处于热平衡。"

关键词： 熵增定律   热力学系统   高温物体   克劳修斯   低温物体   混沌无序   德国人   开放竞争  

摘要： 管理其实只要做好一件事情就够了,那就是如何有效对抗“熵增”,让企业最大限度地释放出活力。熵增定律是什么?1854年,一位叫克劳修斯的德国人,首次提出了熵增定律的概念。他认为在一个封闭热力学系统中,热量总是从高温物体流向低温物体,从有序走向无序,如果没有外界向这个系统输入能量的话,那么熵增的过程则是不可逆的,最终会达到熵的最大状态,系统陷入混沌无序。

关键词： 热力学系统   微分几何分析   临界慢化   高斯曲率   临界点   临界指数   范德瓦尔斯方程  

摘要： 在物理学中,几何方法的运用极其广泛而深远。其中诺特定理就是一个著名结果,它表明可以从物理系统的对称性推导出守恒定律。而经过几十年的发展,物理学中通过引入几何方法中规范对称性,成功在统一的框架下描述了强力、弱力和电磁力,这被称为标准模型。而描述引力的理论,即广义相对论的核心数学也是黎曼几何。这表明几何方法是物理理论的核心。而在热力学与统计物理之中,主要工具是数学分析与数理统计,几何方法的运用较少。但Ruppeiner于1979引入黎曼几何来研究涨落理论的Ruppeiner几何显示了几何方法在热力学领域的重要性。本文同样基于在热力学领域引入几何手段的思想,利用微分几何研究了物态方程曲面的高斯曲率与压缩率临界指数γ之间的关系,希望作为更多从几何角度来理解热力学与统计物理的启示。在微分几何的理论中,依据我们前面所述,对于一个任意的曲面,最关键的量是那些在坐标变换下的不变量,也就是高斯曲率和平均曲率。其中,对于一个内禀的系统,即只给出曲面的第一基本形式时,只需要研究曲面的高斯曲率。在热力学中,最基本最重要的热力学函数被认为有三个,分别是物态方程函数、内能函数以及熵函数,它们分别是热力学最重要的三个定律的简洁的数学描述。知道了这三个函数,其它热力学函数就可以由麦克斯韦关系和勒让德变换导出,因此系统的平衡性质可以完全确定。物态方程是由热力学第零定律引入的态函数,简单而不失基础性与重要性。对于最简单的p-V-T系统,物态方程可以写成p=p(V,T),从几何角度看就是在三维平直空间的光滑二维曲面,因此,在每一点都有它的高斯曲率和平均曲率,这两个曲率的变化恰恰反映了系统的状态变化。特别的,对于相变研究中最重要的临界点,实验上观察到在临界点附近,系统从温度或体积方向趋近于临界点的时间尺度相当长,这被称为临界慢化的现象反映了临界点热力学性质与路径无关。同时,临界现象可以通过临界指数来描写。因此可以利用微分几何的理论来研究临界点的性质以及临界指数。本论文的主要研究内容有以下三个部分:第一,求解计算了物态方程曲面在临界点的高斯曲率和平均曲率,并指出其高斯曲率必小于或者等于零的物理意义。随后计算了自1873年来提出的各种经验的以及半经验的物态方程曲面在临界点的高斯曲率和平均曲率的具体数值,并指出,由其高斯曲率数值可以作为判断这些物态方程有效性的一个依据,而真实的气-液相变的高斯曲率为0,也就是零高斯曲率假设。第二,分析了物态方程在临界点的高斯曲率与压缩率临界指数γ之间的关系。发现此高斯曲率是否为零完全由压缩率临界指数γ决定。作为检验,直接计算理想玻色气体物态方程在临界点的高斯曲率,发现其临界指数大于1,与实验结果相符。第三,提出根据高斯曲率为零,来修正范德瓦尔斯方程。并且根据修正后的范德瓦尔斯方程,计算了其压缩率临界指数γ为3,跟我们上面提出的高斯曲率-临界指数关系相吻合。总而言之,本文引入微分几何的方法来研究物态方程曲面在临界点的高斯曲率,分析得到了高斯曲率-临界指数关系,指出了压缩率临界指数的几何意义。进而研究了修正以后的范德瓦尔斯方程的压缩率临界指数。本文给出了引入更多几何方法来研究热力学与统计物理的问题的一些启示。

关键词： 消防服系统   热力学系统   热能输运   阻燃机理  

摘要： 消防服有隔绝热源、保护消防员的作用,新角度下消防服热传递机理分析有助于改进设计和提升热防护性能。构建一个消防服系统与火场进行能量交换的热力学体系,探究了该系统中热动微团的分子运动形式及粒子热动能输运模型;剖析了消防服作为高温火场与低温"消防服系统"界面时的传热模型;论述了火场环境中消防服的传热机理;从燃烧和热能输运角度分析了消防服阻燃机理,提出了一些初步的热力学阻燃体系构建思路。这为进一步的消防服传热机理研究奠定基础,也为热防护服的服装结构、面料、纤维等开发设计提供参考。

关键词： 热力学系统   微分几何分析   临界慢化   高斯曲率   范德瓦尔斯方程  

摘要： 利用几何法分析热力学系统的性质,具有很长的历史。不过几何分析方法并没有进入热力学分析的主流,现在热力学中主要的数学工具是数学分析,即偏导数及其变换。本文利用微分几何分析了气-液临界点附近的性质,期待能给热力学行为带来一些启发。在微分几何中,一个二维曲面的方程,并不带有这个曲面最关键的信息,而必须寻找曲面的不变量系统,平均曲率和高斯曲率是两个关键的不变量。进一步,二维曲面的黎曼几何是一个独立的理论系统,高斯曲率是唯一的曲率。在热力学中,最简单的方程即物态方程,而最简单的系统即所谓的PVT系统,其物态方程可以写为(?)。用微分几何语言,这就是一个三维平直空间中的二维曲面方程。气-液临界点还需满足另外两个方程?÷(28)0和?÷(28)0。这明显意味着,从实验的角度,主要通过等温过程研究物态。换言之,在临界点,等容过程在真实实验中较难进行。但从另一角度,在临界点热力学性质的数值模拟中会发现,临界点附近的一些重要性质和趋近于临界点的路径无关,其中的一个重要性质即所谓的临界慢化,即越靠近临界点时,时间尺度越来越长。也就是说,临界点的热力学性质和趋近临界点的路径无关。因为几何中的不变量和路径无关,微分几何是恰当的理论工具。本文主要内容分为如下三方面:第一,证明了一个普适定理。对于PVT系统,物态方程曲面P=P(V,T)在气液临界点的高斯曲率不可能大于零,但可以为零,即不可能是椭圆点。第二,提出了气-液临界点性质的路径无关性的几何假说。理想气体物态方程曲面给出了的高斯曲率不可能大于零,也不可能为零,极限情况除外,由于理想气体没有相变,更没有气-液临界点,而真实气体方程和理想气体之间最关键的区别在于前者有相变,这一点强烈地意味着真实气体气-液临界点的高斯曲率为零。第三,利用气-液临界点性质的路径无关性的几何假说,研究了范德瓦尔斯方程中a、b参数是否含温度这一理论难题,结果发现,a、b可同时依赖于温度,通常的范德瓦尔斯方程中的a、b参数基本上是常量的原因在于该方程仅仅在非常靠近临界点时成立,在一个较宽的温度区域不成立。总之,本文主要利用微分几何分析了物态方程曲面在气液临界点附近的高斯曲率,由于这临界点的性质和路径无关,而且真实气体必须有别于理想气体,我们提出了气-液临界点性质的路径无关性的几何假说,认为其高斯曲率为零等。进而研究了范德瓦尔斯方程中a、b参数是否依赖于温度的问题。发现了原范德瓦尔斯方程的适用范围。由于气液临界点高斯曲率为零的假说中包含了较多的自由参数,可以附加一些限制,对这个问题,本文进行了一些思考,这方面的研究值得深入。

关键词： CO2   冰上运动场馆   热力学系统   能耗   温室气体排放  

摘要： 本文概述了冰上运动场馆中的CO2热力学系统发展历程,对比分析不同CO2热力学系统的特点,指出用CO2替代含氟制冷剂,可使能耗约降低50%左右,温室气体排放约降低95%。冰上运动场馆中的CO2热力学系统具有安全性高、能耗和运行成本低、环境友好等优点,所以CO2是冰上运动场馆的能源系统中最有前景的工质之一。