非平衡态热力学研究

2、非平衡态热力学
2.3熵方程
熵方程 熵的变化主要有两部分构成：由于和外界进行相互作用 所引起的熵变化，称为“熵流”，由系统自身产生的熵 增 量，称为“熵产”。
熵方程为
dS dS f dSg dS : 表示某一过程熵的变化 dS f : 表示熵流 dSg : 表示熵产
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2.4热熵流和质熵流
3、数据库检索
3.1Web of Science数据库检索报告 TS=(Non equilibrium thermodynamics ) OR TS= (Thermodynamics of irreversible processes )
数据库=SCI-EXPANDED, CPCI-S, CCR-EXPANDED, IC 时间跨度=2000-2014 检索数：370
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2.7昂色格倒易定律
通过研究发现自然唯象系数容易测得，而互唯象系数 较难测得，实验中严格地把某种因素从其他影响因素中 隔离出来非常不易。 昂色格对此作出了卓越的贡献提出了昂色格倒易定律 。
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现假设在某一不可逆过程中有两力，因而有两个与之 对应的共轭流，能相互产生干涉，得
3、数据库检索
3.2Web of Science TOP文献
运用热力学第二定律确定热泵每一个不可逆过程
简介 在不可逆的过程的机械中将失去一部分功，这也就 是说，当空调和热泵的工作过程中有一定的额外功。第 一定律是用于把所有热力循环进行求和计算，但是热力 学第二定律是要求额外功是不可逆循环较理想循环多做 的功。然而，现存的文献资料都没有对于这些给出很好 的例子。这篇文章将提供一个相关的例子，对于这将会 给工程师们在空调和热泵的设计和分析提供帮助，也会 给为学生编撰热力学图书的作者提供一些启发。
3、数据库检索
6. Stabilization of distributed systems using irreversible thermodynamics 作者: Alonso, AA; Ydstie, BE AUTOMATICA 卷: 37 期: 11 页: 1739-1755 出版年: NOV 2001 被引频次: 67 7. An anisotropic ductile damage model based on irreversible thermodynamics 作者: Brunig, M INTERNATIONAL JOURNAL OF PLASTICITY 卷: 19 期: 10 页: 1679-1713 文献号: PII S0749-6419(02)001146 出版年: 2003 被引频次: 64 8. Linear-nonequilibrium thermodynamics theory for coupled heat and mass transport 作者: Demirel, Y; Sandler, SI INTERNATIONAL JOURNAL OF HEAT AND MASS TRANSFER 卷: 44 期: 13 页: 2439-2451 出版年: JUL 2001 被引频次: 52
3、数据库检索
3.1Web of Science数据库检索报告
3、数据库检索
3、数据库检索
3.1Web of Science数据库检索结果及分析
3、数据库检索
3.1Web of Science数据库检索结果及分析
3、数据库检索
3.2Web of Science TOP文献
1. The nonequilibrium thermodynamics of small systems 作者: Bustamante, C; Liphardt, J; Ritort, F PHYSICS TODAY 卷: 58 期: 7 页: 43-48 出版年: JUL 2005 被引频次: 265 2. Nonequilibrium thermodynamics of thiol/disulfide redox systems: A perspective on redox systems biology 作者: Kemp, Melissa; Go, Young-Mi; Jones, Dean P. FREE RADICAL BIOLOGY AND MEDICINE 卷: 44 期: 6 页: 921-937 出版年: MAR 15 2008 被引频次: 189 3. MAXIMUM THERMIONIC ENERGY CONVERSION EFFICIENCY BASED ON THE THERMODYNAMIC OF IRREVERSIBLE PROCESSES 作者: Boris YA 文献号: 95134 出版年: MAR 31 2006 被引频次: 119
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有经验可知，许多现象是相互联系的，产生某种流不 一定只有它的的共轭力，有时候还有其他力。如，因浓 度梯度固然影响了质扩散流，但若有温度梯度存在，也 会对扩散产生影响，且影响质扩散流的这两种力，有时 候会互相影响。
2、非平衡态热力学
有些力能与流耦合，有些力与流却不能耦合。例如， 传热和传质都不能与化学反应耦合。 对此引出居里定理：在一个各向同性的系统里，流 与力的张量阶数之差如果为奇数，则不能耦合。
C x D为质扩散系数 J m D C为浓度 J m为单位时间内单位面积 上传质量
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由上面两个例子可得 t 与D主要与物料有关，它们被 称 作“流”，而 J Q和J m 称为这种流的共轭力。 流与共轭力的关系可表示为： J=LX 线性关系称为线性唯象关系式，系数L为常数，叫做唯 象系数。
1、绪论
不可逆过程热力学的理论确立很短，但发展很快， 许多理论和应用还在不断补充和发展之中。
对以下理论和概念进行阐述：
1、局部平衡假说；2、熵产率；3、线性唯象方程；4、 昂色格倒易定律
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2.1局部平衡假说
1、我们将把处理平衡态热力学的方法应用于不平衡态热力 学。这种将平衡概念扩展到不平衡过程的热力学，有时 候将其称为不平衡热力学。 2、一个不平衡系统内部到处是不均匀的，怎样才能将通常 描述平衡态的热力参数用来描述不平衡系统呢？
dSf dS f ,Q dS f ,m dS f ,Q 表示“热熵流”是指非 功能性引起的熵的变化 。 dS f ,m 表示“质熵流”是指由 工质进出所带来的熵的 变化。
注：对于孤立体系，熵流为0
由dS f 0 则dS dSg
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2.5熵产率和熵源强度
可逆过程dS g 0, 不可逆过程 dS g 0 所以dSg 0 dSg 这系统熵产率为 0 dt
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2.2熵产率与熵源强度 1、熵的定义：用来表示任何一种能量在空间中分布的均匀 程度，能量分布得越均匀，熵就越大。一个体系的能量完 全均匀分布时，这个系统的熵就达到最大值。这是1850年， 德国物理学家鲁道夫·克劳修斯首次提出熵的概念。 2、熵增原理 在经典热力学中，孤立系统的熵增原理指出： dSiso 0 由于系统不可逆，则系统熵增，熵增量是不可逆程度 的衡量标志。所以熵增量是一个及其重要的概念。
3、数据库检索
9. Nonequilibrium thermodynamics and nonlinear kinetics in a cellular signaling switch 作者: Qian, H; Reluga, TC PHYSICAL REVIEW LETTERS 卷: 94 期: 2 文献号: 028101 出版年: JAN 21 2005 被引频次: 48 10. Nonequilibrium thermodynamics in engineering and science 作者: Demirel, YA; Sandler, SI JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B 卷: 108 期: 1 页: 31-43 出版年: JAN 8 2004 被引频次: 43
3、数据库检索
3.2Web of Science TOP文献
4. Open-system nonequilibrium steady state: Statistical thermodynamics, fluctuations, and chemical oscillations 作者: Qian, Hong JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY B 卷: 110 期: 31 页: 15063-15074 出版年: AUG 10 2006 查看摘要查看摘要关闭摘要 被引频次: 89 5. Using the 2nd law of thermodynamcis to quantipy the extra power required for each irreversible process in compression cycle heat pumps 作者: Frank Wicks Mechanical Engineering department 文献号: 12308 被引频次：82
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对于不可逆过程，某一种流受多种力支配，可写成如 下关系式：
J j L j ,k X k
k
J j 表示某一种流 X k 表示J j的所有各种力 L j ,k 表示由第k种力所产生第 j种流的唯象系数 注： L j , j 表示共轭的流与力之间 的关系称为自然唯象系 数 L j ,k ( j k )是互唯象系数
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广义热力学认为，只要偏离平衡态不远就可以这样 做。方法是将整个系统分为若干个子系统，或局部系统， 而这些子系统应满足以下条件： 1）不能太大，以保证子系统物性可看作是均匀的， 内部不存在各种梯度。 2）不能太小，以免无法用宏观方法处理。 3）弛豫时间，即由非平衡态变为平衡态所需的时间要 短。 当满足这些条件时，这些子系统内部就可认为处于平 衡态了，因而可将热力平衡中的研究方法应用于这些子 系统。
J 1 L1,1 X 1 L1, 2 X 2 J 2 L2 ,1 X 1 L2 , 2 X 2 L1,1与L2， 2 为自唯象系数 L1， 2与L2， 1为互唯象系数
昂色格倒易定律为 L 1, 2 L2， 1
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• 如果第一种流受到第二种力的影响，则第二种流也会受 到第一种力的影响，这两种互相耦合的耦合系数是相等。 • 昂色格倒易定律适用于没有磁场的影响和偏离平衡状态 不远的系统。 • 有了昂色格倒易这个定律，就使得需要确定的互唯象系 数大大减少，从而节省了大量的工作和时间，所以它具 有重要的意义。
目录
• 1、绪论 • 2、非平衡态热力学 • 2.1局部平衡假说 • 2.2熵产率与熵源强度 • • • • • 2.3熵方程 2.4热熵流和质熵流 2.5熵产率和熵源强度 2.6线性唯象方程 2.7昂色格倒易定律
• 3、数据库检索 • 4、总结
1、绪论
最早研究不可逆过程的学者可以追溯到1854年的汤姆 逊（即开尔文爵士）。他在分析热电现象时，将整个过 程分为可逆过程和不可逆过程的两个部分，对不可逆部 分不予考虑，而将平衡热力学的定律应用与可逆部分。 虽然所得结果与以后的实验结果相符，但这种方法显然 不合理。后来，1876年亥姆霍茨分析扩散，1889年能斯 脱分析磁场温度变化引起电势也都用了与汤姆逊类似的 方法。 1931年，昂色格根据统计力学提出了著名的昂色格倒 易定律使得不可逆过程热力学真正成为热力学一个分支。 后来，普利高京提出了不平衡态的耗散结构理论，证明 了在远离平衡区有可能发生从无序转为有序的过程。 由于昂色格和普利高京的这些重大贡献，他们分别于 1968年和1977年获得诺贝尔化学奖。
式中t为ຫໍສະໝຸດ Baidu间
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• 单位体积的熵源强度，可进行如下表示：

d Sg
d td V 表示熵源强度
0
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2.6线性唯象方程 引例1 导热傅里叶定律
T J Q t x t 为导热系数 J Q为单位时间内单位面积 上传到热量
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引例2 扩散斐克定律