对“辐射热力学的新进展——辐射有效能 光量子等效温度 光量子熵常数”一文的讨论

陈则韶等人在“辐射热力学的新进展——辐射有效能 光量子等效温度 光量子熵常数”（中文版见中国科学E辑：技术科学，2009，39（4）：609～617；英文版见Sci China Ser E-Tech Sci，2008，51（8）：1096—1109）一文中，通过赋予单个光子以有效能和熵等宏观热力学参数，提出了光子等效温度和光子熵常数概念．本文证明若将这些概念及其推论用于宏观热力学系统，将得到违背宏观热力学定律的结论，说明光子等效温度和光子熵常数概念是错误的．     

不可逆过程广义热力学动态优化研究进展

广义热力学优化理论是热科学与技术领域的研究热点之一.本文首先回顾了有限时间热力学、熵产生最小化理论、理论、广义热力学优化理论的产生与发展,深入剖析了上述热学优化理论的物理内涵及其相互间异同点,然后从传热过程、传质过程、电容器充电电路和经济贸易过程等不可逆过程动态优化研究方面介绍了广义热力学优化理论的研究进展,重点比较了熵产生最小化理论和理论在传热传质过程优化中的异同点,最后指出除在研究对象范围和研究内容方面进一步拓展与细化外,追求物理模型的统一性、优化方法的通用性和优化结果的普适性是广义热力学优化理论的另一重要发展趋势.     

辐射热力学的新进展——辐射有效能 光量子等效温度 光量子熵常数

对辐射热力学中光谱辐射能热力学特性研究的新进展进行了回顾．介绍了表征光量子能量品质的光量子等效温度乃新参数，给出了乃与波长的关系式λTλ=c3=5．33016×10^-3m·K和光量子熵常数sλ=3．72680×10^-23J／K．用Tλ和sλ讨论了黑体光谱辐射力、平衡态空腔辐射能、开口系辐射流等的有效能、熵参数、焓参数的表征及光子气的状态变化过程的熵变化；通过光谱辐射有效能的分析，证明了用于光合作用的光谱辐射能量的有效能效率大于光能量的有效能利用率．讨论了辐射能转换器的辐射有效能不可逆损失的计算方法．     

信息系统中的信息粒与熵理论

信息粒度与熵理论是两种有效进行信息系统中不确定性研究的重要工具，已有许多成功的应用范例．文中研究了不同二元关系下信息系统中信息粒的刻画和表示，给出了信息系统中信息粒度的公理化定义，证实了一些已有的信息粒度度量都是其特殊形式．发展了信息系统中的熵理论，证明了这些熵度量的粒化单调性．同时，在信息系统意义下，建立了信息粒度与熵之间的互补关系．这些研究统一了完备信息系统与非完备信息系统中不确定性度量的相关结果．     

金属氯化物封端线性低聚磷嗪作为润滑剂的摩擦学行为研究

合成了一系列金属氯化物封端线性低聚磷嗪衍生物, 利用SRV摩擦磨损试验机评价了其作为润滑剂对钢/钢摩擦副的润滑效果. 结果表明, 合成的线性低聚磷嗪衍生物作为润滑剂的摩擦学性能与侧链取代基和金属离子密切相关. 所考察润滑剂的抗磨性能随着金属离子半径的增加呈现增强趋势, 但铁盐例外. 通过扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪观察分析了钢盘磨损表面的形貌和元素化学状态, 发现金属氯化物封端线性低聚磷嗪衍生物在摩擦过程中形成了由含有机氟化物、氮的氧化合物、Fe₃(PO₄)₂等组分的物理吸附膜和摩擦化学反应膜构成的复合润滑膜, 从而有效提高了抗磨减摩能力.     

对耗散结构中熵的探讨

经典耗散结构对其有序的分析虽然误用了热力学第二定律和无序度的熵，但这掩盖不了耗散结构本身的价值。耗散结构的有序是耗散结构在形成过程中各因子之间形成的相互联系，它是一个宏观整体的概念，反映了系统内部的联系程度，与无序度熵有着本质的区别。对于系统内的桌一粒子、要素、子系统来说是并无有序的概念可言。耗散结构中熵的实质是宏观有序和能量转换，体现的是热力学第一定律。热力学第二定律的使用前提是孤立系统，耗散结构中并不存在孤立的内部系统，无序度熵的引入，严重误导了对熵的本质理解。不能用封闭的、静态的、机械的、线性的观点看待开放的、动态的、有机的、非线性的物理过程。探讨熵的实质。对科学研究的方法和思维有重要意义。     

对“辐射热力学的新进展——辐射有效能 光量子等效温度 光量子熵常数”一文的讨论

陈则韶等人在"辐射热力学的新进展——辐射有效能光量子等效温度光量子熵常数"(中文版见中国科学E辑:技术科学,2009,39(4):609～617;英文版见Sci China Ser E-Tech Sci,2008,51(8):1096―1109)—文中,通过赋予单个光子以有效能和熵等宏观热力学参数,提出了光子等效温度和光子熵常数概念.本文证明若将这些概念及其推论用于宏观热力学系统,将得到违背宏观热力学定律的结论,说明光子等效温度和光子熵常数概念是错误的.     

不可逆循环的广义热力学动态优化研究进展

本文在简要回顾有限时间热力学、熵产生最小化理论、理论、广义热力学优化理论的基础上,从理论热力循环(包括恒温热源理论热机循环,变温热源理论热机循环,串接、联合和多热源理论热机循环,具有非均匀工质的理论热机循环,多级热力循环)、理论化学机循环(包括单级等温化学机循环,单级非等温化学机循环,多级等温化学机循环,多级非等温化学机循环)、工程热力与化学循环(包括活塞式加热气缸膨胀过程,内燃机循环,光驱动发动机循环)、商业机循环等不可逆循环动态优化研究方面介绍了广义热力学优化理论的研究进展,最后指出除在研究对象范围和研究内容方面进一步拓展与细化外,追求物理模型的统一性、优化方法的通用性和优化结果的普适性是广义热力学优化理论的另一重要发展趋势,包括建立广义机模型.     

聚乙烯醇／羟基磷灰石复合水凝胶的摩擦磨损机理研究

选用高分子聚乙烯醇（PVA）和纳米羟基磷灰石（HA）为原料，采用反复冷冻-解冻法制备PVA／HA复合水凝胶．在超高精度三维轮廓仪和扫描电镜上观察PVA／HA复合水凝胶的微观形貌，采用平头圆柱压头测定PVA／HA复合水凝胶的压缩弹性模量和应力松弛特性，在微摩擦试验机上开展PVA／HA复合水凝胶与牛膝关节软骨之间的摩擦磨损实验，利用环境扫描电镜表征试样磨损后的表面形貌．结果表明，PVA／HA复合水凝胶具有与天然骨组织相似的交联网状微观结构，随着冷冻．解冻次数和HA含量的增加，PVA／HA复合水凝胶交联度增加，结晶程度增强，弹性模量显著提高，应力松弛速率增大，应力平衡值降低；摩擦系数随冷冻-解冻次数和HA含量的增加而降低，且冷冻-解冻次数越大，摩擦系数达到稳定平衡值的时间越早；PVA／HA复合水凝胶／牛膝关节软骨配副的摩擦变形深度随冷冻．解冻次数和HA含量的增加而减少；PVA／HA复合水凝胶的磨损机理主要表现为塑性流动和粘着现象，磨损轻重程度随冷冻-解冻次数和HA含量的增加而降低．     

异种纯金属固-固界面化合反应初生相孕育期的动力学极限

以最小熵产生原理、昂色格倒易关系等线性不可逆过程热力学理论为基础建立模型，讨论了在扩散焊等温、等压条件下，一对可产生界面化合反应的固相纯金属，其连接界面演变初期，异种元素互扩散与界面化合反应两线性不可逆过程的相互关系；揭示了界面反应初生相孕育期在动力学上的必然性，得到了初生相孕育期的动力学极限以及初生相的动力学临界形核尺寸，并以Al-Mo界面反应为载体，对相关理论计算值与相应实验结果进行比较，证明了其理论分析的可靠性．     

斯特林循环输出功率优化分析

基于有限时间热力学理论,结合理论和熵产理论,以输出功率最大为目标对斯特林循环进行了分析和优化,探讨了损失、耗散、熵产、熵产数及改进熵产数在系统参数优化方面的适用性.研究表明,当循环的热源为给定温度的无限热容热源时,系统的最大损失率对应于最大输出功率,最小熵产率和耗散率极值不与最大输出功率对应.当系统的热源为有限热容热源时,在给定高低温热源流体入口温度和热容量流的条件下,系统的最大损失率、最小熵产率、最小熵产数和最小改进熵产数均对应于系统最大输出功率,而耗散率极值不对应.随着高温热源流体热容量流增加,系统的输出功率、损失率、熵产率和耗散率均随之增加,而熵产数和改进熵产数先减小后增加.综合而言,在本文讨论的各种工况下,损失的概念用于斯特林循环输出功率优化时,其一致性优于本文讨论的其他参数.     

淡水龙虾螯的结构及力学性能的研究

本文用X射线衍射仪、场发射电子显微镜和能谱仪分别分析和观察了龙虾螯的微观结构和成份,并用纳米压痕仪和UMT-2摩擦磨损实验机测量了龙虾螯的硬度和摩擦学特性.结果表明：龙虾螯含有Ca,Mg,C,O和Na等元素,以非晶的矿物质相存在.在螯的表面存在微小凹坑和半圆微凸起,在凹坑内和微凸起周围有刚毛,刚毛上有小刺,呈非光滑表面.螯被分为上表皮、外表皮和内表皮,其外表皮层和内表皮层是由螺旋夹板层构成.螯的表面硬度和弹性模量分别为0.27和5.28 GPa.随着横截面距离的增大,龙虾螯的硬度和弹性模量逐渐降低,存在明显的力学性能梯度.当热处理温度低于200°C时,螯的硬度和弹性模量变化不大,随后逐渐增加.在水润滑条件下,螯/氮化硅摩擦副的摩擦因数大于其干摩擦下的摩擦因数.该研究为抗压复合材料和抗摩表面的设计提供仿生学依据.     

碘化氢分解反应过程熵产率最小化

热化学硫碘循环是一种有潜力的制氢方式,而碘化氢分解反应是制氢过程的关键步骤,碘化氢的分解转化率决定了制氢效率的高低.为进一步从热力学第二定律的角度对碘化氢分解过程进行分析优化,本文建立了碘化氢分解一维活塞流管式反应器模型,并基于有限时间热力学理论,以系统中熵产率最小为优化目标进行研究.考虑传热、流动和化学反应过程的总熵产率,在给定的混合气体进口温度和混合气体进口压力及氢气产率约束条件下进行优化分析,分别考虑管长度固定和自由的两种情况,利用最优控制理论求解管外的热源温度最优分布.结果表明优化后的反应器中管外热源温度和混合气体温度差值存在相对恒定的子区间,并且管外热源的温度变化范围相对热源线性变化的参考反应器更广.与参考反应器相比,管长固定时(L=3 m)最优反应器的总熵产率降低了51.3%,管长自由变化时总熵产率存在二次最优,此时最优反应器长度L_(opt)=4.91 m,总熵产率相比参考反应器降低了57.6%.总熵产率的降低主要是由降低传热过程不可逆性实现的,适当延长管长可进一步降低反应过程中总熵产率.同时结合工业生产实际对如何实现热源温度最优分布进行了探讨.本文的研究结果对碘化氢分解反应器的尺寸参数和工艺条件设计可提供理论指导.     

海基合成燃油系统关键单元的热力学分析与优化研究进展

本文在简要回顾化学反应过程有限时间热力学研究的基础上,从海基合成燃油系统的碳、氢源捕获子系统各单元(包括电化学海水酸化单元,酸化海水CO_2捕集单元,氢气(H_2)获取单元)、燃料催化合成子系统各单元(包括"长链烃裂解"合成燃油技术路径中逆水气变换单元反应器、费托合成单元反应器,"短链烃聚合"合成燃油技术路径中CO_2氢化合成低碳烯烃单元反应器、烯烃齐聚单元反应器)性能研究方面介绍了其热力学分析与优化研究进展.研究工作结合热力学、传热学、流体力学、化学反应动力学、最优控制理论和多目标优化方法,建立模型,优化性能,探索海基合成燃油系统关键单元的热设计与优化问题.由浅入深,从建立热源温度完全可控的一维活塞流反应器模型到建立考虑真实热源载热工质的二维拟均相反应器模型;由可逆模型到不可逆模型,从建立经典平衡态热力学模型到建立考虑多种不可逆因素的有限时间热力学模型;由单目标优化到多目标优化,从熵产生率最小和比熵产生率(对目标产物产率平均的熵产生率)最小的单目标优化到综合考虑目标产物产率最大和熵产生率最小、出口平均转化率最高和最大径向温差最小的多目标优化.本文取得了一些具有重要理论意义和实用价值的研究成果,可为海基合成燃油系统的设计与优化提供科学依据和理论指导.下一步的发展方向是实现两个子系统和全系统与关键单元集成的构形热力学优化.     

知识表达的分维度量理论

对定量分析、研究知识表达进行了尝试，从分维认识论角度出发，结合分维理论，使用信息论中的信息度量原理和方法，对知识表达的信息量、熵等一系列信息度量特征进行了研究，进而对知识表达的最大熵原理、熵增原理进行了探讨。     

机械密封端面间液膜摩擦热的传热规律

建立了由机械密封的动环、静环、端面间液膜和密封介质组成的传热系统，研究了液膜摩擦热的传热规律．影响传热规律的主要因素有密封环对介质的给热系数、摩擦热流密度和摩擦热的分配系数等．推导了密封环与液膜的温度分布方程，在考虑液膜黏度随温度变化的基础上，对液膜的摩擦热和密封环的热变形进行了耦合分析，确定了变形端面之间的夹角．研究表明，液膜摩擦热对液膜特性和密封性能的影响显著，其不仅改变了端面间的间隙形式，而且使液膜黏度减小，导致泄漏率增加．传热系统的最高温度位于液膜内径处，绝大部分摩擦热通过动环传递到介质中．依据提出的传热分析方法，可确定密封环的最佳几何尺寸并选择合适的密封环材料．     

振动工况下磨料磨损试验研究

设计了一台振动磨料磨损试验机，进行动载荷作用下磨料磨损研究试验。本试验针对45#钢和42CrMo两种材料在不同形状规格和不同磨料下，改变振动频率来研究振动对两种材料磨损量的影响，通过试验数据得出关系曲线，并对其进行理论分析。试验结果表明：振动对磨料磨损的影响不容忽视。在低频振动范围内，对45#钢并非振动频率越高磨损量越多，而是有一个分界点；而对于42CrMo而言，在f〉2．5Hz时还出现振动减磨的情况：     

电场对Al2O3／Cu摩擦磨损特性的影响及其机理研究

使用自制面接触往复式滑动摩擦磨损实验机，采用质量分数为１％硬脂酸锌水基乳化液作为润滑剂，研究了边界润滑状态下外加直流电场对Ａｌ２Ｏ３／Ｃｕ摩擦副在低速滑动时的摩擦系数和磨损量的影响。实验结果显示：正向电压的施加能够显著地改变摩擦副的摩擦系数，外加电压＋２０Ｖ可使摩擦系数增加约２００％，摩擦系数的改变与外加直流电压的通断是对应的，平均响应时间大约为１ｍｉｎ，初步分析结果表明：外加电场的存在改变了摩擦     

CO_2-CH_4体系热力学性质(PVTx)研究进展

开展CO_2-CH_4体系热力学性质研究,可以为注CO_2强化非常规天然气开采中气藏内CO_2-天然气混合流体的流动、扩散及运移研究提供必要的基础热物性数据,具有重要的科学意义和研究价值.本文综述了基于压缩因子测量方法和密度/体积测量方法的CO_2-CH_4体系热力学性质实验研究、不同类型热力学状态方程研究的国内外现状,总结了现有研究的不足及研究动向.研究分析得出主要研究趋势包括:实验测量深层、超深层气藏高温高压(超高压)条件下CO_2-CH_4体系的高精度密度数据;开展高CO_2浓度(x0.90)CO_2-CH_4体系在临界区温度压力条件下的密度测量实验研究,分析其相态和PVTx变化规律;建立或发展适用于以上温度、压力条件的状态方程,准确预测CO_2-CH_4体系热力学性质变化规律.本研究为今后CO_2-地下流体混合体系的热力学性质研究提供了参考和借鉴.     

低温/宽温域下自润滑关节轴承摩擦学性能研究

针对我国大型低温风洞设计建设中关键运动执行机构的运动精度和稳定性需求,开展了低温/宽温域环境下,自润滑关节轴承的摩擦磨损规律和模拟服役性能研究.自主研制了低温关节轴承试验机和适用于低温工况的自润滑关节轴承,开展了113～323 K宽温域范围内的摩擦磨损试验,研究了温度、载荷对关节轴承整体摩擦系数的影响规律,并开展了关节轴承的低温耐久性试验.研究结果表明:随着环境温度的降低,关节轴承的动、静摩擦系数均呈现先上升后平稳或下降的趋势,反映了热激活效应和自润滑材料理化特性对其摩擦性能的综合影响规律;温度高于153 K时,较高载荷有利于摩擦转移膜的形成,从而导致摩擦系数降低,然而当温度低于153 K时,几乎难以形成转移膜,载荷越大磨损越严重,因此摩擦系数在高载荷下反而更大;经过113 K低温下30000摆次试验,关节轴承的动摩擦系数略有升高,但仍低于0.18;轴承磨损量不大于0.08 mm,外圈内表面上织物磨损均匀,并在内圈表面形成转移膜以起到润滑作用.