热力学非线性区最小熵产生原理和热力学稳定性

经典的非平衡态热力学只能在热力学线性区证明最小熵产生原理,无法在非线性区证明该定理.将热力学熵平衡方程同动力学方程组结合,使最小熵产生原理能够在热力学非线性区得以证明,使之成为非平衡态热力学线性区和非线性区都成立的普遍原理.经典的非平衡态热力学超熵未包括宏观动力过程.必须引入广义动能修正超熵才能作为系统的Lyapounov稳定性函数.但是考虑了动力过程的理想流体负超熵可以直接作为系统的Lyapounov稳定性函数,而且证明导致系统不稳定的原因是流体宏观参数扰动同宏观过程相互作用的结果.对于环境流体这个Lyapounov稳定性判据是目前得到的普遍的稳定性判据.     

毛细管电泳中溶质系统的熵平衡方程

采用非平衡热力学的研究方法,提出了溶质系统在毛细管电泳（ＣＥ）分离过程中的熵平衡方程．指出了各种非平衡因素不仅使溶质带展宽,同时也促使溶质带间分离．阐明了溶质系统的熵平衡方程是整体优化ＣＥ分离大系统的基础．     

论非平衡态统计物理基本方程——兼论非平衡熵演化方程和熵产生率公式

该文综述了作者的研究成果．十多年前,作者提出了一个新的非平衡态统计物理基本方程以取代现有的Liouville方程．这就是6N维相空间的随机速度型Langevin方程或其等价的Liouville扩散方程．这个方程是时间反演不对称的．它表明,统计热力学系统内的粒子运动形式同时具有漂移扩散二重性,统计热力学运动规律是由动力学规律和随机性速度二者叠加而成的,既有确定性又有随机性,因而有别于动力学系统内的粒子运动规律．粒子的随机扩散运动正是宏观不可逆性的微观起源．由这个基本方程出发,求得了BBGKY扩散方程链、Boltzmann碰撞扩散方程和流体力学方程,如质量漂移扩散方程、Naiver．Stokes方程和热导方程等．更重要的,首次建立了6N维、6维和3维相空间的非平衡熵密度随时空变化的非线性演化方程,预言了熵扩散的存在．这个熵演化方程在非平衡熵理论中起着核心作用．它指明,非平衡熵密度随时间的变化率是由其在空间的漂移、扩散和产生三者引起的．进而由这个演化方程,求得了6N维和6维相空间的熵产生率公式、即熵增加定律公式,论证了非平衡系统内部吸引力能导致嫡减少而排斥力则引起另一种熵增加,导出了熵减少率或另一种熵增加率的共同表达式,给出了统一热力学退化和自组织进化的理论表达式,阐明了趋向平衡的熵扩散机理．作为应用,还将这些熵公式用于计算和讨论了一些实际非平衡态和定态物理课题．所有这些结果都是严格统一从新的基本方程推导出的,未增补任何其他新假设．     

物理化学中的重要状态函数—熵

热力学第二定律揭示了自然界所发生的一切实际过程的共同特点：它们都是热力学上的不可逆过程,但克劳修斯、开尔文等人对热力学第二定律的表述都只是定性的表述,不能定量说明过程发生的可能性及实际发生过程的不可逆程度。1865年克劳修斯引人了媳的概念,这一引入对热力学理论及生产技术的发展都起了重大作用。熵是热力学系统的基本状态函数,由它导出了第二定律的数学表达式,形成了对两状态间过程发生可能性的定量判据;在引入熵的基础上导出的赫氏自由能与吉氏自由能使我们能用其定量判断过程的自发方向及限度。内能U与嫡S是热力学中…     

熵产生与能耗散

从一般的局域平衡系统的熵平衡方程出发,分析讨论能耗散的物理本质及其与熵产生密度σ的定量关系,指出存在三种不同形式的能耗散:机械能转变为内能,内能中较高质的自由焓转变为低质的内能,内能从高温处转移到低温处时的眨值。结果表明,三种形式的能耗散率Φ_1虽都是Tσ的分量,但总能耗散率Φ与Tσ的普遍关系不是Tσ=Φ而是T(σ-w)=Φ,其中Tw=是单位体积内的体积力对扩散流的功率(而不是一般的功率)。这些结论与已有文献所提出的不同。本文还分析讨论了某些非局域平衡系统的熵产生与能耗散的关系,得出新的结论。     

自发熵减少及其统计公式

世界为何能抵抗熵增加定律而涌现自组织结构?孤立系统的熵是否永远只增不减?热力学退化和自组织进化可否统一,如何统一?本文从非平衡熵演化方程出发,论证内部有相互吸引力作用的非平衡系统可能会自发涌现一种新的熵减少,它与传统的熵增加定律共存,互相抵消,结果导致孤立系统的总熵可能减少,从而不仅使孤立系统亦促进开放系统涌现自组织结构。本文推导出这种新的熵减少率的统计公式,并从数学形式和微观物理基础两方面与作者前些年得到的熵增加定律的统计公式作了对比;进而给出孤立系统和开放系统的总熵变化率公式,前者由熵增加定律公式和新的熵减少率公式相加决定,后者为熵增加、熵减少和熵流出3项的代数和,二者都显示了热力学退化和自组织进化的统一。应用本文理论公式,定性地讨论了两个实际孤立系统不均匀结构的形成,包括对宇宙热寂推论的澄清。     

地球-大气-海洋系统熵收支的估算

地球-大气-海洋系统的能量收支遵循热力学第一定律(能量守恒定律),是守恒的;而系统的熵收支却遵循热力学第二定律(熵增加原理),是不守恒的. 文中给出并讨论了地球-大气-海洋系统的熵平衡方程并根据新近的全球多年平均的能量收支和海-气界面通量气候资料,重新对地球、大气和海洋系统界面上的年平均熵收支作出估计,以期为进一步研究系统内部不可逆过程导致的熵产生及其局域熵的时-空变化提供一个定量依据.     

从刘维空间反常朗之万方程到非平衡熵

用刘维空间反常朗之万方程取代刘维方程作为统计物理的基本方程，由此得到了平衡态系综，推导出了吉布斯非平衡熵和玻耳兹曼非平衡熵的变化率、非平衡态热力学基本方程及熵增加原理。自扩散张量是决定熵产生和扩散熵流的重要参量，但在非均匀的远离平衡态系统内不能证明熵产生密度各处都为正或等于零，而在某些局部可能为负。     

不可逆过程中熵变问题的讨论

对理想气体的熵变、热传递过程中物体的熵变以及热源的熵变、相变过程中的熵变进行了分析与讨论,归纳总结出几个比较典型的不可逆过程中热力学系统熵变的计算方法,以解决熵概念理解及熵变的计算问题.     

热力系统的熵分析

根据热力学第二定律,应用熵平衡法对热力系统进行分析和设计。作为实例,应用此方法分析以溴化锂—水为工质的单级制冷系统和单级热转换器系统。结果表明,熵平衡法不仅可以获得如能量法和(火用)分析法相同的结果,而且还可清晰地揭示系统中各个过程的不可逆性,对系统性能系数和效率的影响。该系数和效率仅取决于过程的性质而与环境条件无关。     

道路交通系统类热力学熵及其应用

基于道路交通系统的组成、特点和状态与热力学系统的相似性，应用熵对其进行描述．通过分析热力学熵的系统参数广延量(热流)和强度量(温度)，用交通量、密度和速度构造了道路交通系统的类热力学熵，揭示了道路交通系统类热力学熵产生的内部机制．并通过分析熵与流和力的关系，应用熵理论建立了动态密度模型和速度模型，为交通规划和交通系统仿真提供了基本原理及理论基础，使较为松散的理论体系系统化．     

谈“熵”论“能”

从教学角度比较熵与能的区别与联系.探讨了可以用有序能(功能)来作为运动转化能力的量度,也可以用无序能(熵能)来表示运动转化能力退化的程度;强调了熵在物理化学教学中的重要性.如混合熵与稀溶液的依数性的关系,熵与反应的热力学趋势及动力学速率的关系等;以太阳的负熵流对地球生物体的重要性为例,探讨了如何进行理论联系实际的课堂教学.     

熵概念研究

对熵进行了讨论,熵是物理学中的一个基本问题,通过熵的发展过程分析,建立了熵的层次性概念,用热力学方程分析了熵,并给出了熵的层次关系证明。结果表明,克劳修斯熵最小,玻尔兹曼熵居中,申农熵最大。     

噪声对混沌系统近似熵的影响

以Logistic方程描述的离散系统和Lorenz方程描述的连续系统为例,采用白噪声和无噪声信号以不同的信噪比混迭而成数据的方法,分析了相同数据长度N,不同信噪比下,混沌系统近似熵的变化;相同信噪比,不同数据长度对系统近似熵的影响.结果表明:在相同数据长度N下,随着信噪比的减小,系统近似熵呈不断增长的趋势;信噪比相同情况下,在一定范围内改变数据长度N,对系统近似熵影响不大.     

熵变的计算

归纳了大学物理可逆过程和不可逆过程熵变的计算公式,阐述了求解熵变应注意的两个问题:判别热力学过程是否可逆是解决问题的关键;若要完整地求解熵变问题,必须熟练掌握各可逆过程中的过程方程、迈耶公式、比热容等表达式.     

论熵争论中否定熵的倾向：与王兆强先生商榷

在熵的讨论中，学术界有一种有人根本上否定“熵”和“熵理论”的倾向。本文从热力学熵的引入，含意和熵增原理在有关的不逆过程中的应用，说明熵是一个真实而合理的物理量，熵增原理是反映热力学第二定律本质的定量表述；并提出了熵的泛化不能违背熵概念和熵增原理的基本界定的观点。     

热力学中的若干相对论问题

运用狭义相对论理论和已确定的温度(T)的相对论结果分析了热力学理论中的若干常用概念．并得出了相应的动力学结论：理想气体热力学系统的压强(P)和内能(E)均与惯性运动无关，而熵(S)与惯性运动有关，且熵是增加的。     

论熵争论中否定熵的倾向─—与王兆强先生商榷

在熵的讨论中，学术界有一种从根本上否定“熵”和“熵理论”的倾向。本文从热力学熵的引入、含意和熵增原理在有关的不可逆过程中的应用，说明熵是一个真实而合理的物理量，熵增原理是反映热力学第二定律本质的定量表述；并提出了熵的泛化不能违背熵概念和熵增原理的基本界定的观点。     

浅谈克劳修斯熵

以与能量相比较的方式阐释熵概念的提出,并说明熵与孤立的热力学系统的平衡态之间的联系.指出熵可以作为系统平衡态的判据,并举例说明.     

流化床非平衡态热力学分析模型

用非平衡态热力学的分析方法分析了流化床系统的熵、熵产生、熵流,讨论了流化床系统的热力学分支和耗散结构分支,论证了流化床系统的能量最小原则,使热力学第二定律同流化床理论研究有机地相结合。建立了鼓泡流化床的数学模型和过渡态判据。热力学第二定律的引入,使热力学和流体动力学与流化床理论研究、耗散结构分支与系统运动形式的多样性、系统总体稳定与局部非稳定在理论描述上相统一。