不可逆输运过程的最小作用量原理

最小作用量原理最早应用于光学和力学等可逆的物理过程,其后人们基于熵产发展了不同表述的最小作用量原理来处理不可逆输运过程,昂萨格最小能量耗散原理就是其中的代表.然而,基于熵产的最小作用量原理并不一定对应符合实际情况的本构关系(例如不能导出傅里叶导热定律).本文通过分析表明,导热过程的最小作用量不是熵产率而是(与热质能成正比)耗散率.我们对质量和动量不可逆输运过程的最小作用量原理进行了探讨,发现不可逆定态线性输运过程的作用量应该由真实力与流的点积得到的耗散率与瑞利函数进行构造,它们都可以看作某种能量的耗散率.此外,还发现了符合实际本构关系的不可逆线性输运过程的李雅普诺夫函数并不是熵产率,不可逆输运过程的作用量和李雅普诺夫函数应该是统一的,即都是某种能量的耗散率.分析还表明,对于瞬态不可逆输运过程,定态条件下的作用量与能量守恒方程的结合并不能导出相应的控制方程;需要使用卷积积分构建的准作用量才能导出瞬态控制方程.