火积传递方程及其应用

火积是描述传热能力的物理量, 在热量传递过程中伴随火积的传递, 热量在传递过程中守恒,火积并不守恒, 因而火积必定有其独特的传递规律. 基于火积定义及其传递的思想, 导出了描述多组分黏性流动体系(包含热传递、对流、质量传递和化学反应过程)的火积传递方程, 它描述了该体系传热过程中火积的传递规律. 给出了火积流及其火积耗散的表达式, 并分析了其物理机制. 进而讨论了火积传递方程在稳态对流传热过程中优化传热的理论和方法, 从不同侧面应用稳态过程 传递方程得到了火积耗散极值原理和最小热阻原理, 给出了对单组分体系稳态对流传热和稳态导热过程应用的例证.     

不同外界环境下保温材料表面火蔓延规律研究

为了揭示保温材料模塑聚苯乙烯泡沫板(EPS)和挤塑聚苯乙烯泡沫板(XPS)在不同放置角度以及不同压力和氧气浓度等环境条件下火蔓延特性规律, 分别在高原地区的拉萨和平原地区的合肥对其进行了火蔓延实验. 实验是在小尺寸火蔓延实验台中进行的.通过分析在水平放置时, 保温材料在两地火蔓延过程中平均池火长度、火蔓延速度、平均火焰高度、预热区长度等特性参数的变化规律, 定量地揭示了高原和平原环境对保温材料火蔓延特性参数的影响. 重点分析了水平放置情况下, 保温材料火蔓延过程中各参数的变化特点, 得到在合肥地区测得的EPS和XPS的平均池火长度、火蔓延速度、平均火焰高度、预热区长度都高于在拉萨地区情况下.     

漠视火管理将使自然界失衡

远古蛮荒,闪电划过天空,自然界的火种遗落人间。火在点亮了远古人类社会漫长黑夜的同时,也照亮了人类社会的进化史。在漫长的社会发展过程中,火既可以给人类带来光明、温暖、健康、土地、安全,也可对人类的生命、财产（包括自然资源财产）安全造成巨大的威胁。水火无情一直是人类社会永恒不变的训诫。     

早期人类的火:从天而降到走上神坛

正火原本是自然的专利,只因一次偶然,火被带到人间,从此一发不可收拾。从无火时代到有火时代,人类的面貌发生了巨大变化。火的使用加快了人类成为自然主人的进化历程,促进了人类社会组织的形成与完善,为人类宗教文化生活添加了新元素,同时火登上人类祭祀的神坛,成为人崇拜的力量。     

(火用)价值传递微分方程及其应用

审视了(火用)经济学的理论结构, 提出了基于时间和空间的(火用)价值传递微分方程.(火用) 传递方程和(火用)价值传递方程构成(火用)分析和(火用)经济分析与优化的理论基础. 应用(火用)价值传递方程并结合(火用)传递方程, 论证了3个(火用)经济学定理, 可以解决有关(火用)、(火用)流及(火用)损率计价问题.     

孤立系统内传热过程的火积减原理

从热力学第一、第二定律出发, 基于熵的概念, 可以得出孤立系统的熵增原理和孤立系统、定温定容系统等的热平衡判据. 本文基于火积的概念, 得出了孤立系统内传热过程的火积减原理, 发现在孤立系统内的热量传递过程中, 火积总是减小的, 该原理可以视为热力学第二定律在传热过程中的一种表述. 本文还得到了孤立系统和封闭系统的热平衡判据, 即最小火积原理和最小自由火积原理, 发现孤立系统在达到热平衡时系统的火积最小, 而封闭系统在热平衡状态下自由火积最小. 这就表明, 在传热过程中, 火积和熵一样, 都可以作为时间之矢, 指出其发展方向; 而且, 火积也可以用于描述系统的平衡态.     

用辩证的观点探索(火用)经济学基础理论

基于科学发展的辩证法,阐述了(火用)经济学理论结构,提出依赖于时间和空间的(火用)价值传递微分方程.该方程不仅能详细地描述(火用)价值传递信息,而且可满足(火用)经济学理论分析和实际应用的需要.(火用)传递方程和(火用)价值传递方程构成了(火用)分析和(火用)经济分析及优化的理论基础,代数方程仅是传递方程应用于系统或单元的特例.基于此,本文引入了关于(火用)、(火用)流及(火用)损计价的三个定理.     

(火积)理论及其应用的进展

(火积)和(火积)耗散极值原理的提出,为传热优化开辟了新的方向.回顾了(火积)理论的产生与发展过程,从导热、对流换热、辐射传热、换热器设计、传质等方面介绍了(火积)理论的研究进展.重点围绕(火积)耗散率与熵产率的异同点比较分析、(火积)耗散极值原理与有限时间热力学相结合、(火积)耗散极值原理与导热构形优化相结合、(火积)耗散极值原理与对流构形优化相结合等四个方面,阐述了(火积)耗散极值原理的科学性.     

开口热力学系统的(火积)分析

(火积)是近年提出以描述热量传递能力的物理量.将(火积)的概念拓展应用于涉及做功的开口热力学过程的分析.定义了焓(火积)的概念,基于该定义发展了开口系统的(火积)平衡方程,并给出了开口热力学系统中的"(火积)损失"的概念.应用(火积)平衡方程,对空气标准循环进行了分析和讨论.研究表明,当工质吸收的热量来自燃料燃烧反应时,(火积)损失速率可以描述循环净输出功率的变化;当工质吸收的热量来自高温热流体加热时,则系统的最大(火积)损失速率和最小熵产速率均对应于循环的最大输出功率.因此,(火积)损失是一个可以描述空气标准循环性能的参数.     

基于(火积)守恒方程的可逆热力循环(火积)分析及其应用

将(火积)分析应用于热力循环性能的分析和优化中.首先在可逆热力过程和热力循环的分析中提出了热(火积)流和功热(火积)流的概念,并建立了相应的(火积)守恒方程.其次通过对可逆热机热泵联合循环中(火积)守恒的分析表明,与通常的热泵循环不同,热机-热泵联合循环的功能类似于电学中的变压器(电压变换器),因此可把此类联合循环称之为变温器或温度变换器.此外,取决于联合循环热源的温度,在某些条件下联合循环必须向环境输出功热(火积)流,从而降低联合循环的性能;而在另外一些条件下则可以从环境吸收功热(火积)流,从而提高联合循环的性能.最后,基于热质理论指出了热(火积)实际上是热质能的简化表达式,因而热(火积)流和功热(火积)流则分别是热质能流和功热质能流的简化表达式,它们实际上都是相对性能量.因此,类似于电压变换器中电能与磁能满足能量守恒定律,热机热泵联合循环中不仅热量和功量满足能量守恒定律,热(火积)流和功热(火积)流还满足相对性能量守恒定律,从而(火积)分析方法可用于分析可逆热力循环的性能,而熵分析及?分析方法则无法分析可逆热力循环的性能.最后,本文以两种典型的热机-热泵联合循环为例分析了联合循环的性能评价方法.     

探寻"微光"的奥秘——萤火虫大师付新华

火虫是许多人儿时的玩伴,把它们装在玻璃瓶中、放在豆荚中、塞在南瓜藤里.....这都是我们美好童年的一部分.当我们渐渐长大,在高楼林立的城市生活时,渐渐忘记了火虫.殊不知,火虫的栖息地早已破坏严重,种群数量在全国范围内迅速下降.为了保护这美丽的暗夜精灵,有一个人站了出来.     

航空煤油火蔓延特性分析

为了揭示航空煤油火蔓延过程中的火焰传播特性和油面温升规律, 在自行研制液体火蔓延实验台的基础上, 运用纹影摄像系统实时记录火蔓延的整个过程, 分析了表面流和闪火焰出现的成因, 探讨了不同燃油初温条件下表面流速度和火蔓延速度的变化规律. 结合微细热电偶和红外热像测试技术, 测量火焰前方未燃油面各点与中心线上的温度分布, 揭示了在火蔓延过程中油面的温升规律, 并发现燃油初温的升高使得表面流预热作用减弱.     

火的生态学意义

将火作为一种环境因子和重要的生态力,是国际上生态学研究的新观点,由于火与植物群落关系密切,因而研究自然火和人为火的各种效应,在农业学、林业学、土壤学等方面具有现实意义.黄文几同志《火的生态学意义》一文对此作了介绍。     

周口店北京猿人用火的可能性

<正>自20世纪20年代以来,周口店北京猿人(北京直立人)被认为是会控制用火的直立人.1929年裴文中等人开始在遗址中注意石器和用火遗迹的收集.1930年德日进等人对上一年发现的部分疑为用火遗迹的标本进行分析,发现其中含有游离碳.基于德日进等人的分析结果,1931年步达生改变了自身此前对北京猿人用火证据的怀疑观点,认为在周口店主堆积中烧过的鹿角和骨骼标本是用火活动的证     

高原环境下可碳化固体可燃物表面火蔓延特性研究

为了揭示可碳化固体可燃物在高原地区的火蔓延特性, 实验选取了质地较为均匀的白木为研究对象, 分别在海拔3658 m的拉萨和50 m的合肥进行了一系列实验, 通过测量不同宽度、倾斜角度下白木表面火焰高度、火蔓延速度、火焰温度、试样表面温度等参数, 定量分析了高原环境下可碳化固体表面火蔓延的特性. 结果表明, 在高原低氧浓度和低压力条件下, 火焰高度和表面火蔓延速度都有所降低, 但火焰温度却略有升高; 当试样宽度增大时, 合肥与拉萨的火蔓延相对速度差值越来越小.     

环境介质中左旋葡聚糖记录与植被火燃烧变化研究进展

左旋葡聚糖主要来源于植物体纤维素在植被火燃烧发生时的高温热裂解过程,化石燃料燃烧的贡献极低,在环境研究中通常被作为示踪植被火燃烧的分子标志物.左旋葡聚糖研究在近年来备受关注,对地表环境介质中左旋葡聚糖记录及其对植被火燃烧变化的指示意义获得了如下主要认识:气溶胶中的左旋葡聚糖能够反映从事件至季节尺度的植被火燃烧变化,雪冰和沉积物中的左旋葡聚糖记录则能够揭示从季节至冰期-间冰期尺度的植被火燃烧变化规律.因此,左旋葡聚糖有望成为地表环境介质中指示植被火燃烧变化的可靠代用指标,但涉及其稳定性、在冰芯与沉积物中记录解析、与其他环境代用指标的对比等方面还需要进一步加强研究.     

对流和辐射边界条件下轧钢加热炉壁绝热层(火积)构形优化

基于绝热过程(火积)耗散极值原理,以耗散率最小为优化目标,在对流传热和辐射传热边界条件下,对轧钢加热炉壁平板绝热层进行构形优化,得到平板绝热层的最优构形.结果表明:对流传热边界条件时,(火积)耗散率最小的绝热层最优构形与热损失率最小的绝热层最优构形是明显不同的.(火积)耗散率最小的绝热层最优构形与热损失率最小的绝热层最优构形相比,(火积)耗散率降低了5.98%,从而使得其整体绝热性能得到提高.对流与辐射复合传热边界条件时,绝热层厚度线性增大的布置方式与等厚度绝热层和厚度线性减小的布置方式相比,绝热层(火积)耗散率分别降低了16.59%和39.72%,从而使得绝热层整体绝热性能大大提高.存在最佳常系数a2,opt使得绝热层无量纲(火积)耗散率取得最小值.绝热层最小无量纲(火积)耗散率和最大温度梯度最小值对应的最佳常系数a2,opt相差不大,这使得(火积)耗散率最小的绝热层最优构形对应的热应力也较小,从而在提高绝热层整体绝热性能的同时也有助于提高其热安全性.本文所得结果能从传热优化角度为绝热层的优化设计提供参考.     

微观状态数与可用(火积)的关系

基于(火积)与微观状态数的关系式,针对热量用于加热或冷却物体以及用于做功两种物理过程,讨论了传递可用(火积)、传递不可用(火积)、转换可用(火积)、转换不可用(火积)与微观状态数的关系.研究发现,热量用于加热或冷却物体时,如果系统内微观状态数的增大源于其内能的增大,则传递可用(火积)将增大;如果系统微观状态数的增大由系统内自发传热过程引起,则传递可用(火积)将减小.对于热量用于做功的情况,如果系统内微观状态数的增大是由内能增大引起的,则转换可用(火积)与转换不可用(火积)都将增大;如系统微观状态数的增大由系统内自发传热过程引起,则转换可用(火积)将减小,转换不可用(火积)增大.     

周口店第1地点用火的磁化率和色度证据

针对周口店北京猿人遗址是否存在原地用火证据的争议,对遗址第1地点第4堆积层(据贾兰坡1959划分方案)中新发现的疑似用火遗迹进行系统野外采样以及磁化率和色度测量.结果显示,部分疑似用火区沉积物的磁化率、红度均显著异常,磁化率值较周围沉积物高出22倍,红度高出近3倍.高磁化率值和高红度值分别由高温作用过程中新生成的细粒磁铁矿和赤铁矿颗粒引起.漫反射光谱分析表明,疑似用火区沉积物的赤铁矿-针铁矿组成与平面其他部位及第2,3地点自然样品显著不同.磁化率随温度变化特征进一步揭示出疑似用火区沉积物很可能经历了700℃以上的加热,而自然火一般无法达到如此高的温度.这些磁性、色度异常的沉积物很可能受到人类控制用火的作用,但其为原地用火区堆积还是曾经历再搬运,还需要进一步研究.     

(火积)耗散与热力学过程的不可逆性

分析了(火积)耗散与热量传递、功热转换、自由膨胀、等温物质扩散等热力学过程不可逆性之间的关系.研究表明,对于功热转换、自由膨胀和等温物质扩散3种不可逆过程,均存在熵产而不存在(火积)耗散,因此(火积)耗散不能反映这些过程的不可逆性.对于热量传递过程,熵产和耗散同时存在,表明(火积)耗散只能反映与热量传递过程相关的不可逆性.进一步,对内可逆热力学循环的不可逆性进行了分析.由于内可逆循环将所有的不可逆性归结为工质与热源之间传热过程的不可逆性,因此(火积)耗散能反映这一类循环的不可逆性.以内可逆卡诺循环为例进行了计算验证.