《相变材料与相变储能技术》

著者:张仁元等书号:978-7-03-022917-5出版:科学出版社2009年1月定价:95元该书论述了材料相变的原理和材料热力学的基础理论,全面介绍了     

两源热机有限时间经济性能界限和优化准则

一、引言 经典热力学追求热机的高效率,得到了可逆效率界限ηC=1-T_L/T_H,式中T_H、T_L分别为热机高、低温热源温度。有限时间热力学强调输出功率和效率的协调,得到了有限时间热力学性能界限ηCA=1-(T_L/T_H)~(0.5)、优化关系和参数选择准则。本文则在文献[7]     

热力学-原子参数-人工神经网络相图计算方法

尽管用热力学方法计算机预报相图已取得很大成就,但热力学数据的缺乏,对未知相图的预报仍然是一大障碍。Miedema提出使用原子参数估算合金体系的热力学性质。陈念贻等为了预报未知相图,利用人工神经网络和原子参数预报了合金体系的某些热力学性质,如熔点、熔化类型等。在此,我们提出了热力学-原子参数-人工神经网络相结合的相图计算方法。首先从二元系相图计算出溶液的相互作用参数,然后利用人工神经网络和原子参数预报相互作用参数,最后再利用预报的相互作用参数计算出相图。为此,我们采用此法研究了过渡金属低共熔点和液-液分层二元系的相图。     

热力学与动力学相关性,科学与人文的统一

金属热加工通过相变决定材料最终组织和性能。随着非平衡技术的快速发展,热加工工艺趋于极端化和多样化,控制相变的热力学与动力学机制从简单近平衡条件下的相对独立转变为复杂远平衡条件下的高度关联。基于热-动力学独立处理的传统理论已无法应对上述相变涉及的机理描述、组织预测和过程控制。随着催化剂研究体系的扩展,传统的基于独立的反应动力学或吸附热力学的设计已无法满足催化剂的高性能需求与高效筛选。本文从人文领域中的激情与困难的逻辑关系中,引申出科学领域中的热力学驱动力与动力学能垒的相关性,针对非平衡凝固过程、晶界迁移及晶粒长大热稳定性、纯Fe沿Bain路径的马氏体切变,整理出热力学驱动力与动力学能垒的定量关联,建立了组织预测模型,提出了热-动力学协同作用的新理念,并据此设计出高性能DD3高温合金、Fe基纳米晶材料、A356铝合金和应变态电催化材料。     

碘代苯甲酸异构体的热力学研究

磺代苯甲酸是广泛用于有机分析和有机合成的基本化学试剂.近些年来在药理学和治疗学方面亦获得某些重要应用,定量研究有关这类化合物化学反应的能量关系,需要它们准确的热力学性质数据,如熔化焓,升华焓等作依据.这些重要的基础数据,对各种涉及以气态作标准参考状态的热力学研究,均是不可缺少的基本参量.     

复杂无机化合物组成与热力学数据间的线性关系及其初步应用

复杂无机化合物的结构复杂,种类繁多,热力学数据很难准确地全部测定,对组成近似的复杂化合物的热力学数据进行了分析,发现其生成焓,Ｇｉｂｂｓ自由能,熵和恒压热容与其成均存在较好的线性关系。根据这种线性关系可推算出其他化合物的热力学函数值,计算了氧化铝生产中常见的渣相－钠硅渣的热力学数据。在生成钠硅渣时,计算了ＳｉＯ２在铝酸钠溶液中的平衡浓度,并与实验结果对比,两者吻合较好。     

植物呼吸代谢的热力学意义

阐述了植物呼吸代谢的新概念及进行呼吸代谢整合研究的热力学方法，讨论了呼吸代谢过程中的宏观不可逆性、定态浓度提高及振荡等现象的热力学意义，指出了Ｇｉｂｂｓ公式和热力学循环等热力学理论在呼吸代谢研究中可能的作用。     

多分形热力学与经典热力学的类比

本文将多分形势力学与经典热力学进行类比，从而找出二者之间的对应关系。     

热力学特征函数

当热力学系统的基本方程给定后,要研究这一系统处于平衡态时的热力学性质,通常需要知道该系统的特征函数。对于简单可压缩系统,通过勒让德变换可以得到包括内能在内的4个特征函数U、F、H和G,由此可得四类相关方程。如函数的定义式、微分式、麦氏关系等。对含有n种广义功模式的系统、n元开放系统,通过勒让德变换可以得到2~(n+1)个特征函数,以这些函数为基础建立的方程就更为复杂,如能找到一个通用特征函数,就可以使热力学讨论大大简化。     

热源间制冷与泵热循环参数选择的有限时间热力学准则

按经典热力学,工作在两个恒温热源之间的逆卡诺循环的最大性能系数为或其中ε_r和ψ_r分别为制冷系数和供热系数,T_1和T_2分别为高温和低温热源的温度。(1)、(2)式给出的启示是:要达到理想的热力学界限,工质同热源间的传热温差应无穷小,循环必     

开放系统热力学及其在土壤系统中的表现

一、开放系统与封闭系统的热力学等价原理 在热力学中表述开放系统能量守恒的数学形式可以写成     

具有质量多极矩稳态轴对称黑洞的热力学性质

70年代以来,黑洞热力学的研究引起了人们极大的兴趣,取得了一系列有意义的结果.最近,文献[5]利用Gutsunayev-Manko度规和Castjon-Amenedo度规,对具有质量多极矩的稳态轴对称非Kerr黑洞的热力学性质进行研究,得到了几个有趣的结果.然而,从Einstein场方程可知,这几个度规只是多极矩场的某种近似结果:Gutsunayev-Manko度规为最低级Geroch-Hansen多极矩解,而Castjon-Amando度规为前四级Geroch-Hansen多极矩解.那么,在严格的无近似的情况下,具有质量多极矩的稳态轴对称黑洞的热力学性     

介观尺度下界面特性的格子Boltzmann方法模拟

利用宏观热力学理论分别导出van der Waals, Redlich Kwong和Redlich Kwong Soave状态方程的介观粒子相互作用势, 发现均与Lennard-Jones势十分相似. 为考察介观尺度下界面特性, 将自由能泛函引入到单组分多相格子Boltzmann模型中, 通过对不同状态方程控制的饱和密度曲线以及界面密度梯度的模拟, 准确地再现了平衡态热力学特性. 通过对单组分相变过程的模拟, 结果显示该过程是气泡的长大过程, 且在特定温度下, 相分布图最终趋于平衡; 得到了体积自由能、界面能量系数等考察界面特性的非平衡态热力学特性参数, 这些参数均遵循不可逆热力学理论.     

二维Lennard-Jones系统热力学性质的Monte Carlo模拟

采用正则系统ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ模拟方法,研究了粒子间以Ｌｅｎｎａｒｄ－Ｊｏｎｅｓ１２－６势能相互作用的系统的热力学性质。模拟的状态点广泛地分布于相图中的气、注单相区和气／液相转变区,侧重于考察气／液相转变区的热力学性质。在气／液相转变区内,模拟计算得到的等温线具有类似ｖａｎｄｅｒＷａａｌｓ理论等温线的特性。     

跨接比容平移立方型状态方程及其高阶跨接函数

临界点是气液共存的最高温度和压力状态.在临界点,相界面消失,流体的热力学性质遵循渐近奇异性和标度律.状态方程是描述流体热力学性质的重要工具.经典的状态方程可以准确地描述远离临界点温度、密度区域内的热力学性质,但在临界点失效,不能正确地再现热力学性质所遵循的渐近规律.重整化群理论给出了临界点物理规律的严格描述,但仅适用于极接近临界点的区域.跨接方法以半理论的方式将适用于临界点的重整化群理论和适用于远离临界点温度、密度区域的经典热力学性质模型连接起来.本文基于Kiselev跨接方法,以甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷、正戊烷、正己烷、二氧化碳为例,建立了跨接比容平移(volume translation, VT)SoaveRedlich-Kwong(SRK)状态方程.跨接函数决定了跨接状态方程从临界奇异性恢复为经典规律的收敛特性.本文比较了采用2～8阶跨接函数的跨接VTSRK状态方程的不同表现,探究了跨接函数的阶数对跨接状态方程热力学性质计算精度的影响,分析了各阶跨接函数在远离临界点时的收敛行为.研究发现,采用3阶跨接函数的跨接VTSRK状态方程综合性能最优.本文提出,跨接状态方程应当根据流体和经典状态方程的特性选取恰当的跨接函数阶数,从而以较少的可调参数同时实现近临界区和远离临界点区域高精度的热力学性质描述.此外,由本文跨接VTSRK状态方程确定的临界指数值与由重整化群理论决定的真实值非常接近;而由经典的SRK状态方程计算的临界指数为由平均场理论决定的经典值,与正确的临界指数值有很大的偏差.     

能量系统热力学分析优化方法发展趋势

本文从热力学分析方法的产生和发展过程及其应用于能量系统节能优化的角度,说明了热力学分析方法发展的不同阶段。从热力学第一、第二定律分析到(火用)经济学以及环境(火用)经济学分析等方法的应用,综合考察了能量系统热力学完善性、经济可行性以及经济环境发展的可持续性。     

Blandford-Znajek效应对活动星系核中心黑洞热力学演化的影响

黑洞和普通热力学系统有许多相似之处,同样存在热力学四定律,但黑洞的热力学第三定律(即不可能通过有限的物理过程使黑洞的表面温度降为零)却被认为缺乏严格论证,对于一个普通热力学系统,由Nernst定理知道,系统温度T→0时,等温过程的熵变δS→0,S(T=0,y)为常数,与系统的状态参量y无关,而对转动的Kerr黑洞,其表面温度T→0时,S却与黑洞的状态参量有关,似乎总能通过有限步骤的等温、绝热等过程实现T=0,从而违反热力学第三定律,天体物理中Bardeen的薄盘吸积与Abramowicz和Lasota的厚盘吸积过程就是迄今认识到的黑洞热力学第三定律的两个难题.     

热源间热机工作参数选择的有限时间热力学准则

经典热力学给出工作在两个恒温热源之间的热机最大效率为 η=1-Q_2/Q_1=1-T_2/T_1,(1) 其中Q_1、Q_2分别为热机工质每循环可逆地从高温热源吸取的热量和向低温热源放出的热量,T_1、T_2分别为高、低温热源的温度。(1)式给我们的启示是尽可能减小工质同热源间的传热温差,需无限缓慢地工作,其结果是以时间为基础的功率趋向于零。然而,实际热机总要有一定     

Al-Dy,Dy-Zr和Al-Dy-Zr体系的热力学优化

与Al3Sc类似,Al30Dy7Zr3化合物也具有L12结构,有望利用其来提高Al合金的高温强度.因此,了解Al-Dy-Zr体系富Al角的相关系极为重要.本文将C15_Laves相处理成计量比化合物,重新优化了Al-Dy二元相图;采用包含16个原子的特别准随机结构(SQS_16)来模拟Dy1-xZrx(x=0.25,0.5,0.75)hcp_A3固溶体,通过第一原理方法计算了其0 K下的混合焓.根据该计算结果以及文献中评估的相图对Dy-Zr二元系进行了热力学优化;最后,结合3个边界二元系的热力学描述,将第一原理计算与相图计算(CALPHAD)方法相耦合优化了Al-Dy-Zr三元系富Al角相图.计算的相关系数与实验结果符合得很好,证明该热力学描述是合理的.     

用热力学方法研究磷酸盐激光玻璃除铂问题

提出了从标准电极电位及氯化物出发预测计算化合物生成自由能和生成热的方法,由最小二乘法拟合出了热力学计算所需的线性方程,给出了铂及特定元素磷酸直轮合物的热力学参数,结合实验从反应热力学角度讨论了磷酸盐激光玻璃除铂机理。