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.     

回复“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”

本文关于"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"中所举例证进行了分析,指明其例证中对相关概念的理解和使用有误.同时进一步阐述了光量子等效温度、光谱辐射有效能和光子熵常数与宏观态温度、热能有效能和宏观态熵的异同点,指出辐射能具有微观态的量子作用特性和宏观态的平均热能作用特性的双重性.     

回复“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”

本文关于“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”中所举例证进行了分析, 指明其例证中对相关概念的理解和使用有误. 同时进一步阐述了光量子等效温度、光谱辐射有效能和光子熵常数与宏观态温度、热能有效能和宏观态熵的异同点, 指出辐射能具有微观态的量子作用特性和宏观态的平均热能作用特性的双重性.     

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．     

（火积）耗散极值原理在辐射换热优化中的应用

类比于导热和对流换热过程中（火积）的定义,在辐射换热中引入（火积）流和耗散的概念,由于辐射换热是不可逆过程,故在该过程中将部分被耗散.提出了辐射换热优化的（火积）耗散极值原理：对于具有一定约束条件的辐射换热过程,在给定温度边界条件的情况下,（火积）耗散最大时辐射换热过程最优（热流最大）;在给定热流边界条件的情况下,耗散最小时辐射换热过程最优（温差最小）.最后针对具体算例说明了该原理在辐射换热中的应用     

利用光子晶体抑制大气窗口发射辐射的优化设计及实验研究

利用传输矩阵法讨论了光子晶体对大气窗口（8～14μm）内发射辐射的抑制作用.根据材料的光学特性,选择了Ge与ZnS作为光子晶体的组成材料.对光子晶体的结构进行了优化,优化值为Ge与ZnS的厚度分别为0.63和1.11μm,光学厚度比为1：1,周期数为8.利用蒸发镀膜制备了光子晶体,并对制得的光子晶体的光学性质进行了测定,验证光子晶体对大气窗口发射辐射的抑制作用.     

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。     

UV光强度对甲基橙光催化降解性能影响的研究

以自制的纳米TiO2为光催化剂,甲基橙（MO）为模型污染物,在自行设计的浅池光催化反应器上进行了甲基橙光催化降解反应研究,主要研究了紫外光强度（I）对MO光催化降解速率及降解反应的表观光量子产率（Φapp）的影响。实验结果表明,紫外光强度（I）对甲基橙光催化降解反应的速率常数（k）影响较大;通过对实验数据进行拟舍,得到紫外光强度（I）与反应速率常数（k）之间的关联式;此外,在对多相光催化反应体系的光量子产率（Φapp）进行定义的基础上,通过对光催化反应体系提出几点合理假设,建立了一个可用于估算光催化反应体系光量子产率的简化数学模型。     

具有优良喇曼增益属性的新型非对称双芯光子晶体光纤

提出了一种新型非对称双芯光子晶体光纤,通过对其横截面结构的合理设计,可以使该光子晶体光纤的喇曼增益系数gR和其有效纤芯面积Aeff接近同步变化,从而使其喇曼增益效率系数rR=gR/Aeff在一定的波长范围内接近常数,进而可为增益谱平坦宽带光纤喇曼放大器提供优良的增益介质．数值计算结果表明,在C波段（1530～1565nm）和L波段（1565～1625nm）,该光子晶体光纤的喇曼增益效率系数rR的波动率△rR分别约为2．2％和5．7％．     

壳体辐射物性参数对平流层飞艇热特性影响的研究

建立了飞艇的传热数学模型,包括热平衡方程,太阳直射辐射、天空散射辐射、地面反射辐射、大气长波辐射、地球长波辐射、对流换热,以及飞艇内表面之间的辐射换热等。在此基础上,对平流层飞艇悬浮过程中壳体和浮升气体的温度变化进行了数值模拟,得到定点悬浮过程中平流层飞艇壳体的三维温度分布和飞艇浮升气体昼夜变化规律,重点分析了壳体辐射物性（太阳吸收率和发射率）对浮升气体温度昼夜变化和飞艇壳体温度分布非均匀性的影响,从而便于计算和分析由热问题引起的壳体应力,为飞艇壳体的选择和设计提供依据。     

非等温、非灰体不透明漫射固体表面组成的封闭空腔中的辐射（火积）流及其应用

对于不透明漫射固体表面组成的稳态封闭空腔表面辐射传热系统,分别针对非等温灰体漫射表面和非灰体漫射表面定义了辐射（火积）流、单色辐射（火积）流等概念.基于这些定义,分别在全波长和单色波长下得到了辐射（火积）平衡方程和辐射（火积）耗散函数,进而发展了辐射（火积）损失极小值原理、辐射（火积）耗散极值原理和最小辐射热阻原理.辐射（火积）损失极小值原理表明,满足控制方程和边界条件的热势与热流分布,必使系统的辐射（火积）损失达到极小值.辐射（火积）耗散极值原理表面可通过寻求辐射（火积）耗散的极值来获得给定系统传热量时的最小系统平均传热势差以及给定系统平均传热势差时的最大传热量;而最小热阻原理则表明,辐射（火积）耗散的极值与最小辐射热阻是相对应的.本文还给出了单色辐射（火积）耗散极值原理和最小单色辐射热阻原理的应用算例,论证了该原理的适用性.     

金属Al的电子结构和物理性质

依据ＯＡ理论,确定了自然态ｆｃｃ－Ａｌ的电子结构为：「Ｎｅ」（３ｓｃ）＾１．８７９０３ｐｃ）＾０．４９８２（３ｓｆ＋３ｐｆ）＾０．６２２８,计算了它的势能曲线,晶格常数,结合能,弹性,热膨胀系数随温度的变化。     

光整流法产生THz辐射转化率的理论分析

从理论上分析了超短激光脉冲在二阶非线性晶体中光整流效应产生THz辐射的过程，讨论了影响激光能量转换为THz辐射能量的效率的各种因素；入射激光脉冲宽度对转换效率影响非常大．对于一般二阶非线性晶体，当晶体厚度等于相干长度Lc时，光对THz的转换效率最高．对于周期性极化的非线性晶体，在忽略介质吸收的情况下，转换效率与介质厚度成正比．考虑介质对THz的吸收，晶体的有效长度Leff=0．63／α,再增大晶体长度，转化效率将没有明显增加，并最终趋于常数．     

基于广义传热定律的传热与热功转换优化

基于广义传热定律,本文分别从熵产和（火积）损失的角度对简单的传热过程与热功转换过程进行了优化,对熵产和（火积）损失的概念在上述过程优化中的适用性进行了讨论分析.研究表明,对于传热过程,（火积）损失率就是（火积）耗散率,该概念可有效优化传热过程.然而,在给定传热温差时,最大传热量不与最小熵产率对应,因此熵产最小化方法不一定适用于传热优化.对于热功转换过程,最大（火积）损失率和最小熵产率同时与系统最大输出功率对应.因此熵产最小化方法和（火积）理论均可用于优化本文讨论的热功转换过程.     

飞秒激光辐射材料的Coulomb爆炸烧蚀理论模型研究

摒弃了离子静止假设和飞秒时间尺度内电子、离子的温度概念,以及基于电子、离子温度概念的双温模型,采用动力论的Vlasov方程描述电子、离子在飞秒时间尺度下非平衡态输运过程,建立了飞秒激光辐射材料的Coulomb爆炸微观烧蚀理论模型,并对其进行了数值模拟分析,在此基础上,定量分析了自洽电场导致的材料表面层Coulomb爆炸的机理及飞秒激光参数对材料表面烧蚀的影响,理论模型计算的烧蚀深度与实验吻合的较好,结果表明在绝缘体材料表面层产生的静电自洽电场强度远大于金属材料与半导体材料,绝缘体材料表层更易发生Coulomb爆炸烧蚀现象．     

室内目标物方向发射率的被动测量方法

１９９１年Ｌａｂｅｄ等人提出了一个室内目标物方向发射率的被动测量公式．这个公式是以黑体背景辐射及目标温度（Ｔｔ）与背景目标（Ｔｂ）不同为前提条件,Ｔｔ与Ｔｂ的差越大,则越有利于提高测量精度．然而现实世界中只有近似黑体,尤其当Ｔｔ≠Ｔｂ时,“黑体背景”的要求就很难满足．在放弃“黑体背景”的前提条件下,引入有效发射率概念,重新推导了目标物方向发射率的被动测量公式,并为 Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ模拟和实测数据所证实．对 Ｌａｂｅｄ等人所提供的实验结果重新予以解释,阐明了造成比,随θ增加而减少得更快的内在原因．     

金属Co的电子结构和物理性质

依据ＯＡ理论确定ｈｃｐ结构α－Ｃｏ的电子结构为［Ａｒ］（３ｄｎ）＾０．４６（３ｄｍ）＾１．８６（３ｄｃ）＾５．４５（４Ｓｃ）＾０．０３（４Ｓｆ）＾１．２０，计算了它的势能曲线、晶格常数、结合能、原子磁矩、弹性以及比热和热膨胀系数随温度的变化。     

一类单向等温传质过程积耗散最小化

对一类服从菲克扩散传质定律[g∝△ （c）]的单向等温传质过程进行了研究,首先从质量积的定义式出发,导出反映该传质过程质量传递能力损失不可逆性的积耗散函数,然后应用最优控制理论获得了对应于传质过程积耗散最小时的高、低浓度侧关键组分浓度的沿程最优分布,并与熵产生最小、传质流率一定（浓度之差为常数）和浓度之比为常数（化学势之差为常数）等传质策略进行了比较.结果表明对应于积耗散最小时的最优传质策略为高、低浓度侧关键组分浓度之差的平方与低浓度侧惰性成分浓度的乘积为常数,而对应于熵产生最小时高、低浓度侧关键组分的浓度之差的平方与低浓度侧关键组分浓度之比为常数;当传质过程不涉及能量转换时,优化准则应为积耗散最小,浓度之差为常数的传质策略要优于浓度之比为常数的传质策略.本文的研究结果对于实际传质过程最优设计与运行具有一定的理论指导意义.     

基于云理论的径流不确定性推理模型研究

针对中长期径流预报中存在许多不确定性因素,本文引入云理论构建径流预报的不确定性推理模型（UR）.首先,该模型应用最大方差方法（MaxVar）对径流序列进行硬性分级,用级别概念表示径流分级区间,以期望（Ex）、熵（En）以及超熵（He）构成的云隶属函数描述径流级别概念的模糊性和随机性,实现分级区间软化,然后将径流量值进行属性转化,以此建立定性推理规则集,运用云算法进行径流不确定推理预报,成功实现径流序列不确定性传递;其次,对径流分级过程中超熵（He）参数确定进行了初探,对推理随机性输出结果进行统计分析,给出相应显著水平下的预报区间;最后,将该模型应用于南方某水库入库月径流预报中,并与广泛应用的最小二乘支持向量机（LSSVM）和ARMA模型进行比较分析,本文模型不仅具有较高的预报精度,而且能够进行区间预报,实例验证说明了模型的有效性和实用性.     

换热器设计中的炽耗散均匀性原则

本文建立了烘耗散均匀分布原则（EoED）：在给定热负荷和换热面积条件下，当局部煅耗散率在换热器中均匀分布时，总的煳耗散率取得最小值．并且证明了当传热系数不固定时，煅耗散均匀分布所得出的总煳耗散率小于温差均匀分布所得出的总煅耗散率，而有效度大于温差均匀分布的结果．如果假设换热系数固定，则煅耗散均匀分布等价于冷热流体的温差均匀分布．发现用熵产均匀分布原则和愀耗散均匀分布原则对换热器进行优化得出的熵产和煅耗散不相同．本文从理论上分析了熵产最小法与煅耗散最小法的适用范围：前者用于换热器的优化是基于使做功能力损失最小，而后者没有涉及到做功过程．并举例验证了熵产最小法与烛耗散最小法的区别，计算结果表明熵产数不适用于不同换热器间性能的比较，因为它直接依赖于流体的出入口温度；而煅耗散数不直接依赖于流体的出入口温度，因此，更适合作为不同换热器之间性能比较的标准．