基于非平衡态热力学的火用传递唯象研究

　　0　引　言

　　火用传递研究火用的传递及转换的时变规律及不可逆过程的火用损机制,其理论基础是建立反应过程速率与动力、阻力关系的唯象方程。文献[1]依据能量、动量、质量的基本传递规律,将通量与驱动力之间的非线性关系转化到传递系数中,归纳出适用于工程火用传递过程的多势场协同作用的唯象方程。在此基础上,定义了火用传递系数场影响因子的概念,可从“多场协同机制”和“单场作用权重”两个角度对多势场工程火用传递问题进行初步分析。非平衡态热力学是与非平衡系统中的状态和过程相联系的宏观唯象学理论,该理论主要对连续介质中输运现象的唯象定律、恒定状态及不可逆动力学过程作出统一的研究和处理,不仅用线性律囊括了已发现的各种输运过程的实验定律,还找到了不可逆因素耦合作用系数的一般性的倒易关系,推动了耦合效应的研究[2],显然基于非平衡态热力学的火用传递唯象方程,有可能对上述“归纳法”是一种有益的补充和深入。

　　1　火用传递过程中的流与力

　　一切不可逆过程均可视为在某种广义力(热力学力)的推动下产生了广义流(通量),也就是说,“力”是产生对应“流”的原因,而“流”是“力”产生的结果。在近似情况下,广义流和其驱动力之间呈线性关系。例如,在傅立叶定律中,温度梯度是“力”,热通量是“流”,二者之间的线性比例系数为导热系数;在牛顿粘性定律中,速度梯度是“力”,动量通量是“流”,二者之间的线性比例系数为动力粘度;在费克定律中,浓度梯度是“力”,质量通量是“流”,二者之间的线性比例系数为扩散系数。实质上,动量、质量、热量传递及任何其它形式的传递现象,其共同本质是能量和火用的传递和转换,即各种强度量势场梯度驱动力作用下的能流和火用流。

　　文献[3]指出,任何形式的火用都可以表示为基本强度量与基本广延量微分的乘积。基本强度差的推动导致基本广延量的流动,同时也引起与之对应的能和火用的传递过程。因此,基本强度量势场梯度是产生火用流通量的力。以几种常见的火用为例,说明其传递过程中的流与力。

　　(1)热烟

　　用热烟是系统由于相对于环境基准的温差而具有的理论做功能力,其强度量是温度,广延量是熵。引起火用传递的力是温度梯度,产生的流则称为热火用流。

　　(2)压烟

　　压烟是系统由于相对于环境基准的压差而具有的理论做功能力,其强度量是压力,广延量是体积。引起火用传递的力是压力梯度,产生的流则称为压火用流。

　　(3)动能烟

　　动能烟是系统由于相对于环境基准的速度差而具有的理论做功能力,其强度量是速度,广延量是动量。引起火用传递的力是速度梯度,产生的流则称为动能火用流。