非线性热力学体系中耦合效应的研究

论文摘要

非平衡态热力学可以区分为离平衡态较近和较远的线性和非线性非平衡态热力学,众所周知,只有当非平衡态体系远离平衡态时,才可能出现耗散结构。本文主要讨论了包含两种不可逆过程体系的非平衡定态的稳定性。当体系处于远离平衡态的非线性区时,在广义热力学流和广义热力学力的关系式中,系数表征着流和力之间的耦合关系,并且根据耦合关系的不同来源可进一步将其区分为单一耦合和复合耦合。通过对体系超熵产生的分析,我们发现如果体系中的复合耦合效应很微弱,定态很难失去稳定性,耗散结构几乎不可能出现,然而如果复合耦合效应比较强,定态很有可能会失去稳定性,则耗散结构就有可能形成,因此复合耦合效应对非平衡定态的失稳起着非常重要的作用。由此可将耗散结构出现的条件进一步描述为:只有当有着强复合耦合效应的体系远离平衡态时才有可能出现耗散结构。在此基础上,我们还具体分析讨论了两个包含三种组份的理想开放的化学反应体系的特征,验证了上述结论。我们首先分析了一个化学循环反应体系的特征,将其分为两种情况进行讨论,一种情况是复合耦合相对很微弱,可以忽略不计,此时定态是稳定的。另一种情况是削弱了单一耦合,发现体系的非平衡定态从渐近稳定变为了临界稳定。然后分别讨论了无催化和有自动催化反馈的化学反应体系的特征,发现前者的复合耦合很微弱,体系的定态也是稳定的,而后者则有较强的复合耦合,并且体系的定态很有可能失去稳定性,因此所得结果与本文的结论一致。所以耗散结构的形成不仅要求非平衡态体系远离平衡态,而且要求体系中的不可逆过程之间具有较强的复合耦合效应。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
•   1.1 热力学概要
•   1.2 非平衡态热力学基础
•     1.2.1 热力学面临的挑战：自组织现象
•     1.2.2 耗散结构理论
•     1.2.3 局域平衡假设
•     1.2.4 熵流和熵产生
•     1.2.5 定态稳定性和耗散结构的关系
•   1.3 研究进展及现状
•   1.4 本文的主要工作
• 第二章 耦合效应和非平衡定态的不稳定性
•   2.1 引言
•   2.2 非线性热力学的一般发展判据
•   2.3 非平衡定态失稳的充分条件
•   2.4 单一耦合效应对定态稳定性的影响
•   2.5 复合耦合效应对定态稳定性的影响
•   2.6 结论
• 第三章 理想化学反应体系中的耦合效应
•   3.1 引言
•   3.2 化学循环反应体系中的耦合效应
•     3.2.1 单一耦合效应对定态稳定性的影响
•     3.2.2 复合耦合效应对定态稳定性的影响
•   3.3 无催化反应体系中的耦合效应
•   3.4 自动催化反应体系中的耦合效应
•   3.5 小结
• 第四章 总结与展望
•   4.1 全文总结
•   4.2 创新和展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间完成的论文
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 王晓萌

导师: 肖长明

关键词: 复合耦合效应,非平衡定态稳定性分析,耗散结构

来源: 湖南师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 物理学

单位: 湖南师范大学

分类号: O414.1

总页数: 51

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