热量的力学.PDF

热量的力学 过增元 清华大学工程力学系热物理研究所 2014/12/19(? 温?动?学实验室 ) 1. 有没有热量的力学? 2.为什么要热量的力学? 3.什么是热量的力学? 4.热量的力学有什么用？ 2 1. 有没有 热量的力学? 3 “热力学” 不就是 热(量)的力学吗!？ (1) “热力学”(thermodynamics) 名词的由来 来自于希腊文θερμοδυναμικ? Θερμο --“therme” — heat (热) δυναμικ?- “dynamis”— power (力/动力) –?- 不是动力学! 5 (2) “热力学”(thermodynamics) 的内容 ?? 热能利用——热机 (热能与机械功转换) thermo-dynamic engine (热力机) “热力学”是热/力(功)转换学, 而不是热量的力学！ 6 (3) 热学的特殊性 ?? “非平衡热力学/传热学”中没有 热驱动力、热的质量、热运动速度 、热(运动)阻力的物理量 ?? 热学中独有的概念: 熵、可用能 、 品位、状态量/过程量… 表明“热力学” 不是热(量)的力学 (静力学、运动学、动力学) 7 热学不同于力学 法国数学和物理学家 传热学的奠基人 ?? 傅里叶 “热的解析理论”(1822年): “……热现象构成了物理现象中一个 特别的类，它不能用运动与平衡的准 则来解释……不能与动力学相联系， 它具有专有的准则……” 8 2. 为什么要 热量的力学? 9 现有热学面临两方面的挑战 (1) 前沿技术 (激光、CNT) 中 傅里叶导热定律不成立! 现有应对方法 ?q ?? C-V 模型(修正,负温度) qT+=τ ??κ 2 ?t 22 3 1 ????TTTTτ q ?? 非局域模型(修正) +=+τT αα?????ttxxt22 2 2 vs ?qq1 s 2 τ N ( ) 2 ??声子动力学(微观) +(vE) ?=?+( ?+ζ???)q ?t 35τ R 缺乏从宏观基本原理研究热量传递规律 10 (2) 世界性的能源短缺要求提高能效 ?? 最小熵产原理与传热性能最优 (能效最高)不对应 ?? 其它优化理论(窄点法、遗传算法、线性 规划等)都需某种程度的试湊 缺乏基于基本原理的 能效新理论 11 3. 什么是 热量的力学? 12 建立热量力学的思路