環(huán)境作用動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)及應(yīng)用
- 期刊名字:裝備環(huán)境工程
- 文件大小:668kb
- 論文作者:封先河
- 作者單位:西南技術(shù)工程研究所
- 更新時(shí)間:2020-08-30
- 下載次數(shù):次
第12卷第2期裝備環(huán)境工程015年4月EOUIPMENT ENVIRONMENTAL ENGINEERING環(huán)境作用動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)及應(yīng)用封先河(西南技術(shù)工程硏究所,重慶400039)摘要:目的優(yōu)化原有的環(huán)境作用動(dòng)力學(xué)理論模型。方法在原有環(huán)境作用動(dòng)力學(xué)理論模型的基礎(chǔ)上,提岀環(huán)境適應(yīng)性、環(huán)境響應(yīng)性、變化重復(fù)性等3個(gè)概念,修改蠕變動(dòng)力學(xué)理論模型的假設(shè)2。結(jié)果形成了由8個(gè)定義、2個(gè)假設(shè)組成的更加完善的環(huán)境作用動(dòng)力學(xué)理論模型。結(jié)論新的環(huán)境作用動(dòng)力學(xué)理論模型涵蓋了蠕變動(dòng)力學(xué)理論模型和原有的環(huán)境作用動(dòng)力學(xué)理論模型,應(yīng)用范圍得到大大擴(kuò)展。關(guān)鍵詞:環(huán)境作用動(dòng)力學(xué);環(huán)境適應(yīng)性;環(huán)境響應(yīng)性;變化重復(fù)性DOI:10.7643/isn.1672-92422015.02.004中圖分類(lèi)號(hào):T011文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼文章編號(hào):1672-9242(2015)02-0015-04Basement and Application of Dynamics of Environmental EffectFENG Xian(Southwest Technology and Engineering Research Institute, Chongqing 400039, China)ABSTRACT: Objective To optimize intrinsic theoretical model of dynamics of environmental effect. MethodsBased on intrinsic dynamics of environmental effect, three new idea were put forward, including the environmentadaptability of object, responding to environment of object and changing repetition of object, and assumption 2 of theintrinsic dynamics of environmental effect was amended. Results A new theoretical model of dynamics ofenvironmental effect was formed which was constructed of 8 definitions and 2 assumptions. Conclusion Thetheoretical model of dynamics of environmental effect includes creep dynamic model and intrinsic dynamics ofenvironmental effect, and its application scope get to greatly expandKEY WORDS: dynamics of environmental effect; environment adaptability of object; responding to environment ofobject; changing repetition of object環(huán)境作用動(dòng)力學(xué)理論模型發(fā)表后,有不少同行追(t,T))存在以下的物理意義。問(wèn)變化進(jìn)程、活化粒子和假設(shè)二中對(duì)數(shù)時(shí)間導(dǎo)數(shù)的物1)環(huán)境作用σ。在蠕變過(guò)程中,環(huán)境作用σ是應(yīng)理意義等問(wèn)題。經(jīng)過(guò)深入思考,環(huán)境作用動(dòng)力學(xué)理論力、應(yīng)變或位移作用,可以看成蠕變物體所處拉壓環(huán)模型的方程中四個(gè)相乘項(xiàng)(σ,W(T),I(1+1),(1-P境對(duì)蠕變物體的作用。蠕變過(guò)程可以看成蠕變物體收稿日期:2014-12-01;修訂日期:2015-01-05Received:2014-12-01; Revised:2015-01-09中國(guó)煤化工作者簡(jiǎn)介:封先河(1967—),男,重慶巴南人,研究員級(jí)高工,主要研究方向?yàn)榄h(huán)境試驗(yàn)及理論CNMHGBiography: FENG Xian-he(1967-), Male, from Banan, Chongqing, Researcher level senior engineer, Research Tocus: environmental test and theory裝備環(huán)境工程2015年4月的變化過(guò)程,蠕變可以看成蠕變物體長(zhǎng)度特征的變化。物體性能特征變化總是在一定內(nèi)部或外部環(huán)境1.2環(huán)境作用條件下產(chǎn)生的,環(huán)境條件不同,物體變化的速率和規(guī)定義1:在物體的變化過(guò)程中,影響變化過(guò)程的獨(dú)律不同。立、有效的作用的積,稱(chēng)為環(huán)境作用σ。包括表面揮2)活化粒子濃度W(T)。在蠕變過(guò)程中,組成物發(fā)作用、外部應(yīng)力作用、內(nèi)部擴(kuò)散作用、內(nèi)部質(zhì)量作用體的活化粒子在蠕變作用σ下,產(chǎn)生位置變化。事作用等。即實(shí)上,蠕變物體所有粒子中,只有活化粒子對(duì)蠕變作G=O1×O2用σ產(chǎn)生響應(yīng),非活化粒子并沒(méi)用對(duì)蠕變作用σ產(chǎn)特別注意:這里的環(huán)境作用包括物體內(nèi)部的環(huán)境生響應(yīng)。如果活化能級(jí)很低,那么物體所有粒子都作用和物體外部的環(huán)境作用,不僅僅局限于物體外部可能是活化粒子,這樣物體所有粒子都會(huì)響應(yīng)環(huán)境的環(huán)境作用的作用。環(huán)境作用σ可以是時(shí)間和溫度的函數(shù),也可是恒3)/(1+1)。最初引入對(duì)數(shù)時(shí)間導(dǎo)數(shù),是為了和定的常數(shù),還可以隨變化度量值或變化進(jìn)程P變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符合,因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),對(duì)數(shù)時(shí)間觀測(cè)到的蠕變量相等?,F(xiàn)在可以這樣解釋:物體承受σ1.3環(huán)境適應(yīng)性作用的過(guò)程中,會(huì)逐步適應(yīng)σ作用,相對(duì)物體來(lái)說(shuō),定義2:在物體的所有宏觀變化過(guò)程中,物體通過(guò)σ作用隨時(shí)間減小了,代價(jià)是物體在σ作用下發(fā)生改變自身的結(jié)構(gòu)、性能,減緩環(huán)境作用對(duì)物體的作用了形狀、性質(zhì)的變化。就像人在新環(huán)境(如高原等)強(qiáng)度的現(xiàn)象,叫做物體的環(huán)境適應(yīng)性S。物體的環(huán)境總要適應(yīng)一段時(shí)間一樣。物體在σ作用下,也會(huì)改適應(yīng)性S可以用式(2)表示變自身性質(zhì)、形狀,減小作用σ的強(qiáng)度,逐步適應(yīng)這個(gè)作用。4)(1-P(1,T)。在蠕變過(guò)程中,組成物體的活化粒子在蠕變作用σ下,產(chǎn)生位置變化,到達(dá)最終位置式中:t為時(shí)間。當(dāng)不存在環(huán)境適應(yīng)性時(shí)S≡1;當(dāng)?shù)牧W?將不承受蠕變作用a,只在最終位置的附近存在環(huán)境適應(yīng)性時(shí),S可以近似用1/(+1)表示做熱運(yùn)動(dòng),對(duì)變化速率沒(méi)有貢獻(xiàn)。對(duì)于不存在最終位物體的環(huán)境適應(yīng)性S與特定的物體和特定的環(huán)境置的變化過(guò)程,可以看成沒(méi)有已經(jīng)發(fā)生變化的粒子,作用有關(guān)。同一物體對(duì)有的環(huán)境作用存在環(huán)境適應(yīng)按照定義,P≡0性,對(duì)有的環(huán)境作用不存在環(huán)境適應(yīng)性,需要針對(duì)具筆者認(rèn)為:可以將物體變化的上述四個(gè)特征引入體的變化過(guò)程確定。多數(shù)物體對(duì)多數(shù)環(huán)境作用存在蠕變動(dòng)力學(xué)理論模型,通過(guò)適當(dāng)?shù)臄U(kuò)充概念,可以擴(kuò)適應(yīng)性,特別是生物體,一般都存在很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)展該模型的適用范圍到物理變化、化學(xué)變化、生物變性。正是生物體的這個(gè)環(huán)境適應(yīng)性,成為達(dá)爾文進(jìn)化化,形成一個(gè)更加完善的、描述物體宏觀性能變化的論的生物進(jìn)化的動(dòng)力模型——環(huán)境作用動(dòng)力學(xué)理論模型。部分非生物體的環(huán)境適應(yīng)性依然存在。如拉伸金屬的冷作硬化,就是對(duì)拉伸作用的一種適應(yīng);固體環(huán)境作用動(dòng)力學(xué)理論模型材料的蠕變,減緩了外部應(yīng)力、應(yīng)變作用,就是對(duì)外部應(yīng)力、應(yīng)變作用的適應(yīng)1.1基本觀點(diǎn)14環(huán)境響應(yīng)性環(huán)境作用動(dòng)力學(xué)理論模型認(rèn)為物體由大量粒子定義3:組成物體的所有粒子中,在環(huán)境作用下部組成,是孤立的平衡系統(tǒng)。每個(gè)粒子存在變化和未變分或全部粒子產(chǎn)生相應(yīng)變化的現(xiàn)象,叫做物體的環(huán)境化兩個(gè)狀態(tài)。按照統(tǒng)計(jì)物理的等幾率原理,粒子的微響應(yīng)性U。物體的環(huán)境響應(yīng)性U可以用式(3)表示觀狀態(tài)滿足確定的最可幾分布:能級(jí)g1,s2,…,g1,…;簡(jiǎn)并度w,w2,…,w,…;W(T)粒子數(shù)a,a2,…,a式中:W(中國(guó)煤化工近有粒子都環(huán)境作用動(dòng)力學(xué)理論模型還認(rèn)為物體宏觀的形響應(yīng)時(shí)物體的HCNMHG分粒子響應(yīng)態(tài)和性質(zhì)的變化都是在一定的環(huán)境作用下產(chǎn)生的。時(shí),物體的環(huán)境響應(yīng)性U等于活化粒子濃度。第12卷第2期封先河:環(huán)境作用動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)及應(yīng)用17些環(huán)境作用于物體上時(shí),組成物體的所有粒子變化進(jìn)程P是一個(gè)微觀量,難以測(cè)量。一個(gè)具體都會(huì)響應(yīng)這個(gè)環(huán)境作用。如力作用于自由物體時(shí),組的物理化學(xué)變化過(guò)程,只能用一個(gè)宏觀的物理量來(lái)成物體的所有粒子都會(huì)產(chǎn)生加速度。另一些環(huán)境作描述變化進(jìn)行的過(guò)程,這個(gè)物理量必須與變化進(jìn)程P用于物體上時(shí),組成物體的所有粒子中,只有部分粒相對(duì)應(yīng)。子會(huì)響應(yīng)這個(gè)環(huán)境作用。如常溫環(huán)境下塑料的熱老定義7:組成物體的所有粒子中,與變化進(jìn)程P成化過(guò)程中,只有能級(jí)很高的極少數(shù)塑料分子,才會(huì)分線性對(duì)應(yīng)關(guān)系的宏觀物理量,稱(chēng)為物體的變化度量解老化。當(dāng)組成物體的所有粒子都響應(yīng)環(huán)境作用時(shí),值。簡(jiǎn)稱(chēng)變化度量值Ⅰ,即相當(dāng)于全部粒子都是活化粒子,W(T)≡1(t,T)=K×P(t,T)+C1.5活化粒子濃度式中:C,K為常數(shù)。定義8:組成物體的所有粒子,在環(huán)境作用下單次定義4:粒子能級(jí)n高于某個(gè)特征能量值E的?;蚨啻萎a(chǎn)生變化的的現(xiàn)象,叫做物體的變化重復(fù)性Q子稱(chēng)為活化粒子。組成物體的粒子,有的只能產(chǎn)生一次變化,有的假設(shè)1:組成物體的所有粒子中,能夠產(chǎn)生物理化可以無(wú)限次產(chǎn)生變化,這將影響活化粒子濃度的大學(xué)變化的活化粒子的特征能量值E,由與溫度無(wú)關(guān)的小,需要區(qū)分E0和與溫度有關(guān)的E兩部分組成??梢杂靡粋€(gè)函數(shù)當(dāng)組成物體的所有粒子只能產(chǎn)生1次變化,如氯來(lái)描述溫度有關(guān)的Er,函數(shù)的自變量為熱力學(xué)溫度,酸鉀分解成氯化鉀和氧氣的變化過(guò)程中,氯酸鉀分子它與組成物體的粒子間相互作用有關(guān),可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)只能變化1次,這時(shí)物體的活化粒子中未發(fā)生變化部數(shù)據(jù)確定。作為一個(gè)近似的估計(jì),E可以用溫度的二分的濃度可以表示為:次函數(shù)表示。即Q(1,T)=1-P(t,T)E=E+E7≈E+T+gT當(dāng)組成物體的所有粒子可以無(wú)限次產(chǎn)生變化式中:gf為常數(shù);T為熱力學(xué)溫度;E為特征能量時(shí),如組成物體的一個(gè)粒子在環(huán)境作用下產(chǎn)生位置值;E為E中與溫度無(wú)關(guān)的部分;E為E中與溫度有移動(dòng),這個(gè)粒子的位置移動(dòng)可以產(chǎn)生多次,相當(dāng)于P關(guān)的部分(t,T)≡0。這時(shí)物體的活化粒子中不存在發(fā)生變化定義5:組成物體的所有粒子中,活化粒子數(shù)N占部分,故Q(1,T)≡1。物體的變化重復(fù)性Q可以用式總粒子數(shù)N的比,稱(chēng)為物體的活化粒子濃度W(T)。(9)表示NW(T)=N(5)1-P=1K+C-/(,7活化粒子濃度與溫度有關(guān),可以通過(guò)統(tǒng)計(jì)物理進(jìn)行計(jì)算。式(6)可以近似表示固體、液體、氣體的活化可以無(wú)限次產(chǎn)生變化的物體Q≡1,只能產(chǎn)生1次粒子濃度W:變化的物體由式(9)確定。W(T)≈eE,/kT(6)1.7環(huán)境作用動(dòng)力學(xué)方程1.6變化重復(fù)性假設(shè)2:在物體的宏觀變化過(guò)程中,物體的變化進(jìn)定義6:組成物體的所有粒子中,已經(jīng)發(fā)生變化的程P對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù),與環(huán)境作用σ、物體的環(huán)境適應(yīng)粒子數(shù)占所有粒子數(shù)的比,稱(chēng)為物體的變化進(jìn)程。簡(jiǎn)性S、物體的環(huán)境響應(yīng)性U、物體的變化重復(fù)性Q的積稱(chēng)變化進(jìn)程P,它是一個(gè)0-1之間的無(wú)量綱數(shù)。所有成正比。即粒子都未發(fā)生變化時(shí),變化進(jìn)程P=0;所有粒子都發(fā)生dP(t. T=jxS()xU(T)xo(t,T)xo(10)變化時(shí),變化進(jìn)程P=1;部分粒子發(fā)生變化時(shí),變化進(jìn)程P在0和1之間。式中:為比例系數(shù),同時(shí)平衡量綱。變化進(jìn)程P的重要性在于:相同活化粒子濃度可2理論模型的應(yīng)用能具有不同的變化速度。因?yàn)殡S著變化的進(jìn)行,活化粒子中有一部分已經(jīng)產(chǎn)生了變化,這些粒子對(duì)變化速YH中國(guó)煤化工率是沒(méi)有貢獻(xiàn)的,只有未產(chǎn)生變化的活化粒子,才對(duì)2.1應(yīng)用特點(diǎn)CNMHG變化速度產(chǎn)生影響環(huán)境作用動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用范圍為:由大量微觀粒子裝備環(huán)境工程2015年4月組成的物體,在影響物體變化過(guò)程的有效環(huán)境作用子基元反應(yīng)速率方程一致,式(14)在反應(yīng)初期與式下,變化過(guò)程的定量描述。(14)近似,后期存在差異。針對(duì)具體的物體和環(huán)境作用,首先應(yīng)該確定物體變化過(guò)程中物體的環(huán)境適應(yīng)性、物體的環(huán)境響應(yīng)3結(jié)論性、物體的變化重復(fù)性等特征,對(duì)式(2),(3),(9)作岀選擇。然后選擇描述物體變化過(guò)程的變化度量值環(huán)境作用動(dòng)力學(xué)能夠描述宏觀物體在環(huán)境作用,并確定環(huán)境作用σ和式(⑦)的具體函數(shù)。確定環(huán)境下的變化過(guò)程,物體僅限于由大量微觀粒子組成的宏作用σ時(shí),應(yīng)考慮到環(huán)境作用a可以是時(shí)間和溫度觀物體,變化過(guò)程不僅限于物理變化過(guò)程和化學(xué)變化的函數(shù),也可以是恒定的常數(shù),還可以隨變化度量值過(guò)程?;蜃兓M(jìn)程P變化。確定式(7)的具體函數(shù)時(shí),應(yīng)考宏觀物體在環(huán)境作用下的變化過(guò)程,雖然極其復(fù)慮到變化開(kāi)始時(shí)的變化度量值Ⅰ和變化結(jié)束時(shí)的變雜,但只要能夠準(zhǔn)確描述宏觀物體所受的環(huán)境作用化度量值。確定宏觀物體變化過(guò)程的3個(gè)特征(物體的環(huán)境適應(yīng)最后,帶入式(10)得到常微分方程,求解得到變性、物體的環(huán)境響應(yīng)性、物體的變化重復(fù)性),就可以化度量值。對(duì)于簡(jiǎn)單的變化過(guò)程,可以得到函數(shù)通應(yīng)用環(huán)境作用動(dòng)力學(xué)描述其變化過(guò)程。解,由具體的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)確定通解系數(shù);對(duì)于復(fù)雜的變新的環(huán)境作用動(dòng)力學(xué)理論模型涵蓋了蠕變動(dòng)力化過(guò)程,只能得到數(shù)值解。學(xué)理論模型和原有的環(huán)境作用動(dòng)力學(xué)理論模型,動(dòng)力22外力F作用下物體的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程的物理意義更加明確,方便人們針對(duì)具體的變化過(guò)程進(jìn)行應(yīng)用。以物體的速度ν為變化度量值,環(huán)境作用a為外力F。組成物體的全部粒子對(duì)外力作用都產(chǎn)生加速參考文獻(xiàn)度,U=1;粒子可以無(wú)限次產(chǎn)生速度變化,Q≡1;物體[ PETER ATKINS, julio de paula. 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