新能源化工热力学

电化学中能源存储与转换技术等新能源技术是目前人类能源系统的重要技术组成部分,涉及多种物理化学过程,通过热力学的理论与模拟计算的方法对其进行研究,可以高效率地解决新能源的储存、释放和转化过程中的绝大部分问题。本文通过梳理总结国内外关于理论计算方面热力学在电化学领域的研究成果,对热力学的研究进行分类并对其性质、优缺点、适用范围等进行了详细介绍。本文介绍了电化学能源存储与转换领域的经典热力学、分子与统计热力学、非平衡态热力学、高通量计算与机器学习对于热力学研究的辅助。通过非平衡态热力学解决电化学问题是当下的发展方向与趋势。而伴随计算机技术的发展,机器学习则是未来该领域一个很有前景的研究方法。希望该综述对热力学在电化学领域的进一步研究和技术发展发挥一定的参考作用。     

冶金过程宏观动力学案例在冶金反应工程学课程教学中的应用研究

冶金反应工程学是冶金及相关专业的重要课程。为了培养学生运用冶金过程宏观动力学理论分析和解决冶金反应过程问题的能力,有必要有效的将冶金过程宏观动力学知识与冶金工程实际案例结合。针对本课程学习者研究方向较为广泛的现状,教学团队拓展了冶金过程宏观动力学工程实际案例,不仅涉及钢铁冶金、有色冶金等研究领域,还有新能源和资源综合利用等研究方向的相关案例。通过在冶金过程宏观动力学教学过程中应用冶金工程案例分析和讨论,激发学生的学习兴趣,提高了学生进行冶金过程设计、优化和计算的能力。     

钢液RH精炼非平衡脱碳过程数学模拟：过程数学模型

考虑和分析了钢液RH非平衡脱碳过程的特征,基于冶金反应工程学和非平衡态热力学及气-液两相流的双流体模型和修正的紊流k-ε模型,引入熵衡算和非线性耗散因子,对该过程提出了一个新的三维数学模型,给出了该模型的具体细节,包括控制方程的建立、修正的k-ε双方程模型、相应的源项和边界条件的确定等;对90 t装置内的RH和RH-KTB精炼过程,讨论和确定了该模型各有关参数.     

吸收器在非平衡定态下的热力学研究

根据非平衡态热力学理论,对吸收式制冷系统内的吸收器进行研究,得到非平衡定态吸收过程在有温差存在时的可能性和当时所处的状态、非平衡定态下吸收剂和制冷剂间的化学势差,并求出了相应的吸收熵和吸收热。推导出定态吸收过程的吸收熵变化量和吸收热变化量,并与平衡热力学理论得到的结果进行比较,表明用平衡热力学得出的结果只与温差有关,而用非平衡热力学得到的结果除了与温差有关外,还与吸收过程所处的状态有关。原因在于非平衡热力学理论把制冷剂降温过程和吸收剂吸收过程看成同时发生的一个整体,考虑到二者之间的相互影响;而根据传统的平衡热力学理论,则把定态吸收过程分成两个独立的过程,忽略了相互之间的影响。     

湿法冶金提纯废弃焦粉的热力学研究

湿法冶金反应过程中的热力学研究可以揭示反应过程中反应热变化规律、反应进行的可能性以及反应自动进行的条件。选用云南某地产出的废弃焦粉作为研究对象，对其采用湿法冶金两段浸出过程进行了热力学分析。研究结果为采用湿法冶金方法降低废弃焦粉灰分含量的实验研究提供理论依据。所获得优质焦粉经造球成型后，作为冶金、化工（主要指电石）等行业替代还原剂使用具有较好的应用前景。     

冶金过程多组分体系同时反应的动力学模型及应用

将钢铁冶金中的多组分同时反应作为一个综合的反应体系进行研究,考虑其中各反应间的影响. 根据冶金热力学和动力学原理建立多组分渣-金-气反应体系同时反应动力学模型,编制计算程序,得出成分对时间的变化曲线,并用含Fe-Cr-Mn-C的渣-金反应体系的实验进行了验证. 结果表明,金属液中C和Mn组分的计算浓度与实测值基本吻合,Cr的计算浓度与实测值的相对误差在9.1%以内. 在直流电弧下熔炼存在大气通过渣层向金属液的传氧现象,其数值与大气向钢液直接传氧的数值相同. 采用模型方法能较好地解释过程中的反应现象,揭示过程的机理.     

利用焦炉煤气生产直接还原铁技术

介绍了用焦炉煤气生产直接还原铁（DRI）的工艺过程。用气基竖炉生产DRI具有生产规模大、生产成本低、生产操作方便灵活、环境友好等特点,其希尔自重整（HYL-ZR）工艺为首选。用循环经济的观点,合理利用钢铁长流程生产过程产生大量的焦炉煤气代替天然气生产DRI,形成我国特有的长流程与短流程并存的钢铁冶金新流程,是我国钢铁工业发展实际状况的过渡性选择。     

钢铁冶金企业安全生产管理创新策略

钢铁冶金行业是推动我国经济发展的重要行业,钢铁冶金企业是基础行业,因此企业的安全生产状况直接影响经济的运行以及民众的安全。因此钢铁冶金企业需要提高对安全的重视程度,在生产中加强对安全的管理。但是目前钢铁冶金企业对于安全生产管理还存在许多不足,缺乏有效的制度和方案来减少安全隐患。     

微生物代谢的唯象关系和趋优行为

从非平衡态热力学出发 ,探讨了微生物细胞在追求最高生长速率的优化模式下的动力学行为 .将微生物的生长过程分成分解代谢和合成代谢两个过程 (黑箱模型 ) ,通过唯象关系优化生长速率 ,得到了最优的合成代谢和分解代谢速率与自由能变化的关系 .计算表明 ,该关系式可以描述实际体系的生长过程 .进一步将微生物的生长过程划分为分解代谢、合成代谢、ATP的生成与消耗 3个反应 ,得到了与黑箱模型同样的优化结果 ,并且探讨了总偶合度与单步反应偶合度的关系 .所用的方法可以用来分析细胞的趋优行为 .     

钢铁磷化剂通过技术鉴定

钢铁磷化剂新产品是天津市经委根据我市家电、汽车、自行车、冶金等行业引进技术和新建企业配套及改造老企业磷化工艺的实际需要而下达化工局的重点攻关项目。 为完成上述任务,天津市红光化工厂会同天津第二钢丝绳厂经过近两年的时间研制成功TZ-2型钢铁塑性加工磷化剂,同期天     

铜闪速炉和转炉冶金计算CUFC软件开发

ＣＵＦＣ软件把铜闪速炉、贫化电炉和转炉冶金计算融为一体，是在有色冶金行业中的首次尝试，它能模拟铜闪速炉、转炉冶金计算全过程，对工程设计和实际生产选择最佳工艺条件能起到很好的指导作用．     

Effect of stress on nucleation and crystallization in polymers

Polymer crystallization is recognized as a non-equilibrium process and the postulate of local equilibrium is combined with the formalism of small systems thermodynamics to provide a general method of relating structure, kinetics and thermodynamics. In this method a single polymer molecule is assumed to be in equilibrium with its environment and the appropriate partition function is factored into the bulk free energy and the remaining factors which are important only in small systems.     

吸附——蒸馏过程中不平衡定态间的耦合分析

现有的关于吸附蒸馏过程的理论研究中,均以热力学平衡级模型进行传质分析,未考虑吸附剂细粉加入后对气液界面传质速率的影响。本文利用非平衡热力学原理,对吸附蒸馏过程中各个热力学传输流之间的耦合进行了理论分析。     

恒热流工况下管内对流换热火用传递特性

从管内传热与流动的特点出发,基于热力学第一、第二定律和非平衡热力学理论,对壁面恒热流工况下,管内充分发展段对流换热的火用传递过程进行了研究,定义了对流换热传火用系数、火用流密度、传火用Nusselt数和对流换热火用传递方程,并导出相应的计算式;讨论了Reynolds数、量纲1热通量和不同截面位置等参数对对流换热火用传递过程的影响;最后将传火用和传热的结果进行了比较.     

基于微量热法对多孔碳与双氧水相互作用过程的传质阻力分析

多孔材料作为催化剂对现代化学工业起到重要推动作用,但其纳米受限孔道造成的界面传递问题不容忽视。直接法合成双氧水（H₂O₂）过程中,揭示H₂O₂脱附过程传递与反应竞争博弈的介尺度机制是提高产率的关键。线性非平衡热力学为解耦界面扩散及反应提供了统一框架,但缺少合适通量测定方法。因此,本文设计多孔碳与H₂O₂相互作用的微量热实验,结合分子模拟及孔结构表征实验揭示多孔碳材料的界面传递结构,实现了非平衡热力学的定量传质阻力分析,进一步获取了表界面浓度场的动态变化。研究结果表明：微量热法是定量解耦并揭示扩散-反应机制的有效线性非平衡热力学阻力分析方法;介孔结构、生物骨架结构及担载1%（质量） Pd元素均能增强H₂O₂在多孔碳中的传质通量,但实现超高通量需要扩散与反应阻力的匹配;非平衡热力学阻力解耦方法是揭示多相反应过程介尺度机制的重要定量描述方法,有望为过程的调控及优化提供理论依据。     

ENTROPY AND AGING IN BIOLOGICAL SYSTEMS

The Second Law of Thermodynamics (which is often referred to as “times arrow” because it dictates the direction of increasing chronological time), should have a direct bearing on the aging process in biological systems. Basic aging related phenomena are discussed from the point of view of an entropy rate balance, and the known effects of body temperature, metabolic rate and food consumption rate on lifespan are considered. The problems of quantifying the rate of internal entropy production of complex systems is investigated using the fundamentals of non-equilibrium thermodynamics. Entropy rate balance data over the lifespan of the annual fish Nothobranchius guentheri are used to illustrate basic aging phenomena.     

ENTROPY AND AGING IN BIOLOGICAL SYSTEMS

The Second Law of Thermodynamics (which is often referred to as “times arrow” because it dictates the direction of increasing chronological time), should have a direct bearing on the aging process in biological systems. Basic aging related phenomena are discussed from the point of view of an entropy rate balance, and the known effects of body temperature, metabolic rate and food consumption rate on lifespan are considered. The problems of quantifying the rate of internal entropy production of complex systems is investigated using the fundamentals of non-equilibrium thermodynamics. Entropy rate balance data over the lifespan of the annual fish Nothobranchius guentheri are used to illustrate basic aging phenomena.