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)境作用動力學(xué)理論模型。方法在原有環(huán)境作用動力學(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個概念,修改蠕變動力學(xué)理論模型的假設(shè)2。結(jié)果形成了由8個定義、2個假設(shè)組成的更加完善的環(huán)境作用動力學(xué)理論模型。結(jié)論新的環(huán)境作用動力學(xué)理論模型涵蓋了蠕變動力學(xué)理論模型和原有的環(huán)境作用動力學(xué)理論模型,應(yīng)用范圍得到大大擴展。關(guān)鍵詞:環(huán)境作用動力學(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中圖分類號:T011文獻標識碼文章編號: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。問變化進程、活化粒子和假設(shè)二中對數(shù)時間導(dǎo)數(shù)的物1)環(huán)境作用σ。在蠕變過程中,環(huán)境作用σ是應(yīng)理意義等問題。經(jīng)過深入思考,環(huán)境作用動力學(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)模型的方程中四個相乘項(σ,W(T),I(1+1),(1-P境對蠕變物體的作用。蠕變過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中國煤化工作者簡介:封先河(1967—),男,重慶巴南人,研究員級高工,主要研究方向為環(huán)境試驗及理論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月的變化過程,蠕變可以看成蠕變物體長度特征的變化。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:在物體的變化過程中,影響變化過程的獨律不同。立、有效的作用的積,稱為環(huán)境作用σ。包括表面揮2)活化粒子濃度W(T)。在蠕變過程中,組成物發(fā)作用、外部應(yīng)力作用、內(nèi)部擴散作用、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。即實上,蠕變物體所有粒子中,只有活化粒子對蠕變作G=O1×O2用σ產(chǎn)生響應(yīng),非活化粒子并沒用對蠕變作用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可以是時間和溫度的函數(shù),也可是恒3)/(1+1)。最初引入對數(shù)時間導(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程P變化。實驗結(jié)果相符合,因為在實驗中發(fā)現(xiàn),對數(shù)時間觀測到的蠕變量相等?，F(xiàn)在可以這樣解釋:物體承受σ1.3環(huán)境適應(yīng)性作用的過程中,會逐步適應(yīng)σ作用,相對物體來說,定義2:在物體的所有宏觀變化過程中,物體通過σ作用隨時間減小了,代價是物體在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)一段時間一樣。物體在σ作用下,也會改適應(yīng)性S可以用式(2)表示變自身性質(zhì)、形狀,減小作用σ的強度,逐步適應(yīng)這個作用。4)(1-P(1,T)。在蠕變過程中,組成物體的活化粒子在蠕變作用σ下,產(chǎn)生位置變化,到達最終位置式中:t為時間。當(dāng)不存在環(huán)境適應(yīng)性時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,S可以近似用1/(+1)表示做熱運動,對變化速率沒有貢獻。對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)境置的變化過程,可以看成沒有已經(jīng)發(fā)生變化的粒子,作用有關(guān)。同一物體對有的環(huán)境作用存在環(huán)境適應(yīng)按照定義,P≡0性,對有的環(huán)境作用不存在環(huán)境適應(yīng)性,需要針對具筆者認為:可以將物體變化的上述四個特征引入體的變化過程確定。多數(shù)物體對多數(shù)環(huán)境作用存在蠕變動力學(xué)理論模型,通過適當(dāng)?shù)臄U充概念,可以擴適應(yīng)性,特別是生物體,一般都存在很強的環(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。正是生物體的這個環(huán)境適應(yīng)性,成為達爾文進化化,形成一個更加完善的、描述物體宏觀性能變化的論的生物進化的動力模型——環(huán)境作用動力學(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,就是對拉伸作用的一種適應(yīng);固體環(huán)境作用動力學(xué)理論模型材料的蠕變,減緩了外部應(yīng)力、應(yīng)變作用,就是對外部應(yīng)力、應(yīng)變作用的適應(yīng)1.1基本觀點14環(huán)境響應(yīng)性環(huán)境作用動力學(xué)理論模型認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)境化兩個狀態(tài)。按照統(tǒng)計物理的等幾率原理,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g1,s2,…,g1,…;簡并度w,w2,…,w,…;W(T)粒子數(shù)a,a2,…,a式中:W(中國煤化工近有粒子都環(huán)境作用動力學(xué)理論模型還認為物體宏觀的形響應(yīng)時物體的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,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)境作用動力學(xué)基礎(chǔ)及應(yīng)用17些環(huán)境作用于物體上時,組成物體的所有粒子變化進程P是一個微觀量,難以測量。一個具體都會響應(yīng)這個環(huán)境作用。如力作用于自由物體時,組的物理化學(xué)變化過程,只能用一個宏觀的物理量來成物體的所有粒子都會產(chǎn)生加速度。另一些環(huán)境作描述變化進行的過程,這個物理量必須與變化進程P用于物體上時,組成物體的所有粒子中,只有部分粒相對應(yīng)。子會響應(yīng)這個環(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,與變化進程P成化過程中,只有能級很高的極少數(shù)塑料分子,才會分線性對應(yīng)關(guān)系的宏觀物理量,稱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,值。簡稱變化度量值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n高于某個特征能量值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,由與溫度無關(guān)的小,需要區(qū)分E0和與溫度有關(guān)的E兩部分組成。可以用一個函數(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),可以通過實驗只能變化1次,這時物體的活化粒子中未發(fā)生變化部數(shù)據(jù)確定。作為一個近似的估計,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,如組成物體的一個粒子在環(huán)境作用下產(chǎn)生位置值;E為E中與溫度無關(guān)的部分;E為E中與溫度有移動,這個粒子的位置移動可以產(chǎn)生多次,相當(dāng)于P關(guān)的部分(t,T)≡0。這時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),可以通過統(tǒng)計物理進行計算。式(6)可以近似表示固體、液體、氣體的活化可以無限次產(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程中,物體的變化進定義6:組成物體的所有粒子中,已經(jīng)發(fā)生變化的程P對時間的導(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,稱為物體的變化進程。簡性S、物體的環(huán)境響應(yīng)性U、物體的變化重復(fù)性Q的積稱變化進程P,它是一個0-1之間的無量綱數(shù)。所有成正比。即粒子都未發(fā)生變化時,變化進程P=0;所有粒子都發(fā)生dP(t. T=jxS()xU(T)xo(t,T)xo(10)變化時,變化進程P=1;部分粒子發(fā)生變化時,變化進程P在0和1之間。式中:為比例系數(shù),同時平衡量綱。變化進程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。因為隨著變化的進行,活化粒子中有一部分已經(jīng)產(chǎn)生了變化,這些粒子對變化速YH中國煤化工率是沒有貢獻的,只有未產(chǎn)生變化的活化粒子,才對2.1應(yīng)用特點CNMHG變化速度產(chǎn)生影響環(huán)境作用動力學(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,變化過程的定量描述。(14)近似,后期存在差異。針對具體的物體和環(huán)境作用,首先應(yīng)該確定物體變化過程中物體的環(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,對式(2),(3),(9)作岀選擇。然后選擇描述物體變化過程的變化度量值環(huán)境作用動力學(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)境下的變化過程,物體僅限于由大量微觀粒子組成的宏作用σ時,應(yīng)考慮到環(huán)境作用a可以是時間和溫度觀物體,變化過程不僅限于物理變化過程和化學(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程?；蜃兓M程P變化。確定式(7)的具體函數(shù)時,應(yīng)考宏觀物體在環(huán)境作用下的變化過程,雖然極其復(fù)慮到變化開始時的變化度量值Ⅰ和變化結(jié)束時的變雜,但只要能夠準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程的3個特征(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。對于簡單的變化過程,可以得到函數(shù)通應(yīng)用環(huán)境作用動力學(xué)描述其變化過程。解,由具體的實驗數(shù)據(jù)確定通解系數(shù);對于復(fù)雜的變新的環(huán)境作用動力學(xué)理論模型涵蓋了蠕變動力化過程,只能得到數(shù)值解。學(xué)理論模型和原有的環(huán)境作用動力學(xué)理論模型,動力22外力F作用下物體的運動學(xué)方程的物理意義更加明確,方便人們針對具體的變化過程進行應(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外力作用都產(chǎn)生加速參考文獻度,U=1;粒子可以無限次產(chǎn)生速度變化,Q≡1;物體[ PETER ATKINS, julio de paula. 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