工程熱力學(xué)的發(fā)展現(xiàn)狀——論文

1、工程熱力學(xué)的新發(fā)展摘要 1 9 8 9年國(guó)家自然科學(xué)基金工程熱力學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)在武漢舉行。同年世界工程熱力學(xué)年會(huì)首次由我國(guó)主持在北京舉行。對(duì)促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)特別是能源工程以及相關(guān)學(xué)科的發(fā)展產(chǎn)生了積極的影響。我國(guó)在熱力學(xué)簽本理論、熱力學(xué)近代發(fā)展及熱力學(xué)應(yīng)用研究方面，基本上跟上了世界發(fā)展的步伐。一、學(xué)科內(nèi)涵及拓寬熱力學(xué)是一門(mén)古老而又年輕的學(xué)科。熱力學(xué)在研究各種形式能量之間相互轉(zhuǎn)換以及有關(guān)物質(zhì)結(jié)構(gòu)熱物性規(guī)律方面屬于理論基礎(chǔ)學(xué)科。將熱力學(xué)原理(理論熱力學(xué))與工程應(yīng)用相結(jié)合形成的兩個(gè)分支工程熱力學(xué)、傳熱學(xué)，屬于應(yīng)用基礎(chǔ)學(xué)科。熱力學(xué)是一門(mén)具有普遍意義的學(xué)科，它建立在對(duì)客觀(guān)世界的觀(guān)察和正確概括上，因此它的邏輯

2、結(jié)構(gòu)使我們有可能預(yù)測(cè)客觀(guān)世界的發(fā)展變化。熱力學(xué)的這一特征和性質(zhì)用著名科學(xué)家a l be rt e in stein在他的著作p h i lo s op he rseie n tist一書(shū)中對(duì)經(jīng)典熱力學(xué)的概括和描述是極其恰當(dāng)?shù)?，他這樣寫(xiě)到:“一種理論，其前提愈簡(jiǎn)單，所涉及的事物愈多，其適應(yīng)范圍愈廣泛，它給人們的印象就愈深刻。因此經(jīng)典熱力學(xué)給我們深刻的印象。它是僅有的具有普遍意義的物理理論。我確信在其基本概念所適應(yīng)的范圍內(nèi)，它是絕對(duì)不會(huì)被推翻的”。經(jīng)典熱力學(xué)起源于1 5 9 2年ga川e o時(shí)代。工程熱力學(xué)的早期歷史可追朔到1 7 9 8年co u n t rum f o r d用著名的炮膛試驗(yàn)首

3、次完成功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岬亩垦芯俊。m。fair e s則認(rèn)為中國(guó)古代火藥的發(fā)明應(yīng)作為人類(lèi)研究與應(yīng)用工程熱力學(xué)的開(kāi)端。熱力學(xué)的重要性在于它的實(shí)用性和適用的廣泛性。工程熱力學(xué)完全是結(jié)合人類(lèi)的生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)發(fā)展起來(lái)的。目前工程熱力學(xué)已從研究平衡體系和可逆過(guò)程發(fā)展到研究有時(shí)空變化的非平衡體系和不可逆過(guò)程，這一步的跨越不僅拓寬了經(jīng)典熱力學(xué)的研究范疇，而且與其它學(xué)科的交叉又形成了許多新的分支學(xué)科，如熱物性學(xué)、熱經(jīng)濟(jì)學(xué)、生物熱力學(xué)、化學(xué)熱力學(xué)、環(huán)境熱力學(xué)等等。在應(yīng)用上，目前工程熱力學(xué)的研究主要集中在熱力循環(huán)、總能系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)和能源管理(如煙分析和熱經(jīng)濟(jì)學(xué)分析)等方面，與其它學(xué)科交叉也有許多新領(lǐng)域方面的研究。二

4、、戰(zhàn)略地位及國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀歷史經(jīng)驗(yàn)說(shuō)明，每一次新型動(dòng)力機(jī)械及其熱力循環(huán)的出現(xiàn)，都會(huì)促進(jìn)生產(chǎn)水平、社會(huì)進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的飛躍發(fā)展。蒸汽機(jī)的出現(xiàn)帶動(dòng)了第一次產(chǎn)業(yè)革命與資本主義成長(zhǎng)，也促進(jìn)了各種科學(xué)的發(fā)展。往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)、蒸汽機(jī)以及與之相應(yīng)的奧托循環(huán)、狄塞爾循環(huán)、朗肯循環(huán)的出現(xiàn)和發(fā)展為上世紀(jì)末本世紀(jì)初開(kāi)始的機(jī)械化電氣化的現(xiàn)代文明社會(huì)創(chuàng)造了條件;相應(yīng)地，與之有關(guān)的工程熱力學(xué)各分支和由其所帶動(dòng)的許多學(xué)科也都蓬勃發(fā)展起來(lái)。本世紀(jì)中葉開(kāi)始，燃?xì)廨啓C(jī)、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭及布雷敦循環(huán)等的發(fā)展，則為高速航空與宇航年代奠定了基礎(chǔ)，并為工程熱力學(xué)的開(kāi)拓提供了條件。在軍事系統(tǒng)和航天技術(shù)中，發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭動(dòng)力、艦艇動(dòng)力以及為“星

5、球大戰(zhàn)”而發(fā)展的各項(xiàng)新技術(shù)也促進(jìn)了工程熱力學(xué)的研究。此外，各種類(lèi)型的爐，如冶金爐、燃料爐、建材窯爐、石油化工爐等裝置;核反應(yīng)堆各種換熱器、制冷設(shè)備、氣體分離、液化設(shè)備、熱泵、空調(diào)、通風(fēng)、供熱等工業(yè)與民用裝置;各種能源系統(tǒng)，如燃料電池、熱電與熱離子裝置、磁流體發(fā)電、太陽(yáng)能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽芤约帮L(fēng)能等的利用都是工程熱力學(xué)不斷開(kāi)拓與應(yīng)用的結(jié)果。當(dāng)今熱力學(xué)還涉及到生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，如生命維持系統(tǒng)、人造器官等。我國(guó)工業(yè)的很多領(lǐng)域面臨著世界新技術(shù)發(fā)展的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，國(guó)家把調(diào)整企業(yè)結(jié)構(gòu)和提高經(jīng)濟(jì)效益作為推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步的根本出發(fā)點(diǎn)。節(jié)能降耗是一個(gè)重大課題。能源是現(xiàn)代人類(lèi)社會(huì)生存和發(fā)展的必要條件。有前地球上常規(guī)能源的限度迫

6、使人類(lèi)應(yīng)用工程熱力學(xué)和其它工程學(xué)科如傳熱傳質(zhì)學(xué)、燃料學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)、流體力學(xué)等，研究能源的有效轉(zhuǎn)換與合理使用，指導(dǎo)熱力過(guò)程的工程設(shè)計(jì)。結(jié)合社會(huì)科學(xué)和人文科學(xué)的需要與制約，盡可能地提供能源資源和物質(zhì)資源，促進(jìn)人類(lèi)的發(fā)展與進(jìn)步。經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和人口的不斷增加，當(dāng)前潛在的能源危機(jī)和生態(tài)危機(jī)籠罩著整個(gè)地球。如果與能源生產(chǎn)和消費(fèi)有關(guān)的技術(shù)沒(méi)有根本的變革或提高，溫室效應(yīng)得不到有效控制，臭氧層的減少和熱障不消除，會(huì)給人類(lèi)帶來(lái)巨大的災(zāi)難。因此許多科學(xué)家呼吁:現(xiàn)在已經(jīng)到了通盤(pán)解決能源、環(huán)境與經(jīng)濟(jì)問(wèn)題的時(shí)候了。從戰(zhàn)略發(fā)展的高度考慮，工程熱力學(xué)的理論研究與應(yīng)用必將在能源、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境綜合的大體系中求得新的拓寬與

7、發(fā)展。熱力學(xué)基本原理和熱力循環(huán)熱力學(xué)的幾個(gè)基本定律奠定了經(jīng)典熱力學(xué)的基礎(chǔ)并指導(dǎo)著工程實(shí)踐應(yīng)用。但是經(jīng)典熱力學(xué)是以平衡態(tài)和可逆過(guò)程為模式研究能量轉(zhuǎn)換規(guī)律。在自然界中還大量存在著非平一4 1一衡態(tài)和不可逆過(guò)程，要用經(jīng)典熱力學(xué)的概念和方法進(jìn)行研究。早期有h。o n s a g e r于1 9 3 1年發(fā)表的“線(xiàn)性熱力學(xué)”和m u l l er的“擴(kuò)展不可逆熱力學(xué)”。大約到六十年代，線(xiàn)性不可逆熱力學(xué)理論的創(chuàng)建工作才算完成。由于這一開(kāi)拓性的成就翁薩格榮獲了1 9 6 8年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。稍后p r i gog in e所領(lǐng)導(dǎo)的比利時(shí)布魯塞爾學(xué)派發(fā)展了著名的“耗散結(jié)構(gòu)理論”，把不可逆過(guò)程熱力學(xué)研究推向了又

8、一個(gè)高峰，并榮膺1 9 7 8年諾貝爾獎(jiǎng)。熱力學(xué)理論發(fā)展的一個(gè)重要方面是熱力過(guò)程在非平衡體系。(空間上的不均勻性)不可逆過(guò)程的性質(zhì)，涉及時(shí)間上的演化問(wèn)題，從而提出了“有限時(shí)間熱力學(xué)”。它推出了比可逆界限更接近于實(shí)際的性能從而得出過(guò)程變化的最佳效果。有限時(shí)間熱力學(xué)的提出還只有2 0年的歷史，它將與不可逆過(guò)程熱力學(xué)相輔相成。在研究方法上，統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)理論促進(jìn)了熱離子、熱電現(xiàn)象等一類(lèi)能量直接轉(zhuǎn)換的新方式的近代發(fā)展，也促進(jìn)了對(duì)工質(zhì)熱物理性質(zhì)本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。熱動(dòng)力學(xué)理論也是建立在分析微觀(guān)粒子群統(tǒng)計(jì)性質(zhì)的基礎(chǔ)上，它的獨(dú)立途徑屬于對(duì)粒子間相互作用作動(dòng)力理論研究，推導(dǎo)出與過(guò)程速率有關(guān)的遷移性質(zhì)(如粘度、熱傳導(dǎo)性、擴(kuò)

9、散系數(shù))。信息論作為微觀(guān)方法在熱力學(xué)中的應(yīng)用也開(kāi)始有所發(fā)展。在工程熱力學(xué)與動(dòng)力機(jī)械的發(fā)展史上，熱力循環(huán)與動(dòng)力機(jī)械理論是在不斷地產(chǎn)生新循環(huán)、新工質(zhì)、新設(shè)想的相互帶動(dòng)之下逐步完善的。例如，純噴氣循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展為內(nèi)外涵循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，大大降低了耗油率，促使高速民航機(jī)的飛快發(fā)展;此熱力循環(huán)加力后又適應(yīng)軍用飛機(jī)的需要;目前又朝著組合的變循環(huán)發(fā)展。熱力循環(huán)理論研究即能推動(dòng)社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，又對(duì)相應(yīng)的科學(xué)技術(shù)提出新的課題。但是一個(gè)新循環(huán)的提出，從理論研究到完善為商業(yè)產(chǎn)品是需要經(jīng)歷很長(zhǎng)時(shí)間和巨額投資的。即使是循環(huán)上的某些改進(jìn)也是如此。最新式的k ahn a循環(huán)、c he ng循環(huán)、i g c c(整體式煤氣聯(lián)合體

10、)循環(huán)都具有優(yōu)越的應(yīng)用前景。明分析和熱經(jīng)濟(jì)學(xué)朋分析的出發(fā)點(diǎn)是當(dāng)年c l a usi us所說(shuō)的“能量轉(zhuǎn)換中不可彌補(bǔ)的損失”，反映了人類(lèi)對(duì)能的本性應(yīng)當(dāng)從“質(zhì)”與“量”的結(jié)合上科學(xué)的評(píng)價(jià)其“價(jià)值”，近年來(lái)明分析的發(fā)展由局部系統(tǒng)向著總能系統(tǒng)綜合分析過(guò)渡。明分析方法是七十年代初全球性“能源危機(jī)”以來(lái)世界各國(guó)的熱門(mén)研究課題。市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)制約著能源價(jià)格，電價(jià)、熱價(jià)困繞著經(jīng)濟(jì)管理部門(mén)和企業(yè)的技術(shù)改造。提高能源利用率，推廣節(jié)能與余熱利用并不是一個(gè)單純的技術(shù)問(wèn)題，還受著經(jīng)濟(jì)政策因素的約束。某一技術(shù)方案的實(shí)施必須是熱力學(xué)的“設(shè)想”與經(jīng)濟(jì)學(xué)的“現(xiàn)實(shí)”相結(jié)合的產(chǎn)物。一門(mén)新的學(xué)科熱經(jīng)濟(jì)學(xué)便產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)。熱經(jīng)濟(jì)學(xué)是e。f。

11、o be rt，m。tri bu s和r。b。ev a n s等人自五+年代開(kāi)始進(jìn)行的工作，而于六十、七十年代公布了他們運(yùn)用胡的價(jià)值化與經(jīng)濟(jì)學(xué)代價(jià)之間相互聯(lián)系的本質(zhì)，提出了熱力學(xué)完善性與經(jīng)濟(jì)學(xué)完善性具佳的可行方案。根據(jù)所研究的對(duì)象及內(nèi)容，分為“熱經(jīng)濟(jì)學(xué)分析”、“熱經(jīng)濟(jì)學(xué)優(yōu)化”和“熱經(jīng)濟(jì)學(xué)綜合”三個(gè)方面。節(jié)能技術(shù)的意義被提高到“第五能源”的地位。它的發(fā)展提醒人們對(duì)能量從“量”到“質(zhì)”認(rèn)識(shí)的飛躍。能源的合理利用建立起總能系統(tǒng)的概念。按著能量品位的高低進(jìn)行梯級(jí)利用，將功、熱(冷)與物料內(nèi)能等各種能量之間的配合關(guān)系與轉(zhuǎn)換使用，在系統(tǒng)的高度上總體綜合利用，而不是單一的提高某一生產(chǎn)設(shè)備或工藝的能源利用率、

12、性能指標(biāo)。聯(lián)合循環(huán)、熱電聯(lián)產(chǎn)、余熱利用、先熱利用、能源工廠(chǎng)(能源大系統(tǒng))等都列入這個(gè)概念的范疇。世界各國(guó)對(duì)余熱的回收利用都非常重視，給予節(jié)能技術(shù)和設(shè)備改造以大量的投資。我國(guó)在熱力學(xué)基本理論及熱力學(xué)現(xiàn)代應(yīng)用與研究方面，如環(huán)境分析、熱經(jīng)濟(jì)學(xué)、非平衡熱力學(xué)、有限時(shí)間熱力學(xué)、變質(zhì)量系統(tǒng)熱力學(xué)、連續(xù)介質(zhì)熱力學(xué)等方面都有長(zhǎng)足的進(jìn)展。從近幾年國(guó)際國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)會(huì)議論文和水平來(lái)看，已經(jīng)基本跟上了世界發(fā)展水平。1 9 8 9年由我國(guó)主持在中國(guó)召開(kāi)了世界工程熱力學(xué)每年一次的學(xué)術(shù)會(huì)議t ai es。同年我國(guó)在武漢召開(kāi)了國(guó)家自然科學(xué)基金工程熱力學(xué)發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)。1 9 8 9年國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局還頒布了有關(guān)工業(yè)企業(yè)余熱分類(lèi)等級(jí)

13、和余熱資源計(jì)算方法的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，這是繼1 9 8 8年全國(guó)余熱利用學(xué)術(shù)會(huì)議召開(kāi)之后出臺(tái)的。這些都進(jìn)一步推進(jìn)了能源利用工作的開(kāi)展。三、發(fā)展方向與目標(biāo)根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況，國(guó)家自然科學(xué)基金戰(zhàn)略研討會(huì)建議著重加強(qiáng)下列研究方向和研究項(xiàng)目?；镜臒崃ρh(huán)和熱力過(guò)程是熱力裝置的發(fā)展基礎(chǔ)，仍然必須加強(qiáng)研究。要用現(xiàn)代的理論及方法使這個(gè)古典領(lǐng)域喚發(fā)青春。例如在工程熱物理及能源利用已經(jīng)普遍采納了炯的概念和熱經(jīng)濟(jì)學(xué)觀(guān)點(diǎn)結(jié)合最優(yōu)化方法和模糊數(shù)學(xué)的成果正確選擇最優(yōu)目標(biāo)或評(píng)價(jià)準(zhǔn)則等。對(duì)各種熱力循環(huán)，尤其是各種新式循環(huán)與總能系統(tǒng)，目前正大力加強(qiáng)對(duì)變動(dòng)工況的研究。實(shí)際上熱力裝置總是處在變工況狀態(tài)工作，為了解其全部運(yùn)行區(qū)域的性能變

14、工況分析比設(shè)計(jì)工況難得多，這要從優(yōu)化目標(biāo)或評(píng)價(jià)準(zhǔn)則開(kāi)始就考慮變工況的影響。煙分析及熱經(jīng)濟(jì)學(xué)理論與技術(shù)尚在發(fā)展。今后的主攻方向是理論研究與應(yīng)用并舉，以應(yīng)用研究為主。煙效率、明成本的定義對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)有不同的體系劃分及評(píng)價(jià)方法，尤其在基準(zhǔn)物質(zhì)體系的環(huán)境模型方面仍需作大量的工作。朋分析已將平行學(xué)科中新理論和新技術(shù)引入形成不同層次的交叉是當(dāng)前和今后的重要課題，如引進(jìn)系統(tǒng)工程、優(yōu)化技術(shù)、決策和對(duì)策論及信息理論等方面的新發(fā)展。應(yīng)該指出信息理論與熱力學(xué)有著良好的親緣關(guān)系，而計(jì)算機(jī)處理信息流把熱力學(xué)所有參量為上機(jī)計(jì)算帶來(lái)很多方便條件。應(yīng)在一些大型能量系統(tǒng)規(guī)劃或戰(zhàn)略研究中推行炯分析和熱經(jīng)濟(jì)學(xué)方法尋找節(jié)能潛力。要盡快

15、地制定出“明分析方法技術(shù)導(dǎo)則”，完善使用數(shù)據(jù)和圖表，使其在工程應(yīng)用中指導(dǎo)企業(yè)的節(jié)能工作。近期可做一些典型用能系統(tǒng)規(guī)分析的算例，找出典型行業(yè)為對(duì)象作出成果，使生產(chǎn)和管理部門(mén)看到實(shí)效，扭轉(zhuǎn)基于熱力學(xué)第一定律的熱平衡觀(guān)念，提高到以熱力學(xué)第二定律為基礎(chǔ)的明分析方法上來(lái)。對(duì)炯分析的不同學(xué)派，有代表性的如tribu s，e i一sa y ed和eva n s學(xué)派，gag g iol i學(xué)派，西德的ba e h r，英國(guó)的l in nh o f f和k o t a s以及日本的龜山一吉田學(xué)派等，通過(guò)分析比較結(jié)合我國(guó)國(guó)情，建立我國(guó)規(guī)分析系統(tǒng)也是當(dāng)務(wù)之急。待添加的隱藏文字內(nèi)容3熱經(jīng)濟(jì)學(xué)研究的對(duì)象雖然也是能源的合

16、理和節(jié)約利用，但是它把能的“貶值性”與能源生產(chǎn)中物資與勞動(dòng)消耗結(jié)合起來(lái)，這在方法論上已經(jīng)超越了單純的熱力學(xué)定律與一般的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析方法。開(kāi)展熱經(jīng)濟(jì)學(xué)的研究，對(duì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。熱經(jīng)濟(jì)學(xué)所追求的是把企業(yè)的自身發(fā)展與國(guó)家的宏觀(guān)調(diào)控結(jié)合起來(lái)，兼顧節(jié)能效益與經(jīng)濟(jì)效益，直接為工業(yè)企業(yè)的增產(chǎn)節(jié)能服務(wù)，也為管理部門(mén)、計(jì)劃部門(mén)提供正確的決策依據(jù)。在我國(guó)其近、中期的戰(zhàn)略目標(biāo)是逐步總結(jié)與發(fā)展形成適合中國(guó)國(guó)情的熱經(jīng)濟(jì)學(xué)分析方法，以實(shí)際應(yīng)用為背景，爭(zhēng)取在熱經(jīng)濟(jì)學(xué)優(yōu)化和綜合方面取得切實(shí)的進(jìn)展。這是一項(xiàng)超越部門(mén)之間的實(shí)用性基礎(chǔ)工作。近、中期內(nèi)可以開(kāi)展的專(zhuān)項(xiàng)研究是:適于我國(guó)特定技術(shù)及熱經(jīng)濟(jì)學(xué)分析方法研究;能量系統(tǒng)

17、的熱經(jīng)濟(jì)學(xué)結(jié)構(gòu)模式的研究;能量系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)學(xué)決策模型與專(zhuān)家決策支持系統(tǒng)的研究等。更長(zhǎng)遠(yuǎn)的方向，則是在能源、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會(huì)等方面形成的大體系中尋求更深刻的優(yōu)化內(nèi)容。非平衡熱力學(xué)在工程應(yīng)用上是大有可為的。特別是有多種不可逆因素同時(shí)存在的復(fù)雜熱過(guò)程，任何以研究單一不可逆現(xiàn)象為主的學(xué)科如傳熱學(xué)、傳質(zhì)學(xué)、化學(xué)動(dòng)力學(xué)、流體力學(xué)等無(wú)法解決的問(wèn)題在非平衡熱力學(xué)過(guò)程的統(tǒng)一理論指導(dǎo)下卻能較為容易地獲得解決。研究多因素禍合的復(fù)雜不可逆過(guò)程的交互作用正是非平衡熱力學(xué)優(yōu)勢(shì)之所在，也是工程上普遍存在和常見(jiàn)的問(wèn)題。為此，我國(guó)將出現(xiàn)“工程非平衡態(tài)熱動(dòng)力學(xué)”，強(qiáng)調(diào)“工程”和“動(dòng)力學(xué)”兩個(gè)方面，這是前所未有的。它的目的是研究工

18、程中出現(xiàn)的非平衡熱動(dòng)力學(xué)過(guò)程中一些共通性的問(wèn)題和處理的共通性方法。總結(jié)出具有普遍意義的工程問(wèn)題分析方法和理論，從而建立起一個(gè)非平衡熱動(dòng)力學(xué)學(xué)科體系。為完善這門(mén)學(xué)科，理論研究涉及的間題較多，甚至連一些最基本的例如如何建立一個(gè)可靠、方便、實(shí)用而具有普適性的非平衡態(tài)熱力學(xué)理論一直是人們關(guān)注的課題。以固體系統(tǒng)作為研究對(duì)象的不可逆過(guò)程熱力學(xué)近年來(lái)成為一個(gè)熱門(mén)課題。它主要涉及固體材料在產(chǎn)生塑性變形時(shí)結(jié)構(gòu)方程的建立。近年來(lái)非平衡熱力學(xué)及耗散結(jié)構(gòu)理論，使某些哲學(xué)概念在人文科學(xué)、社會(huì)科學(xué)等方面得到應(yīng)用和關(guān)注，它使這門(mén)學(xué)科向更新的領(lǐng)域拓展。非平衡熱力學(xué)在生物熱物理方面的研究和生命過(guò)程中的應(yīng)用是世人所矚目的。人體并

19、不是熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，而是“化學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)”，它類(lèi)似于燃料電池的工作。生物體是典型的開(kāi)口非平衡體系;生命過(guò)程包含了各種不同層次的復(fù)雜過(guò)程;在每一層次上都有大量不可逆的過(guò)程互相藕合進(jìn)行著要弄清這些復(fù)雜過(guò)程的規(guī)律，機(jī)理性研究與宏觀(guān)的、唯象卯方法如控制論和熱力學(xué)有著同樣重要的作用。細(xì)分起來(lái)可以歸納為以下四個(gè)方面:非平衡熱力學(xué)在生態(tài)學(xué)中的應(yīng)用;非平衡熱力學(xué)在生物能力學(xué)中的應(yīng)用;非平衡熱力學(xué)在個(gè)體發(fā)育學(xué)中的應(yīng)用;非平衡熱力學(xué)與中醫(yī)學(xué)結(jié)合的可能性。用嫡參數(shù)作為衡量人體健康狀態(tài)的指標(biāo)，用嫡的積累來(lái)解釋中醫(yī)學(xué)所說(shuō)的“中暑”、“內(nèi)熱”、“癖積”等概念是很貼切的，例如已提到了“嫡病”的說(shuō)法。工程熱力學(xué)的應(yīng)用，近、中期當(dāng)務(wù)之

20、急又容易見(jiàn)效的當(dāng)屬余熱利用。這方面的工作有以下幾方面:首先是余熱利用中宏觀(guān)指導(dǎo)和軟科學(xué)的研究。其中包括:有實(shí)用價(jià)值的余熱資源量計(jì)算、統(tǒng)計(jì)和規(guī)劃;余熱利用總能系統(tǒng)的研究。以上這兩個(gè)方面要會(huì)同部門(mén)和地區(qū)作余熱資源統(tǒng)計(jì)及建立評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。研究分析不同工業(yè)部門(mén)、企業(yè)有代表性的余熱利用總能系統(tǒng)，結(jié)合生產(chǎn)工藝、原料來(lái)源等條件，進(jìn)行總能系統(tǒng)優(yōu)化的計(jì)算機(jī)模擬研究，確定余熱回收方法和設(shè)備的研制。其次是高溫氣體余熱回收技術(shù)的研制:以高溫陶瓷為材料的各種換熱器，流態(tài)化床換熱器，以及強(qiáng)化傳熱表面的金屬管換熱器等。用于高溫爐渣、溶渣與高溫載熱體顯熱的回收技術(shù)也是有意義的課題。再次，中、低溫余熱回收的研究包括有低沸點(diǎn)工質(zhì)循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，熱水透平，全流發(fā)電系統(tǒng)和兩相流膨脹