嫡的泛化及應用

應用技術(shù)lE an:“·i“,卩熵的泛化及應用張賽(華東理工大學(xué)化工學(xué)院上海200237)[摘要本文介紹了楠的發(fā)展歷程熵的概念的演化以及熵的泛化和在各個(gè)自然科學(xué)和社會(huì )科學(xué)中的廣泛應用。熵的概念的外延使熵成為了一個(gè)新的世界觀(guān)[關(guān)鍵詞]熵熵的發(fā)展熵的概念熵的應用新的世界觀(guān)中圖分類(lèi)號:TP14文獻標識碼:A文章編號:1009914X(2011)06-030402嫡是熱力學(xué)中一個(gè)及其重要的概念,由克勞修斯于1865年提出,自從生命等各個(gè)領(lǐng)域。如信息熵,杜會(huì )熵,經(jīng)濟熵,組織熵等。它們主要用楠的概念提出后,熵就在熱力學(xué)以及其他各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著(zhù)重要的作用,尤其來(lái)描述混亂程度。熵的概念與各個(gè)領(lǐng)域結合形成許多新的交叉學(xué)科,如生是近幾年來(lái)熵活躍在各個(gè)領(lǐng)域,它已經(jīng)不儀僅應用于熱力學(xué)的平衡判據,過(guò)命論,信息論和熵與可持續發(fā)展等學(xué)等程的可逆與否,而是被更廣泛的應用,闡述了新的世界觀(guān)和宇宙觀(guān)。熵被引3.1熵與化工入其他學(xué)科,產(chǎn)生了許多數不清的新的“熵”的概念,愛(ài)因斯坦曾贊譽(yù)是熱力學(xué)第二定律定量關(guān)系的核心就是熵衡算方程,用的就是計算熵的產(chǎn)所有科學(xué)定律的第定律。他說(shuō):我相信只有內容廣泛而又普遍的熱力學(xué)理生量與有效能損失,從而找出過(guò)程中不可逆度最大,損失功最大或有效能論才能通過(guò)其概念的運用而永遠站穩腳跟損失最為嚴重的部分,為提高能量的利用效率指明方向和方法。熵衡算法1的發(fā)展歷程日的是計算過(guò)程的損失功。熵衡算法與環(huán)境狀態(tài)和過(guò)程變化的細節與初終態(tài)熵的發(fā)展從概念的提出到今天的跨學(xué)科應用大致可以分為四個(gè)階段:有關(guān)。能量分析的根本任務(wù)在于使用能源時(shí)要遵循“按質(zhì)用能,按需供第一階段是的提出,它指出,在熱力學(xué)上,一切實(shí)際的宏覡過(guò)程是能”的基木原則不可逆的,單向進(jìn)行的,熵的概念的提出為實(shí)際過(guò)程的方向提出了普遍適用3.2信息熵的判據。奠定了熱力學(xué)第二定律的基礎信息和是兩個(gè)相反的概念要保持信息在傳遞的過(guò)程中經(jīng)過(guò)轉化后還第一階段是揭示熵的本質(zhì)。波爾茲曼從微觀(guān)角度分析指出熵是系統混亂能保證真實(shí),那么必須是有序的,即所謂的低熵,我們知道,熵增則意程度的度量,即宏觀(guān)的自發(fā)過(guò)程總是由概率小的向概率大的變化,換一種說(shuō)味著(zhù)混亂程度增大,所以信息可稱(chēng)為負熵。信息論的創(chuàng )始人C.E. Shannon法就是熵越低,越有序,宏觀(guān)概率越小為∫用不確定性,混亂度來(lái)進(jìn)行信息度量研究定義了信息熵,他利用概率第三階段,上個(gè)世紀四五十年代,普利髙津等人進(jìn)一步深化了熵的理統計方法定義了信息熵。信息熵也稱(chēng)為概率熵或申農熵。熱力學(xué)熵是熱力論,他們把經(jīng)典的平衡態(tài)的熱力學(xué)推廣到非平衡態(tài),把弧立系統的熵概念擴學(xué)系統混亂度的度量。申農信息熵得到了廣泛而又成功的應用,它們既用展到開(kāi)放系統的熵,建立了非平衡態(tài)熱力學(xué)來(lái)計量信源,信道,信宿對應地產(chǎn)生,傳輸,接受或儲存的信息景,也第四階段即為熵的泛化,近年來(lái),熵的概念泛化,熵從狹義的熱力學(xué)用于評價(jià)通信系統的優(yōu)劣,以及編碼速率,傳輸速率,信息容量,信噪熵,統計熵外延到其他自然科學(xué)領(lǐng)域和社會(huì )科學(xué)領(lǐng)域,形成了各種各樣的廣比等指標衡量。信息熵的定義,使熵的概念得到拓展。熱力學(xué)中的從此義熵也可以應用于其他領(lǐng)域,微觀(guān)的熵也可以應用于宏觀(guān)的狀態(tài)。因此爝也稱(chēng)2螭的概念的演化為廣義,它為熵的概念外延提供了基礎2.1克勞修斯提出熱力學(xué)熵概念3.3熵,宇宙觀(guān)與可持續發(fā)展1865年,克勞修斯提出的概念,可逆過(guò)程的熱溫商只決定于初態(tài)和由熱力學(xué)第一定律,我們知道能量是守恒的,能量既不能被創(chuàng )造也不終態(tài),與所經(jīng)歷的過(guò)程無(wú)關(guān),所以必定對應一個(gè)狀態(tài)函數,這個(gè)狀態(tài)函數就能被消滅,能量只能從一種形式轉化成另一種形式,由熱力學(xué)第二定律我們是熵,熵是一個(gè)狀態(tài)函數,是平衡態(tài)的性質(zhì)。對于立系統中進(jìn)行的反應,若知道,能量只能自發(fā)地沿著(zhù)一個(gè)方向轉換,即從有序到無(wú)序。通俗的講,就是不可逆過(guò)程,系統的熵必定增大;若進(jìn)行的是可逆反應,則系統的熵不變。是宇宙中的切都是由有走向無(wú)序,無(wú)論宇宙屮任何地方建立起秩序,必由此推廣到一般系統的熵增原理,將環(huán)境和系統看成是一個(gè)大系統,系統和定義周?chē)h(huán)境里的更大混亂為代價(jià)?；跓崃W(xué)第二定律,有學(xué)者提出“熱環(huán)境的熵的總和為總熵,-般系統中進(jìn)行的不可逆過(guò)程,系統和環(huán)境總熵必寂說(shuō)”該學(xué)說(shuō)認為;如果將宙作為一個(gè)巨大的系統,那么根據熱力學(xué)第二定增大;若是可逆過(guò)程,系統和環(huán)境的總熵不變。系統對外做功時(shí),有部定律宇宙的熵是不斷的增加的,即有一天所用可用的能量會(huì )變?yōu)椴豢捎?一分是能量會(huì )耗散掉,不再具備做功的能力,它是退化的能量。所以說(shuō)熵是能量切運動(dòng)都將終止,宙走向熱寂。同理,地球作為一個(gè)封閉系統,也必然存品位的度量,系統的熵越高,其能量品位越低,對外做功潛力越小,可用性在著(zhù)極限?！盁峒耪f(shuō)”提出后,一些神學(xué)家或傾向于神學(xué)的科學(xué)家曾把“熱寂說(shuō)”作為上帝存在的證明,隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,普利高津等人提出耗散理22波爾茲曼關(guān)系式論后“宇宙熱寂說(shuō)”宣告破滅。前凵述及,普利餉津等人的耗散理論認為波爾茲曼引用統計方法,在概率論的基礎上闡明了熵的微觀(guān)意義,揭整個(gè)人類(lèi)社會(huì )甚全是宇宙的發(fā)展是樂(lè )觀(guān)的,我們可以通過(guò)不斷發(fā)展的科學(xué)技示了熵的本質(zhì)。熵是系統混亂程度的度量,波爾盤(pán)曼將熵與系統的熱力學(xué)術(shù)來(lái)解決我們現在所面臨的人口,資源,能源等的問(wèn)題。概率聯(lián)系起來(lái),建立了著(zhù)名的波爾茲曼關(guān)系式S=klnW,其中k是波爾茲曼(1)熵與生命常數,W是熱力學(xué)概率,即與任意給定的宏觀(guān)狀體相對應的微觀(guān)狀態(tài)數所有不可逆過(guò)程都顯示出熵的性質(zhì),生物進(jìn)化也可以看成是個(gè)熵過(guò)程波爾茲曼關(guān)系式表明熵與微觀(guān)狀態(tài)的關(guān)系,熵越有序,系統混亂度越小,生命有許多問(wèn)題都與熵密切相關(guān)。生命的進(jìn)化,就是從簡(jiǎn)單到復雜,從低級熵越小。所以,熵的增加就意味著(zhù)系統無(wú)序程度的增加到高級,從較為有序到有序,從有序到吏為有序。如果引入熵的理論,那么2.3普利高津提岀負熵理論和耗散結構理論生命就是向炳減少的方向發(fā)展,而我們知道,孤立系統的熵是不斷增加的,這上個(gè)世紀四五十年代,普利津等人把平衡態(tài)熱力學(xué)推廣到非平衡態(tài),與熱力學(xué)矛盾么?薛定諤說(shuō):生命賴(lài)負炳為生。事實(shí)上生命是以環(huán)境的更大將原本孤立系統的熵概念擴展到開(kāi)放系統,建立了非平衡態(tài)熱力學(xué)。對于熵增為代價(jià)來(lái)減少自己本身的熵,生長(cháng),發(fā)育,進(jìn)化。正如前以述及,生命非孤立系統,熵的變化有兩部分組成:-是系統內部的不可逆過(guò)程引起的體和環(huán)境作為一個(gè)總的系統,總熵是增加的,盡管生命體的熵是減小的。生熵變化,稱(chēng)為熵產(chǎn),二是系統與外界交換能量或物質(zhì)所引起的熵變化,稱(chēng)命體吸取負熵,將有序集中于一身,卻是環(huán)境允斥著(zhù)混亂。人類(lèi)的繁衍增長(cháng)為熵流。所以整個(gè)系統的變化等于熵產(chǎn)和熵流的總和。眾所周知,熵產(chǎn)過(guò)程本身就是轉化,消耗地球資源的過(guò)程,也是吸收周?chē)h(huán)境中。為了堅持永遠不可能是負的,而熵流可以是正值,零或負值,因此系統熵變化的符科學(xué)發(fā)展觀(guān)實(shí)現可持續發(fā)展,我們要堅持掉制人口增長(cháng)速度,人是食物鏈這號是不確定的,所以,如果想讓系統的熵減小,那么必須由外界環(huán)境向系個(gè)“能量金字塔”屮的最高營(yíng)養級,營(yíng)養級別越高,需要的卜層營(yíng)養級越多。提供足夠的負熵流,由此可見(jiàn),個(gè)系統從無(wú)序到有序是有可能轉化因此,人類(lèi)要通過(guò)控制人凵數量,確保與其他生物間合理的數量關(guān)系。避免的。普利高津定律告訴我們,宇宙中既有正熵過(guò)程,也有負熵過(guò)程,因資源的而可以調節總熵的大小。這彌補了基于熱力學(xué)第二定律的熵定律的不足中國煤化工種基于系統論的癩定律在不違反熱力學(xué)第二定律的情況下,遠離平衡的非環(huán)境的惡化,人類(lèi)日益增線(xiàn)性系統可以通過(guò)環(huán)境負熵流來(lái)減少總熵,從而使系統的無(wú)序變?yōu)橛行驊B(tài),長(cháng)CNMH即所謂的耗散結構利用。一方面,隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,在我國,土地仍得不到合理的人們不斷地通過(guò)精密機械和化肥農3螭在各個(gè)領(lǐng)域的應用藥等提高農業(yè)產(chǎn)量,表面上看,我們的農產(chǎn)品的產(chǎn)越來(lái)越高,可是,我據不完全統計,目前約有70~80種熵,它們分別應用于自然,社會(huì )們所投入的能量只有一部分被吸入了,另一部分卻被浪費了。農藥和化肥304|科故博覓應用技術(shù)圓筒造球生球篩改進(jìn)實(shí)踐白文蕓濟鋼煉鐵廠(chǎng)球團設備保障部要]通過(guò)對圓筒造球生球篩分系統進(jìn)行改造,提高了設備整體作業(yè)率及篩分效率,減少了含粉量:提高生球強度,滿(mǎn)足豎爐焙燒要求。從而本,提尚了豎爐生產(chǎn)效率詞]作業(yè)率篩分設計改進(jìn)分類(lèi)號:TF046.6文獻標識碼:A文章編號:1009-914X(2011)06-0305011引言變頻調速可適應不同生球情況下保證生球壓實(shí)效果,通過(guò)調節棍子関筒造球機是我廠(chǎng)自主開(kāi)發(fā)的具有國內先進(jìn)水平的造球設備,生產(chǎn)能力速度來(lái)控制篩面生球料層厚度,實(shí)現了充分的滾動(dòng)壓實(shí)為80t/每小時(shí),能耗低\產(chǎn)了所。但與閱筒造球配套的生球篩由于結構不合6、此次設備改造,我廠(chǎng)在原設備位置對土建結構進(jìn)行改造加固,不理,故障率高,從而影響了筒造球生產(chǎn)系統的產(chǎn)能釋放,成為圓簡(jiǎn)高產(chǎn)高僅克服了原設備基礎薄弱問(wèn)題問(wèn)時(shí)也解決了老企業(yè)老設備改造的空間問(wèn)題,效的瓶頌,我們在充分研究生球篩系統后,對生球篩分系統進(jìn)行了改造,取實(shí)踐證明效果很好得良好的效果。3應用效果2改造的實(shí)施過(guò)程該篩布買(mǎi)在圓筒造球機下料口與老球3-1皮帶交匯處減少了生球篩后的圓筒造球機配的生球篩故障率高,維修難度大,主要表現在(1)落下次數,安裝完畢投產(chǎn)試運行,獲得了滿(mǎn)意效果,取樣分析后各項指標見(jiàn)下生球篩是采用開(kāi)式齒輪傳動(dòng),油脂潤滑,齒輪損較快且潤滑油污染環(huán)境表(2)生球篩底座基礎溥弱,篩體整體顫動(dòng),造成軸承、篩輥壽命短;(3)篩體上蓋與本體之間的連接是利用雙頭螺栓直接旋入生球篩本體壓緊篩輥,經(jīng)含B(多次檢修拆卸后,螺孔易產(chǎn)生滑影響正常維修使用,生球篩的問(wèn)題已嚴重制約圓筒造球機真正效能的發(fā)抨在充分總結近幾年我廠(chǎng)生球篩分設備的使用經(jīng)驗,結合現場(chǎng)實(shí)際情病開(kāi)發(fā)出“組合式圓輥生球篩”,將這一設備應用于圓筒造球系統中,取得顯著(zhù)效果生球篩技術(shù)參數如下輥距:112mm輥子有效長(cháng)度:1600m干均領(lǐng)果輥子轉速:136r/min(變頻調速)功率:5.5KWX6迺過(guò)上表可見(jiàn),篩子前、后含粉量大幅度減少,生球強度顯著(zhù)提高篩子安裝傾角:120前筒造球住球量達到80-100t/h左右,從投產(chǎn)后入爐粉子大量減少,明篩子采用6組9輥式組合,共計54輥,有效面積9.67m3,篩縫總面顯改獸爐內透氣性,相應的降低了成品礦篩分指數散,生球抗壓強度平均提高積0.81m2,設計生球通過(guò)量150t/h,最大瞬時(shí)量可達180t/h18.06%,證明了生球篩對生球的壓實(shí)增強效果。這對于提高筒造球機的生組合式圓輥生球篩只有以下優(yōu)點(diǎn):球量產(chǎn)量,提高生產(chǎn)效率無(wú)疑是十分有利的1、設備結構緊湊,傳動(dòng)箱體設計合理,成功的解決了傾斜齒輪箱的潤滑問(wèn)題,運行平穩,噪音小,可靠性高,部件更換維修性好經(jīng)過(guò)半年應用實(shí)踐證明,組合式阓輥生球篩使用效果明顯的。對降低2,采用組合式結構,設備設計靈活,可以根據現場(chǎng)條件進(jìn)行靈活組含粉率,提高生球強度,改善爐況及豎爐的達產(chǎn)達效起到了重要作用,具有合,有利于工藝設備的布局,為老企業(yè)設備挖潛改造創(chuàng )造∫有利條件推廣價(jià)值3、輥縫調幣方便,選擇范圍大,可根據工藝要求通過(guò)調整輥徑來(lái)調整輥縫,我廠(chǎng)根據實(shí)際情況在生球篩上部采用φ102mm篩輥,下部采用φ[】]機械設計手冊化學(xué)工業(yè)出版杜06mm的篩輥,在同一臺篩子上實(shí)現∫從6-12m之間的二級篩分,即為圓筒造球機母球的使用提供了條件,又滿(mǎn)足了生球的壓實(shí)和水份遷移4、采用的篩輥加長(cháng)輥子有效長(cháng)度到2m左右,輾子使用壽命長(cháng)(實(shí)踐證明都在一年以上)不粘料。的濫用加快了土地的熵過(guò)程。另一方面,大囊的肥沃的耕地被占用,大量個(gè)龐大的工廠(chǎng)里,熵原理起著(zhù)經(jīng)理的作用,因為它規定著(zhù)整個(gè)企業(yè)的經(jīng)營(yíng)的耕地不能得到合理的利用。上地的合理利用,不是科技的濫用,不是大方式和方法,而能源僅僅充當簿記,平衡貸方和借方。熵這個(gè)概念蓬勃發(fā)肆占用用來(lái)建筑,我們應該合理計劃和利陽(yáng)上地,我國上地處于緊張,混展,仍需要我們共同不斷地努力亂無(wú)序的狀態(tài),引起熵的急劇增長(cháng),由普利高津提出的理論,我們知道,參考文蔽我們必須通過(guò)增加負來(lái)抵擋熵的增加。因此,注意負的吸取是我們不[1】杰里米·里夫金,特德·霍華德,熵一種新的世界觀(guān),上海:上?？珊鲆暤囊粋€(gè)問(wèn)題,保護土地的穩定性和可持續性,保護我們的自然資譯文出版社,1987源,是我們應該努力的方向。同理,人類(lèi)的其他不合理活動(dòng)雖然帶來(lái)了前[2]胡英等北京:高等教育出版社,2009,60~61所未有的物質(zhì)文明和高速發(fā)展,卻也給人類(lèi)社會(huì )帶來(lái)∫巨大的災難,為了[3]何四培物理化李信息炳辨析與熵的泛化情報雜志,2006年12期保證人類(lèi)社會(huì )的可持續發(fā)展,我們一方面要減少甚至消除對生態(tài)系統造成破110~112壞,使各種事熵劇斕的活動(dòng),另一方面,我們要積極完善,填補,加強[4]汪志誠,熱力學(xué).統計物理[M]第二版,北京:高等教育出版社,生態(tài)系統的各個(gè)環(huán)節,以能夠充分利用耗散能量[5]袁嘉新,熵定律與可持續發(fā)展,微觀(guān)經(jīng)濟技術(shù)經(jīng)濟研究,1998年第隨著(zhù)社會(huì )的快速發(fā)展,人類(lèi)社會(huì )的財富不斷的增長(cháng)與積累,他們不是期人類(lèi)所創(chuàng )造出來(lái)的,而是從地球上的有效能轉化而來(lái)的,要想堅持以人6]程民治,從物理學(xué)概念“熵”的泛化談可持續發(fā)展,合肥工業(yè)大學(xué)為本,促進(jìn)人與白然的和諧發(fā)展,就必須走可持續發(fā)展的道路。我們可以學(xué)報2007年12月21卷第6期建立循環(huán)經(jīng)濟社會(huì )。大力發(fā)展綠色事業(yè),降低能耗。這不僅是科學(xué)發(fā)展觀(guān)的共體體現,更是人與自然和講共處的必要條件第3期中國煤化工師專(zhuān)學(xué)報,190年8月第17卷者簡(jiǎn)CNMHG熵定律是客觀(guān)存在的能總是不可挽回地從有效形式轉化到無(wú)效形式20世紀以來(lái),熵的概念不斷的泛化,廣泛應用于各個(gè)領(lǐng)域,形成很研究方向化學(xué)工程與藝m此L人本科在讀華東理工大學(xué),多交叉學(xué)科,顯示出強大的生命力,有人說(shuō):熵的概念的重要性等問(wèn)于能量,甚至超過(guò)能鱖,由上可知,這并不夸大。艾姆登說(shuō):在自然過(guò)程這科技博寬l305