嫡的泛化及应用

应用技术lE an:“·i“,卩熵的泛化及应用张赛(华东理工大学化工学院上海200237)[摘要本文介绍了楠的发展历程熵的概念的演化以及熵的泛化和在各个自然科学和社会科学中的广泛应用。熵的概念的外延使熵成为了一个新的世界观[关键词]熵熵的发展熵的概念熵的应用新的世界观中图分类号:TP14文献标识码:A文章编号:1009914X(2011)06-030402嫡是热力学中一个及其重要的概念,由克劳修斯于1865年提出,自从生命等各个领域。如信息熵,杜会熵,经济熵,组织熵等。它们主要用楠的概念提出后,熵就在热力学以及其他各个领域发挥着重要的作用,尤其来描述混乱程度。熵的概念与各个领域结合形成许多新的交叉学科,如生是近几年来熵活跃在各个领域,它已经不仪仅应用于热力学的平衡判据,过命论,信息论和熵与可持续发展等学等程的可逆与否,而是被更广泛的应用,阐述了新的世界观和宇宙观。熵被引3.1熵与化工入其他学科,产生了许多数不清的新的“熵”的概念,爱因斯坦曾赞誉是热力学第二定律定量关系的核心就是熵衡算方程,用的就是计算熵的产所有科学定律的第定律。他说:我相信只有内容广泛而又普遍的热力学理生量与有效能损失,从而找出过程中不可逆度最大,损失功最大或有效能论才能通过其概念的运用而永远站稳脚跟损失最为严重的部分,为提高能量的利用效率指明方向和方法。熵衡算法1的发展历程日的是计算过程的损失功。熵衡算法与环境状态和过程变化的细节与初终态熵的发展从概念的提出到今天的跨学科应用大致可以分为四个阶段:有关。能量分析的根本任务在于使用能源时要遵循“按质用能,按需供第一阶段是的提出,它指出,在热力学上,一切实际的宏觋过程是能”的基木原则不可逆的,单向进行的,熵的概念的提出为实际过程的方向提出了普遍适用3.2信息熵的判据。奠定了热力学第二定律的基础信息和是两个相反的概念要保持信息在传递的过程中经过转化后还第一阶段是揭示熵的本质。波尔兹曼从微观角度分析指出熵是系统混乱能保证真实,那么必须是有序的,即所谓的低熵,我们知道,熵增则意程度的度量,即宏观的自发过程总是由概率小的向概率大的变化,换一种说味着混乱程度增大,所以信息可称为负熵。信息论的创始人C.E. Shannon法就是熵越低,越有序,宏观概率越小为∫用不确定性,混乱度来进行信息度量研究定义了信息熵,他利用概率第三阶段,上个世纪四五十年代,普利髙津等人进一步深化了熵的理统计方法定义了信息熵。信息熵也称为概率熵或申农熵。热力学熵是热力论,他们把经典的平衡态的热力学推广到非平衡态,把弧立系统的熵概念扩学系统混乱度的度量。申农信息熵得到了广泛而又成功的应用,它们既用展到开放系统的熵,建立了非平衡态热力学来计量信源,信道,信宿对应地产生,传输,接受或储存的信息景,也第四阶段即为熵的泛化,近年来,熵的概念泛化,熵从狭义的热力学用于评价通信系统的优劣,以及编码速率,传输速率,信息容量,信噪熵,统计熵外延到其他自然科学领域和社会科学领域,形成了各种各样的广比等指标衡量。信息熵的定义,使熵的概念得到拓展。热力学中的从此义熵也可以应用于其他领域,微观的熵也可以应用于宏观的状态。因此爝也称2螭的概念的演化为广义,它为熵的概念外延提供了基础2.1克劳修斯提出热力学熵概念3.3熵,宇宙观与可持续发展1865年,克劳修斯提出的概念,可逆过程的热温商只决定于初态和由热力学第一定律,我们知道能量是守恒的,能量既不能被创造也不终态,与所经历的过程无关,所以必定对应一个状态函数,这个状态函数就能被消灭,能量只能从一种形式转化成另一种形式,由热力学第二定律我们是熵,熵是一个状态函数,是平衡态的性质。对于立系统中进行的反应,若知道,能量只能自发地沿着一个方向转换,即从有序到无序。通俗的讲,就是不可逆过程,系统的熵必定增大;若进行的是可逆反应,则系统的熵不变。是宇宙中的切都是由有走向无序,无论宇宙屮任何地方建立起秩序,必由此推广到一般系统的熵增原理,将环境和系统看成是一个大系统,系统和定义周围环境里的更大混乱为代价。基于热力学第二定律,有学者提出“热环境的熵的总和为总熵,-般系统中进行的不可逆过程,系统和环境总熵必寂说”该学说认为;如果将宙作为一个巨大的系统,那么根据热力学第二定增大;若是可逆过程,系统和环境的总熵不变。系统对外做功时,有部定律宇宙的熵是不断的增加的,即有一天所用可用的能量会变为不可用,一分是能量会耗散掉,不再具备做功的能力,它是退化的能量。所以说熵是能量切运动都将终止,宙走向热寂。同理,地球作为一个封闭系统,也必然存品位的度量,系统的熵越高,其能量品位越低,对外做功潜力越小,可用性在着极限。“热寂说”提出后,一些神学家或倾向于神学的科学家曾把“热寂说”作为上帝存在的证明,随着科学技术的发展,普利高津等人提出耗散理22波尔兹曼关系式论后“宇宙热寂说”宣告破灭。前凵述及,普利饷津等人的耗散理论认为波尔兹曼引用统计方法,在概率论的基础上阐明了熵的微观意义,揭整个人类社会甚全是宇宙的发展是乐观的,我们可以通过不断发展的科学技示了熵的本质。熵是系统混乱程度的度量,波尔盘曼将熵与系统的热力学术来解决我们现在所面临的人口,资源,能源等的问题。概率联系起来,建立了著名的波尔兹曼关系式S=klnW,其中k是波尔兹曼(1)熵与生命常数,W是热力学概率,即与任意给定的宏观状体相对应的微观状态数所有不可逆过程都显示出熵的性质,生物进化也可以看成是个熵过程波尔兹曼关系式表明熵与微观状态的关系,熵越有序,系统混乱度越小,生命有许多问题都与熵密切相关。生命的进化,就是从简单到复杂,从低级熵越小。所以,熵的增加就意味着系统无序程度的增加到高级,从较为有序到有序,从有序到吏为有序。如果引入熵的理论,那么2.3普利高津提岀负熵理论和耗散结构理论生命就是向炳减少的方向发展,而我们知道,孤立系统的熵是不断增加的,这上个世纪四五十年代,普利津等人把平衡态热力学推广到非平衡态,与热力学矛盾么?薛定谔说:生命赖负炳为生。事实上生命是以环境的更大将原本孤立系统的熵概念扩展到开放系统,建立了非平衡态热力学。对于熵增为代价来减少自己本身的熵,生长,发育,进化。正如前以述及,生命非孤立系统,熵的变化有两部分组成:-是系统内部的不可逆过程引起的体和环境作为一个总的系统,总熵是增加的,尽管生命体的熵是减小的。生熵变化,称为熵产,二是系统与外界交换能量或物质所引起的熵变化,称命体吸取负熵,将有序集中于一身,却是环境允斥着混乱。人类的繁衍增长为熵流。所以整个系统的变化等于熵产和熵流的总和。众所周知,熵产过程本身就是转化,消耗地球资源的过程,也是吸收周围环境中。为了坚持永远不可能是负的,而熵流可以是正值,零或负值,因此系统熵变化的符科学发展观实现可持续发展,我们要坚持掉制人口增长速度,人是食物链这号是不确定的,所以,如果想让系统的熵减小,那么必须由外界环境向系个“能量金字塔”屮的最高营养级,营养级別越高,需要的卜层营养级越多。提供足够的负熵流,由此可见,个系统从无序到有序是有可能转化因此,人类要通过控制人凵数量,确保与其他生物间合理的数量关系。避免的。普利高津定律告诉我们,宇宙中既有正熵过程,也有负熵过程,因资源的而可以调节总熵的大小。这弥补了基于热力学第二定律的熵定律的不足中国煤化工种基于系统论的癩定律在不违反热力学第二定律的情况下,远离平衡的非环境的恶化,人类日益增线性系统可以通过环境负熵流来减少总熵,从而使系统的无序变为有序态,长CNMH即所谓的耗散结构利用。一方面,随着科学技术的发展,在我国,土地仍得不到合理的人们不断地通过精密机械和化肥农3螭在各个领域的应用药等提高农业产量,表面上看,我们的农产品的产越来越高,可是,我据不完全统计,目前约有70~80种熵,它们分别应用于自然,社会们所投入的能量只有一部分被吸入了,另一部分却被浪费了。农药和化肥304|科故博觅应用技术圆筒造球生球筛改进实践白文芸济钢炼铁厂球团设备保障部要]通过对圆筒造球生球筛分系统进行改造,提高了设备整体作业率及筛分效率,减少了含粉量:提高生球强度,满足竖炉焙烧要求。从而本,提尚了竖炉生产效率词]作业率筛分设计改进分类号:TF046.6文献标识码:A文章编号:1009-914X(2011)06-0305011引言变频调速可适应不同生球情况下保证生球压实效果,通过调节棍子関筒造球机是我厂自主开发的具有国内先进水平的造球设备,生产能力速度来控制筛面生球料层厚度,实现了充分的滚动压实为80t/每小时,能耗低\产了所。但与閱筒造球配套的生球筛由于结构不合6、此次设备改造,我厂在原设备位置对土建结构进行改造加固,不理,故障率高,从而影响了筒造球生产系统的产能释放,成为圆简高产高仅克服了原设备基础薄弱问题问时也解决了老企业老设备改造的空间问题,效的瓶颂,我们在充分研究生球筛系统后,对生球筛分系统进行了改造,取实践证明效果很好得良好的效果。3应用效果2改造的实施过程该筛布買在圆筒造球机下料口与老球3-1皮带交汇处减少了生球筛后的圆筒造球机配的生球筛故障率高,维修难度大,主要表现在(1)落下次数,安装完毕投产试运行,获得了满意效果,取样分析后各项指标见下生球筛是采用开式齿轮传动,油脂润滑,齿轮损较快且润滑油污染环境表(2)生球筛底座基础溥弱,筛体整体颤动,造成轴承、筛辊寿命短;(3)筛体上盖与本体之间的连接是利用双头螺栓直接旋入生球筛本体压紧筛辊,经含B(多次检修拆卸后,螺孔易产生滑影响正常维修使用,生球筛的问题已严重制约圆筒造球机真正效能的发抨在充分总结近几年我厂生球筛分设备的使用经验,结合现场实际情病开发出“组合式圆辊生球筛”,将这一设备应用于圆筒造球系统中,取得显著效果生球筛技术参数如下辊距:112mm辊子有效长度:1600m干均领果辊子转速:136r/min(变频调速)功率:5.5KWX6迺过上表可见,筛子前、后含粉量大幅度减少,生球强度显著提高筛子安装倾角:120前筒造球住球量达到80-100t/h左右,从投产后入炉粉子大量减少,明筛子采用6组9辊式组合,共计54辊,有效面积9.67m3,筛缝总面显改兽炉内透气性,相应的降低了成品矿筛分指数散,生球抗压强度平均提高积0.81m2,设计生球通过量150t/h,最大瞬时量可达180t/h18.06%,证明了生球筛对生球的压实增强效果。这对于提高筒造球机的生组合式圆辊生球筛只有以下优点:球量产量,提高生产效率无疑是十分有利的1、设备结构紧凑,传动箱体设计合理,成功的解决了倾斜齿轮箱的润滑问题,运行平稳,噪音小,可靠性高,部件更换维修性好经过半年应用实践证明,组合式阓辊生球筛使用效果明显的。对降低2,采用组合式结构,设备设计灵活,可以根据现场条件进行灵活组含粉率,提高生球强度,改善炉况及竖炉的达产达效起到了重要作用,具有合,有利于工艺设备的布局,为老企业设备挖潜改造创造∫有利条件推广价值3、辊缝调幣方便,选择范围大,可根据工艺要求通过调整辊径来调整辊缝,我厂根据实际情况在生球筛上部采用φ102mm筛辊,下部采用φ[】]机械设计手册化学工业出版杜06mm的筛辊,在同一台筛子上实现∫从6-12m之间的二级筛分,即为圆筒造球机母球的使用提供了条件,又满足了生球的压实和水份迁移4、采用的筛辊加长辊子有效长度到2m左右,辗子使用寿命长(实践证明都在一年以上)不粘料。的濫用加快了土地的熵过程。另一方面,大囊的肥沃的耕地被占用,大量个庞大的工厂里,熵原理起着经理的作用,因为它规定着整个企业的经营的耕地不能得到合理的利用。上地的合理利用,不是科技的滥用,不是大方式和方法,而能源仅仅充当簿记,平衡贷方和借方。熵这个概念蓬勃发肆占用用来建筑,我们应该合理计划和利阳上地,我国上地处于紧张,混展,仍需要我们共同不断地努力乱无序的状态,引起熵的急剧增长,由普利高津提出的理论,我们知道,参考文蔽我们必须通过增加负来抵挡熵的增加。因此,注意负的吸取是我们不[1】杰里米·里夫金,特德·霍华德,熵一种新的世界观,上海:上海可忽视的一个问题,保护土地的稳定性和可持续性,保护我们的自然资译文出版社,1987源,是我们应该努力的方向。同理,人类的其他不合理活动虽然带来了前[2]胡英等北京:高等教育出版社,2009,60~61所未有的物质文明和高速发展,却也给人类社会带来∫巨大的灾难,为了[3]何四培物理化李信息炳辨析与熵的泛化情报杂志,2006年12期保证人类社会的可持续发展,我们一方面要减少甚至消除对生态系统造成破110~112坏,使各种事熵剧斓的活动,另一方面,我们要积极完善,填补,加强[4]汪志诚,热力学.统计物理[M]第二版,北京:高等教育出版社,生态系统的各个环节,以能够充分利用耗散能量[5]袁嘉新,熵定律与可持续发展,微观经济技术经济研究,1998年第随着社会的快速发展,人类社会的财富不断的增长与积累,他们不是期人类所创造出来的,而是从地球上的有效能转化而来的,要想坚持以人6]程民治,从物理学概念“熵”的泛化谈可持续发展,合肥工业大学为本,促进人与白然的和谐发展,就必须走可持续发展的道路。我们可以学报2007年12月21卷第6期建立循环经济社会。大力发展绿色事业,降低能耗。这不仅是科学发展观的共体体现,更是人与自然和讲共处的必要条件第3期中国煤化工师专学报,190年8月第17卷者简CNMHG熵定律是客观存在的能总是不可挽回地从有效形式转化到无效形式20世纪以来,熵的概念不断的泛化,广泛应用于各个领域,形成很研究方向化学工程与艺m此L人本科在读华东理工大学,多交叉学科,显示出强大的生命力,有人说:熵的概念的重要性等问于能量,甚至超过能鳜,由上可知,这并不夸大。艾姆登说:在自然过程这科技博寬l305