應(yīng)用技術(shù)lE an:“·i“,卩熵的泛化及應(yīng)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自然科學(xué)和社會科學(xué)中的廣泛應(yīng)用。熵的概念的外延使熵成為了一個新的世界觀[關(guān)鍵詞]熵熵的發(fā)展熵的概念熵的應(yīng)用新的世界觀中圖分類號:TP14文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1009914X(2011)06-030402嫡是熱力學(xué)中一個及其重要的概念,由克勞修斯于1865年提出,自從生命等各個領(lǐng)域。如信息熵,杜會熵,經(jīng)濟(jì)熵,組織熵等。它們主要用楠的概念提出后,熵就在熱力學(xué)以及其他各個領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用,尤其來描述混亂程度。熵的概念與各個領(lǐng)域結(jié)合形成許多新的交叉學(xué)科,如生是近幾年來熵活躍在各個領(lǐng)域,它已經(jīng)不儀僅應(yīng)用于熱力學(xué)的平衡判據(jù),過命論,信息論和熵與可持續(xù)發(fā)展等學(xué)等程的可逆與否,而是被更廣泛的應(yīng)用,闡述了新的世界觀和宇宙觀。熵被引3.1熵與化工入其他學(xué)科,產(chǎn)生了許多數(shù)不清的新的“熵”的概念,愛因斯坦曾贊譽是熱力學(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:我相信只有內(nèi)容廣泛而又普遍的熱力學(xué)理生量與有效能損失,從而找出過程中不可逆度最大,損失功最大或有效能論才能通過其概念的運用而永遠(yuǎn)站穩(wěn)腳跟損失最為嚴(yán)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程的損失功。熵衡算法與環(huán)境狀態(tài)和過程變化的細(xì)節(jié)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(yīng)用大致可以分為四個階段:有關(guān)。能量分析的根本任務(wù)在于使用能源時要遵循“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,一切實際的宏覡過程是能”的基木原則不可逆的,單向進(jìn)行的,熵的概念的提出為實際過程的方向提出了普遍適用3.2信息熵的判據(jù)。奠定了熱力學(xué)第二定律的基礎(chǔ)信息和是兩個相反的概念要保持信息在傳遞的過程中經(jīng)過轉(zhuǎn)化后還第一階段是揭示熵的本質(zhì)。波爾茲曼從微觀角度分析指出熵是系統(tǒng)混亂能保證真實,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,即宏觀的自發(fā)過程總是由概率小的向概率大的變化,換一種說味著混亂程度增大,所以信息可稱為負(fù)熵。信息論的創(chuàng)始人C.E. Shannon法就是熵越低,越有序,宏觀概率越小為∫用不確定性,混亂度來進(jìn)行信息度量研究定義了信息熵,他利用概率第三階段,上個世紀(jì)四五十年代,普利髙津等人進(jìn)一步深化了熵的理統(tǒng)計方法定義了信息熵。信息熵也稱為概率熵或申農(nóng)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(tǒng)的熵概念擴(kuò)學(xué)系統(tǒng)混亂度的度量。申農(nóng)信息熵得到了廣泛而又成功的應(yīng)用,它們既用展到開放系統(tǒng)的熵,建立了非平衡態(tài)熱力學(xué)來計量信源,信道,信宿對應(yīng)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,熵的概念泛化,熵從狹義的熱力學(xué)用于評價通信系統(tǒng)的優(yōu)劣,以及編碼速率,傳輸速率,信息容量,信噪熵,統(tǒng)計熵外延到其他自然科學(xué)領(lǐng)域和社會科學(xué)領(lǐng)域,形成了各種各樣的廣比等指標(biāo)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(yīng)用于其他領(lǐng)域,微觀的熵也可以應(yīng)用于宏觀的狀態(tài)。因此爝也稱2螭的概念的演化為廣義,它為熵的概念外延提供了基礎(chǔ)2.1克勞修斯提出熱力學(xué)熵概念3.3熵,宇宙觀與可持續(xù)發(fā)展1865年,克勞修斯提出的概念,可逆過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)歷的過程無關(guān),所以必定對應(yīng)一個狀態(tài)函數(shù),這個狀態(tài)函數(shù)就能被消滅,能量只能從一種形式轉(zhuǎn)化成另一種形式,由熱力學(xué)第二定律我們是熵,熵是一個狀態(tài)函數(shù),是平衡態(tài)的性質(zhì)。對于立系統(tǒng)中進(jìn)行的反應(yīng),若知道,能量只能自發(fā)地沿著一個方向轉(zhuǎn)換,即從有序到無序。通俗的講,就是不可逆過程,系統(tǒng)的熵必定增大;若進(jìn)行的是可逆反應(yīng),則系統(tǒng)的熵不變。是宇宙中的切都是由有走向無序,無論宇宙屮任何地方建立起秩序,必由此推廣到一般系統(tǒng)的熵增原理,將環(huán)境和系統(tǒng)看成是一個大系統(tǒng),系統(tǒng)和定義周圍環(huán)境里的更大混亂為代價?；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(tǒng)中進(jìn)行的不可逆過程,系統(tǒng)和環(huán)境總熵必寂說”該學(xué)說認(rèn)為;如果將宙作為一個巨大的系統(tǒng),那么根據(jù)熱力學(xué)第二定增大;若是可逆過程,系統(tǒng)和環(huán)境的總熵不變。系統(tǒng)對外做功時,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變?yōu)椴豢捎?一分是能量會耗散掉,不再具備做功的能力,它是退化的能量。所以說熵是能量切運動都將終止,宙走向熱寂。同理,地球作為一個封閉系統(tǒng),也必然存品位的度量,系統(tǒng)的熵越高,其能量品位越低,對外做功潛力越小,可用性在著極限。“熱寂說”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”作為上帝存在的證明,隨著科學(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”宣告破滅。前凵述及,普利餉津等人的耗散理論認(rèn)為波爾茲曼引用統(tǒng)計方法,在概率論的基礎(chǔ)上闡明了熵的微觀意義,揭整個人類社會甚全是宇宙的發(fā)展是樂觀的,我們可以通過不斷發(fā)展的科學(xué)技示了熵的本質(zhì)。熵是系統(tǒng)混亂程度的度量,波爾盤曼將熵與系統(tǒng)的熱力學(xué)術(shù)來解決我們現(xiàn)在所面臨的人口,資源,能源等的問題。概率聯(lián)系起來,建立了著名的波爾茲曼關(guān)系式S=klnW,其中k是波爾茲曼(1)熵與生命常數(shù),W是熱力學(xué)概率,即與任意給定的宏觀狀體相對應(yīng)的微觀狀態(tài)數(shù)所有不可逆過程都顯示出熵的性質(zhì),生物進(jìn)化也可以看成是個熵過程波爾茲曼關(guān)系式表明熵與微觀狀態(tài)的關(guān)系,熵越有序,系統(tǒng)混亂度越小,生命有許多問題都與熵密切相關(guān)。生命的進(jìn)化,就是從簡單到復(fù)雜,從低級熵越小。所以,熵的增加就意味著系統(tǒng)無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(fù)熵理論和耗散結(jié)構(gòu)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(tǒng)的熵是不斷增加的,這上個世紀(jì)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:生命賴負(fù)炳為生。事實上生命是以環(huán)境的更大將原本孤立系統(tǒng)的熵概念擴(kuò)展到開放系統(tǒng),建立了非平衡態(tài)熱力學(xué)。對于熵增為代價來減少自己本身的熵,生長,發(fā)育,進(jìn)化。正如前以述及,生命非孤立系統(tǒng),熵的變化有兩部分組成:-是系統(tǒng)內(nèi)部的不可逆過程引起的體和環(huán)境作為一個總的系統(tǒng),總熵是增加的,盡管生命體的熵是減小的。生熵變化,稱為熵產(chǎn),二是系統(tǒng)與外界交換能量或物質(zhì)所引起的熵變化,稱命體吸取負(fù)熵,將有序集中于一身,卻是環(huán)境允斥著混亂。人類的繁衍增長為熵流。所以整個系統(tǒng)的變化等于熵產(chǎn)和熵流的總和。眾所周知,熵產(chǎn)過程本身就是轉(zhuǎn)化,消耗地球資源的過程,也是吸收周圍環(huán)境中。為了堅持永遠(yuǎn)不可能是負(fù)的,而熵流可以是正值,零或負(fù)值,因此系統(tǒng)熵變化的符科學(xué)發(fā)展觀實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,我們要堅持掉制人口增長速度,人是食物鏈這號是不確定的,所以,如果想讓系統(tǒng)的熵減小,那么必須由外界環(huán)境向系個“能量金字塔”屮的最高營養(yǎng)級,營養(yǎng)級別越高,需要的卜層營養(yǎng)級越多。提供足夠的負(fù)熵流,由此可見,個系統(tǒng)從無序到有序是有可能轉(zhuǎn)化因此,人類要通過控制人凵數(shù)量,確保與其他生物間合理的數(shù)量關(guān)系。避免的。普利高津定律告訴我們,宇宙中既有正熵過程,也有負(fù)熵過程,因資源的而可以調(diào)節(jié)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(tǒng)論的癩定律在不違反熱力學(xué)第二定律的情況下,遠(yuǎn)離平衡的非環(huán)境的惡化,人類日益增線性系統(tǒng)可以通過環(huán)境負(fù)熵流來減少總熵,從而使系統(tǒng)的無序變?yōu)橛行驊B(tài),長CNMH即所謂的耗散結(jié)構(gòu)利用。一方面,隨著科學(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精密機(jī)械和化肥農(nóng)3螭在各個領(lǐng)域的應(yīng)用藥等提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量,表面上看,我們的農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)越來越高,可是,我據(jù)不完全統(tǒng)計,目前約有70~80種熵,它們分別應(yīng)用于自然,社會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(nóng)藥和化肥304|科故博覓應(yīng)用技術(shù)圓筒造球生球篩改進(jìn)實踐白文蕓濟(jì)鋼煉鐵廠球團(tuán)設(shè)備保障部要]通過對圓筒造球生球篩分系統(tǒng)進(jìn)行改造,提高了設(shè)備整體作業(yè)率及篩分效率,減少了含粉量:提高生球強(qiáng)度,滿足豎爐焙燒要求。從而本,提尚了豎爐生產(chǎn)效率詞]作業(yè)率篩分設(shè)計改進(jìn)分類號:TF046.6文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1009-914X(2011)06-0305011引言變頻調(diào)速可適應(yīng)不同生球情況下保證生球壓實效果,通過調(diào)節(jié)棍子関筒造球機(jī)是我廠自主開發(fā)的具有國內(nèi)先進(jìn)水平的造球設(shè)備,生產(chǎn)能力速度來控制篩面生球料層厚度,實現(xiàn)了充分的滾動壓實為80t/每小時,能耗低\產(chǎn)了所。但與閱筒造球配套的生球篩由于結(jié)構(gòu)不合6、此次設(shè)備改造,我廠在原設(shè)備位置對土建結(jié)構(gòu)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(tǒng)的產(chǎn)能釋放,成為圓簡高產(chǎn)高僅克服了原設(shè)備基礎(chǔ)薄弱問題問時也解決了老企業(yè)老設(shè)備改造的空間問題,效的瓶頌,我們在充分研究生球篩系統(tǒng)后,對生球篩分系統(tǒng)進(jìn)行了改造,取實踐證明效果很好得良好的效果。3應(yīng)用效果2改造的實施過程該篩布買在圓筒造球機(jī)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(jī)配的生球篩故障率高,維修難度大,主要表現(xiàn)在(1)落下次數(shù),安裝完畢投產(chǎn)試運行,獲得了滿意效果,取樣分析后各項指標(biāo)見下生球篩是采用開式齒輪傳動,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(chǔ)溥弱,篩體整體顫動,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,生球篩的問題已嚴(yán)重制約圓筒造球機(jī)真正效能的發(fā)抨在充分總結(jié)近幾年我廠生球篩分設(shè)備的使用經(jīng)驗,結(jié)合現(xiàn)場實際情病開發(fā)出“組合式圓輥生球篩”,將這一設(shè)備應(yīng)用于圓筒造球系統(tǒng)中,取得顯著效果生球篩技術(shù)參數(shù)如下輥距:112mm輥子有效長度:1600m干均領(lǐng)果輥子轉(zhuǎn)速:136r/min(變頻調(diào)速)功率:5.5KWX6迺過上表可見,篩子前、后含粉量大幅度減少,生球強(qiáng)度顯著提高篩子安裝傾角:120前筒造球住球量達(dá)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(nèi)透氣性,相應(yīng)的降低了成品礦篩分指數(shù)散,生球抗壓強(qiáng)度平均提高積0.81m2,設(shè)計生球通過量150t/h,最大瞬時量可達(dá)180t/h18.06%,證明了生球篩對生球的壓實增強(qiáng)效果。這對于提高筒造球機(jī)的生組合式圓輥生球篩只有以下優(yōu)點:球量產(chǎn)量,提高生產(chǎn)效率無疑是十分有利的1、設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊,傳動箱體設(shè)計合理,成功的解決了傾斜齒輪箱的潤滑問題,運行平穩(wěn),噪音小,可靠性高,部件更換維修性好經(jīng)過半年應(yīng)用實踐證明,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(jié)構(gòu),設(shè)備設(shè)計靈活,可以根據(jù)現(xiàn)場條件進(jìn)行靈活組含粉率,提高生球強(qiáng)度,改善爐況及豎爐的達(dá)產(chǎn)達(dá)效起到了重要作用,具有合,有利于工藝設(shè)備的布局,為老企業(yè)設(shè)備挖潛改造創(chuàng)造∫有利條件推廣價值3、輥縫調(diào)幣方便,選擇范圍大,可根據(jù)工藝要求通過調(diào)整輥徑來調(diào)整輥縫,我廠根據(jù)實際情況在生球篩上部采用φ102mm篩輥,下部采用φ[】]機(jī)械設(shè)計手冊化學(xué)工業(yè)出版杜06mm的篩輥,在同一臺篩子上實現(xiàn)∫從6-12m之間的二級篩分,即為圓筒造球機(jī)母球的使用提供了條件,又滿足了生球的壓實和水份遷移4、采用的篩輥加長輥子有效長度到2m左右,輾子使用壽命長(實踐證明都在一年以上)不粘料。的濫用加快了土地的熵過程。另一方面,大囊的肥沃的耕地被占用,大量個龐大的工廠里,熵原理起著經(jīng)理的作用,因為它規(guī)定著整個企業(yè)的經(jīng)營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(dāng)簿記,平衡貸方和借方。熵這個概念蓬勃發(fā)肆占用用來建筑,我們應(yīng)該合理計劃和利陽上地,我國上地處于緊張,混展,仍需要我們共同不斷地努力亂無序的狀態(tài),引起熵的急劇增長,由普利高津提出的理論,我們知道,參考文蔽我們必須通過增加負(fù)來抵擋熵的增加。因此,注意負(fù)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,上海:上?？珊鲆暤囊粋€問題,保護(hù)土地的穩(wěn)定性和可持續(xù)性,保護(hù)我們的自然資譯文出版社,1987源,是我們應(yīng)該努力的方向。同理,人類的其他不合理活動雖然帶來了前[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,卻也給人類社會帶來∫巨大的災(zāi)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期保證人類社會的可持續(xù)發(fā)展,我們一方面要減少甚至消除對生態(tài)系統(tǒng)造成破110~112壞,使各種事熵劇斕的活動,另一方面,我們要積極完善,填補,加強(qiáng)[4]汪志誠,熱力學(xué).統(tǒng)計物理[M]第二版,北京:高等教育出版社,生態(tài)系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié),以能夠充分利用耗散能量[5]袁嘉新,熵定律與可持續(xù)發(fā)展,微觀經(jīng)濟(jì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究,1998年第隨著社會的快速發(fā)展,人類社會的財富不斷的增長與積累,他們不是期人類所創(chuàng)造出來的,而是從地球上的有效能轉(zhuǎn)化而來的,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(xù)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(xù)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(jì)社會。大力發(fā)展綠色事業(yè),降低能耗。這不僅是科學(xué)發(fā)展觀的共體體現(xiàn),更是人與自然和講共處的必要條件第3期中國煤化工師專學(xué)報,190年8月第17卷者簡CNMHG熵定律是客觀存在的能總是不可挽回地從有效形式轉(zhuǎn)化到無效形式20世紀(jì)以來,熵的概念不斷的泛化,廣泛應(yīng)用于各個領(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(qiáng)大的生命力,有人說:熵的概念的重要性等問于能量,甚至超過能鱖,由上可知,這并不夸大。艾姆登說:在自然過程這科技博寬l305