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绪论1

第1章 非平衡态线性热力学理论概述7

1.1非平衡态线性热力学理论的建立7

1.1.1不可逆过程理论——唯象定律7

1.1.2不可逆性判据8

1.1.3熵增率和线性方程9

1.2昂萨格定理及其证明12

1.2.1昂萨格定理12

1.2.2涨落理论12

1.2.3昂萨格倒易关系14

1.3非平衡态热力学的基本假设16

1.3.1局部平衡假设16

1.3.2熵增率不为负数17

1.3.3“通量”和“力”之间呈线性关系17

第2章 守恒方程18

2.1质量守恒方程18

2.1.1化学反应的质量守恒18

2.1.2既有化学反应又有传质过程的质量守恒方程21

2.1.3质心速度为v的质量守恒（观察者在质心坐标上）22

2.1.4以质量分数表示的质量守恒方程23

2.1.5局部量对时间的全微商24

2.2运动方程24

2.2.1运动方程24

2.2.2质心运动的动能平衡方程25

2.3势能平衡方程26

2.4能量守恒方程27

2.4.1总能量守恒方程27

2.4.2内能平衡方程28

第3章 熵定律与熵平衡29

3.1热力学第二定律29

3.1.1热力学第二定律的局部表示29

3.1.2单位质量的熵对时间的全微商30

3.2熵平衡方程30

3.2.1吉布斯方程30

3.2.2熵平衡方程31

3.3熵产生的其他表达式33

3.3.1不同热流定义下的熵产生33

3.3.2含有熵流项的熵产生34

3.4动能的扩散35

3.4.1新内能定义下的熵平衡方程35

3.4.2熵平衡方程的具体表达式36

第4章 唯象方程和唯象系数37

4.1唯象方程37

4.1.1居里定理37

4.1.2唯象方程的表达式37

4.1.3独立的唯象系数39

4.2对唯象系数的限制40

4.2.1热力学第二定律对唯象系数的限制40

4.2.2居里定理对唯象系数的限制42

4.3考虑黏滞现象的熵增率和唯象方程44

4.3.1考虑黏滞现象的熵增率44

4.3.2考虑黏滞现象的唯象方程47

4.3.3其他形式的熵增率和唯象方程48

4.4传输原理——非平衡态流体热力学49

4.4.1考虑耦合效应的质量守恒方程50

4.4.2考虑耦合效应的运动方程51

4.4.3考虑耦合效应的内能平衡方程52

第5章 恒定状态55

5.1力学平衡55

5.2最小熵增率原理和定态的稳定性56

5.2.1最小熵增率的状态是恒定状态56

5.2.2定态的稳定性59

5.2.3定态的级60

5.3不具有最小熵增率的恒定状态61

5.4定态中的熵流63

第6章 非平衡非线性热力学65

6.1远离平衡体系的唯象方程65

6.2远离平衡态的非线性热力学68

6.2.1恒温体系的反应应-质方程68

6.2.2非恒温体系的反应-传质方程69

6.3远离平衡的体系的性质70

6.3.1一般发展判据70

6.3.2超熵增率73

6.3.3远离平衡体系状态的稳定性——耗散结构76

6.4体系定态稳定性判据的应用80

6.4.1只存在扩散的体系80

6.4.2只存在单一化学反应的体系82

6.4.3既有扩散又有单一化学反应的体系84

6.5非平衡体系发生不可逆过程的稳定和失稳的判定87

第7章 不连续体系的守恒定律和唯象方程89

7.1守恒定律89

7.1.1质量守恒90

7.1.2能量守恒92

7.2熵定律与熵平衡94

7.2.1熵增率94

7.2.2两种特殊体系的熵增率97

7.3唯象方程与昂萨格关系98

7.3.1不受外力，有化学反应发生的n元体系99

7.3.2存在静电力，温度、浓度均匀的无化学反应发生的n元体系106

7.4远离平衡体系的唯象方程109

7.4.1不受外力，有化学反应发生的n元体系109

7.4.2存在静电力，温度、浓度均匀的无化学反应发生的n元体系111

第8章 热传导与扩散112

8.1热传导112

8.1.1近平衡体系的热传导112

8.1.2远离平衡体系的热传导113

8.2扩散114

8.2.1扩散流量和唯象方程114

8.2.2远离平衡状态的扩散118

8.2.3菲克定律119

8.2.4菲克定律的推广122

8.3二元系中的扩散122

8.3.1唯象方程和扩散系数122

8.3.2封闭体系中的扩散——菲克第二定律124

8.4多元体系中的扩散130

8.4.1选择不同参考速度的扩散流量130

8.4.2菲克第二定律131

8.4.3在三元系中的应用133

8.5索瑞效应（热扩散）和杜伏效应133

8.5.1索瑞效应和杜伏效应简介133

8.5.2在二元系中的应用135

第9章 化学反应的耦合138

9.1化学反应的进度138

9.1.1单一化学反应的进度138

9.1.2多个化学反应共存的多元系中化学反应的进度142

9.2化学反应耦合的热力学145

9.2.1浓度以质量分数表示145

9.2.2浓度以物质的量浓度表示147

9.3化学反应耦合的动力学149

9.3.1浓度以质量分数表示的动力学方程149

9.3.2浓度以物质的量浓度表示的动力学方程150

9.4在多个子体系中，独自进行化学反应的耦合的动力学153

9.4.1在多个子体系中，各自进行一个化学反应153

9.4.2在多个子体系中，各自进行多个化学反应154

第10章 化学反应157

10.1气相反应157

10.1.1只有一个化学反应157

10.1.2同时发生多个化学反应160

10.1.3应用实例161

10.2均一液相反应165

10.2.1只有一个化学反应165

10.2.2同时发生多个化学反应166

10.2.3高锰酸钠氧化水中苯酚的动力学167

10.3气-液相反应170

10.3.1只有一个化学反应170

10.3.2同时发生多个化学反应172

10.4气-固相反应173

10.4.1只有一个化学反应173

10.4.2同时发生多个化学反应174

10.4.3二氧化钛加碳氯化反应176

10.5液-液相反应179

10.5.1只有一个化学反应179

10.5.2同时有多个化学反应180

10.5.3渣-金反应——氧化锰还原反应181

10.6液-固相反应183

10.6.1只有一个化学反应183

10.6.2 同时有多个化学反应184

10.6.3锌精矿的浸出185

10.7固-固相反应190

10.7.1只有一个化学反应191

10.7.2同时有多个化学反应192

10.7.3 SiO2与BaCO3反应194

第11章 化学反应和扩散共存的体系中的耦合197

11.1单一化学反应和扩散同时存在的体系197

11.1.1组成以质量分数表示197

11.1.2组成以物质的量浓度表示198

11.2多个化学反应和扩散同时发生的体系199

11.2.1浓度以质量分数表示199

11.2.2组成以物质的量浓度表示200

11.3在多个子体系中，各自独立地进行一个化学反应，同时有扩散201

11.3.1浓度以质量分数表示201

11.3.2组成以物质的量浓度表示202

11.4在多个子体系中，各自进行多个化学反应，同时有扩散发生203

11.4.1浓度以质量分数表示203

11.4.2组成以物质的量浓度表示204

主要参考文献207

附录 场论和张量基础208

1.1标量场的梯度208

1.1.1场的定义208

1.1.2方向导数208

1.1.3梯度210

1.1.4哈密顿算符及梯度的基本公式210

1.2矢量场的散度211

1.2.1通量211

1.2.2散度213

1.2.3散度的基本公式214

1.3矢量场的旋度214

1.3.1环量及环量强度214

1.3.2旋度215

1.3.3旋度的运算公式216

1.4拉氏算符与格林公式216

1.4.1拉氏算符216

1.4.2格林公式217

1.4.3其他几个公式217

1.5张量218

1.5.1二阶张量的引入218

1.5.2标量、矢量和张量的变换220

1.5.3几种特殊的张量222

1.6张量的代数运算223

1.6.1张量相加减223

1.6.2标量与张量相乘224

1.6.3张量与矢量的点乘224

1.6.4张量与矢量的叉乘224

1.6.5张量与张量的点乘225

1.6.6矢量的外积225

1.6.7单位张量226

1.7张量的微积分226

1.7.1张量场226

1.7.2张量的梯度226

1.7.3张量的散度227

1.7.4张量积分的变换公式227