
【化】 dissipative function
dissipation
【化】 dissipation
function
【計】 F; FUNC; function
耗散函數(Dissipation Function)是連續介質力學與熱力學中的核心概念,用于量化系統不可逆過程中能量的耗散速率。根據經典定義,耗散函數$Phi$可表示為應力張量與變形率張量的二次型:
$$ Phi = frac{1}{2} sum{i,j} sigma{ij} dot{epsilon}_{ij} $$
其中$sigma{ij}$為黏性應力分量,$dot{epsilon}{ij}$為應變率分量。該函數滿足瑞利耗散原理,在非平衡态熱力學中作為熵産率的直接度量。
在物理本質上,耗散函數具有雙重内涵:
Landau和Lifshitz在《連續介質力學》中特别強調,各向同性流體的耗散函數應滿足伽利略不變性,其标準形式為: $$ Phi = eta left( frac{partial v_i}{partial x_j} + frac{partial v_j}{partial xi} - frac{2}{3}delta{ij} ablacdotmathbf{v} right) + zeta ( ablacdotmathbf{v}) $$ 其中$eta$為剪切黏度,$zeta$為體積黏度。該表達式被廣泛應用于納維-斯托克斯方程的推導。
工程應用層面,耗散函數在以下領域發揮關鍵作用:
需要注意的是,Truesdell在《連續介質熱力學》中特别指出,耗散函數的正定性是保證熱力學第二定律成立的充分必要條件。這一性質在構建本構方程時具有基礎性約束作用。
(注:根據用戶要求,本文引用的理論框架源自Landau & Lifshitz《連續介質力學》、Truesdell《連續介質熱力學》等經典著作。因未提供有效網頁鍊接,此處采用學術文獻标準引用格式。)
耗散函數是分析力學中用于描述系統因耗散力(如粘滞阻力)導緻能量損失的物理量,尤其在含非保守力的動力學系統中具有重要作用。以下是其核心要點:
耗散函數(通常記作Ψ)定義為系統内所有耗散力對應速度分量的二次函數: $$ Ψ = frac{1}{2} sum_{i=1}^n C_i v_i $$ 其中,( C_i )為阻力系數,( v_i )為質點的速度。
含耗散函數的拉格朗日方程形式為: $$ frac{d}{dt} left( frac{partial L}{partial dot{q}_k} right) - frac{partial L}{partial q_k} = Q_k $$ 其中 ( L = T - V )為拉格朗日量(動能與勢能之差)。該方程廣泛應用于機械振動、工程系統建模等領域。
耗散函數與熱力學中的“耗散結構”不同,後者指遠離平衡态的開放系統通過能量交換形成的穩定有序結構(如貝納特流)。
如需進一步了解數學推導或具體工程應用,、和中的詳細分析。
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