微觀布朗熱機(jī)的性能研究.pdf

1、摘要—————]黑學(xué)位論文獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得直昌太堂或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示謝意?！瘜W(xué)位做作者簽名(㈣：嬲千簽字日期剛年∥月，鄉(xiāng)日學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解直昌

2、盔堂有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)直昌太堂可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編本學(xué)位論文。同時(shí)授權(quán)中國科學(xué)技術(shù)信息研究所將本學(xué)位論文收錄到《中國學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫》，并通過網(wǎng)絡(luò)向社會(huì)公眾提供信息服務(wù)。(保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)書)學(xué)位論文作者簽名(手寫)：蘇彥乎導(dǎo)師簽名(手寫)：／巧唐

3、珍卞I’，，^簽字日期：匆lf年石月／多日簽字日期：20cf年6月夠日摘要摘要、近年來在生物學(xué)、物理學(xué)實(shí)驗(yàn)等許多方面定向輸運(yùn)問題的研究成為新的熱點(diǎn)。由于受到費(fèi)曼棘輪和棘爪裝置的啟發(fā)，這種定向輸運(yùn)被命名為棘輪效應(yīng)。當(dāng)系統(tǒng)的環(huán)境由熱漲落決定時(shí)，定向輸運(yùn)就會(huì)受到噪聲的控制和影響。相關(guān)的分子機(jī)器，例如布朗馬達(dá)、分子泵以及分子通道等概念便出現(xiàn)了。傳統(tǒng)的可逆。熱力學(xué)理論并不能很好地描述漲落占主導(dǎo)作用的情況，這時(shí)熱力學(xué)熱機(jī)模型必／’：。須整合熱漲落效

4、應(yīng)，并且在定向運(yùn)動(dòng)方面是可逆過程。和真實(shí)的熱機(jī)相比，布氐。浸朗熱機(jī)主要受到和時(shí)間關(guān)聯(lián)的勢壘、溫度差或者化學(xué)勢差的驅(qū)動(dòng)。我們這里研究的布朗熱機(jī)可以歸于一種空間溫度交替變化的棘齒勢壘模型。本文主要研究熱驅(qū)動(dòng)布朗熱機(jī)的熱力學(xué)性質(zhì)、不可逆因素對熱機(jī)性能的影響以及如何提高布朗熱機(jī)的效率。第一章介紹了本文的研究背景和布朗運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)理論。第二章研究了一種熱驅(qū)動(dòng)布朗熱機(jī)的熱力學(xué)特性，該布朗熱機(jī)由運(yùn)動(dòng)于周期性鋸齒勢場中并交替與高、低溫?zé)嵩唇佑|的布朗粒子

5、組成。采用主方程描述粒子在勢壘之間的躍遷，同時(shí)考慮粒子勢能變化和動(dòng)能變化引起的熱流，導(dǎo)出了布朗熱機(jī)的效率和輸出功率，通過數(shù)值計(jì)算分析了熱機(jī)的性能特性。第三章建立了一種提高布朗熱機(jī)效率的模型，導(dǎo)出了布朗熱機(jī)的效率和功率的解析表達(dá)式，詳細(xì)分析了外力、勢壘高度比、熱源溫比等參數(shù)對熱機(jī)性能的影響。發(fā)現(xiàn)可以提高熱機(jī)效率，但是降低了熱機(jī)輸出功率。第四章分析了單個(gè)粒子在一維晶格中的運(yùn)動(dòng)，它是通過粒子在不同格點(diǎn)間的跳躍來實(shí)現(xiàn)的。在熱驅(qū)動(dòng)的作用下，粒子周