微觀布朗熱機的性能研究.pdf

1、摘要—————]黑學(xué)位論文獨創(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)實驗等許多方面定向輸運問題的研究成為新的熱點。由于受到費曼棘輪和棘爪裝置的啟發(fā)，這種定向輸運被命名為棘輪效應(yīng)。當(dāng)系統(tǒng)的環(huán)境由熱漲落決定時，定向輸運就會受到噪聲的控制和影響。相關(guān)的分子機器，例如布朗馬達、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，這時熱力學(xué)熱機模型必／’：。須整合熱漲落效

4、應(yīng)，并且在定向運動方面是可逆過程。和真實的熱機相比，布氐。浸朗熱機主要受到和時間關(guān)聯(lián)的勢壘、溫度差或者化學(xué)勢差的驅(qū)動。我們這里研究的布朗熱機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)動布朗熱機的熱力學(xué)性質(zhì)、不可逆因素對熱機性能的影響以及如何提高布朗熱機的效率。第一章介紹了本文的研究背景和布朗運動的動力學(xué)理論。第二章研究了一種熱驅(qū)動布朗熱機的熱力學(xué)特性，該布朗熱機由運動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，同時考慮粒子勢能變化和動能變化引起的熱流，導(dǎo)出了布朗熱機的效率和輸出功率，通過數(shù)值計算分析了熱機的性能特性。第三章建立了一種提高布朗熱機效率的模型，導(dǎo)出了布朗熱機的效率和功率的解析表達式，詳細分析了外力、勢壘高度比、熱源溫比等參數(shù)對熱機性能的影響。發(fā)現(xiàn)可以提高熱機效率，但是降低了熱機輸出功率。第四章分析了單個粒子在一維晶格中的運動，它是通過粒子在不同格點間的跳躍來實現(xiàn)的。在熱驅(qū)動的作用下，粒子周