本書是第一本非平衡態(tài)冶金熱力學的專著，構(gòu)建了非平衡態(tài)冶金熱力學的理論體系。系統(tǒng)地闡述了非平衡態(tài)冶金熱力學的基礎(chǔ)理論和基本知識，內(nèi)容包括非平衡態(tài)熱力學基礎(chǔ)、單元和多元體系的均相反應(yīng)、氣體與無孔隙固體的反應(yīng)、氣體與多孔固體的反應(yīng)、氣-液相反應(yīng)、液-液相反應(yīng)、液-固相反應(yīng)、固-固相反應(yīng)和一些應(yīng)用實例，給出了單元、多元、均相、多相遠離平衡的冶金體系發(fā)生不可逆的傳輸過程和化學反應(yīng)的吉布斯自由能變的公式，以及傳輸速度和化學反應(yīng)速率的公式，討論了過程的各種控制步驟，描述了單一過程的情況和多個過程的耦合。
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非平衡體系發(fā)生不可逆過程，力學量之間的關(guān)系，以及非平衡體系的性質(zhì)是非平衡態(tài)熱力學研究的主要內(nèi)容。在近平衡態(tài)，已經(jīng)建立起完備的線性熱力學理論，得到了近平衡體系的性質(zhì)，以及近平衡體系發(fā)生不可逆過程，力學量間成線性關(guān)系的唯象方程，給出了處理近平衡體系發(fā)生不可逆過程的方法。對于遠離平衡體系的性質(zhì)也已經(jīng)進行了深入的研究。但是，遠離平衡的體系發(fā)生不可逆過程，力學量間成怎樣的關(guān)系即唯象方程是什么樣的形式，以及怎樣用唯象方程處理問題，還很欠缺。傳熱、傳質(zhì)、傳動等傳輸過程在許多情況下可以采用線性唯象方程處理。然而，化學反應(yīng)大多是在遠離平衡的體系中發(fā)生的不可逆過程，線性非平衡態(tài)熱力學僅適用于接近平衡的化學反應(yīng)。在化學反應(yīng)的全過程，化學反應(yīng)速率與親和力之間不服從線性關(guān)系，不能用線性非平衡態(tài)熱力學理論處理。在有些情況下，傳輸過程也是非線性的。因此，需要建立遠離平衡態(tài)的不可逆過程的力學量間關(guān)系的非線性非平衡態(tài)熱力學理論。
作者將線性非平衡態(tài)熱力學推廣到遠離平衡體系和非線性不可逆過程，建立了遠離平衡體系的非平衡態(tài)熱力學，給出了遠離平衡體系發(fā)生不可逆過程力學量間的關(guān)系（非線性唯象方程）和非線性反應(yīng)（擴散方程），描述了遠離平衡體系的性質(zhì)。
傳統(tǒng)的傳輸理論沒有考慮不同傳輸過程的耦合。傳統(tǒng)的化學熱力學和化學動力學也沒有考慮各化學反應(yīng)間的耦合。而這些耦合在很多情況下是不能忽略的，耦合會產(chǎn)生很多意想不到的結(jié)果。宏觀化學動力學采用化學反應(yīng)速率與濃度冪次的乘積成正比的質(zhì)量作用定律來描述，而質(zhì)量作用定律只適用于基元反應(yīng)。對于非基元反應(yīng)，化學反應(yīng)速率方程中濃度冪次的物理意義并不明確，化學反應(yīng)機理并不清楚�；瘜W反應(yīng)方程式表示的是反應(yīng)物和產(chǎn)物之間量的關(guān)系。反應(yīng)物是始態(tài)，產(chǎn)物是末態(tài)，所以非基元的化學反應(yīng)方程式可以看作熱力學方程式，應(yīng)用非平衡態(tài)熱力學描述其反應(yīng)速率正合適。傳統(tǒng)的化學動力學對每個具體化學反應(yīng)需要具體處理，不能給出普適方程，而非平衡態(tài)熱力學可以給出統(tǒng)一的描述，將化學反應(yīng)動力學理論建立在非平衡態(tài)熱力學的基礎(chǔ)上。非平衡態(tài)熱力學溝通了化學動力學和化學熱力學兩個學科，使之得到統(tǒng)一。
經(jīng)典熱力學對于一個過程只能指出其能否發(fā)生及其方向和限度，而不能給出其變化的速度。這是由于經(jīng)典熱力學沒有引入時間變量。而非平衡態(tài)熱力學引入了時間變量，給出熵對時間的變化率即熵增率。熵的變化必然有相應(yīng)的宏觀力學量的變化，因此可以通過熵隨時間的變化得到宏觀力學量隨時間的變化，即得到動力學方程。
例如，在恒溫恒壓條件下，一個化學反應(yīng)引起的熵的變化必定有吉布斯自由能的變化，以及參加反應(yīng)的物質(zhì)量的變化。非平衡態(tài)熱力學給出了物質(zhì)量的變化率和吉布斯自由能的變化與熵隨時間變化的關(guān)系，所以就給出了物質(zhì)量的變化率與吉布斯自由能變的關(guān)系，即化學反應(yīng)的動力學方程。
冶金過程都是不可逆過程，如鼓風爐還原、轉(zhuǎn)爐吹煉、溶液和熔鹽的電解、溶劑萃取、離子交換、金屬凝固等。而將非平衡態(tài)熱力學理論應(yīng)用于冶金過程和冶金體系的研究很少。線性熱力學理論在冶金中有些應(yīng)用，但未形成體系；非線性熱力學在冶金中幾乎沒有研究。冶金體系中普遍存在傳輸過程，冶金過程的化學反應(yīng)大多是非線性的。非平衡態(tài)熱力學理論在自然科學的許多領(lǐng)域都得到了應(yīng)用，在冶金領(lǐng)域也應(yīng)該有其用武之地。經(jīng)典熱力學在冶金中的應(yīng)用為冶金的發(fā)展作出了巨大貢獻，建立了冶金理論體系，使冶金由技藝發(fā)展成科學技術(shù)。非平衡態(tài)熱力學在冶金中的應(yīng)用必將深化人們對冶金過程和冶金體系的認識，推動冶金理論和技術(shù)的發(fā)展。
自1981年，作者在東北大學和中南大學為研究生講授“非平衡態(tài)熱力學（不可逆過程熱力學）”，同時開始了非平衡態(tài)熱力學的研究工作，尤其是在國家自然科學基金委員會的資助下，承擔了“均相、非均相冶金體系的非平衡態(tài)熱力學”的研究課題，系統(tǒng)地開展了非平衡態(tài)冶金熱力學的研究工作，將非平衡態(tài)熱力學理論應(yīng)用于冶金體系和冶金過程，建立了非平衡態(tài)冶金熱力學的理論體系。本書就是在這些研究工作的基礎(chǔ)上寫成的，是這些研究工作的一些成果。
在本書完成之際，首先感謝我國著名的冶金學家趙天從教授、傅崇說教授和冀春霖教授，他們都是作者的老師，在他們的關(guān)心、鼓勵、幫助和支持下，作者開展了非平衡態(tài)冶金熱力學的研究工作，并完成本書的寫作。還要感謝東北大學出版社原社長李玉興教授和國家自然科學基金委員會工程一處原處長張玉清教授，本書的完成與他們的關(guān)心、支持、幫助和鼓勵分不開。
感謝國家自然科學基金委員會的支持，使作者得以系統(tǒng)地開展非平衡態(tài)熱力學及其應(yīng)用方面的研究工作。感謝東北大學“985工程”為出版本書提供的部分資助。
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