基于(火积)损失最大的往复式热机最优构型

采用有限时间热力学理论和(火积)理论对一类存在热漏和高温热源热容有限的两热源热机进行研究.寻求模型符合牛顿传热定律时,系统在给定循环周期下系统熵产生最小和(火积)损失最大时的最优构型,并与系统输出功最大时的最优构型对比.分析结果表明:对于无限热容高温热源,热漏是否存在并不改变循环的最优构型;而对于有限热容高温热源,以系统熵产生最小和(火积)损失最大为目标的最优构型与以系统输出功最大为目标的最优构型不完全相同,无热漏时分别以熵产生最小、(火积)损失最大和输出功最大为目标的最优构型均相同,而存在热漏时分别以三者为目标时的最优构型各不相同.     

导热规律为q∞△(1/T)的不可逆卡诺循环新理论

近年来,一些文献基于牛顿传热律建立了一种不可逆卡诺循环新理论,导出与实际热机观测性能相接近的基本优化关系及功率和效率界限。显然,除了牛顿传热律外,还需要考虑其他导热规律。本文将基于另一种线性导热规律,即热流q正比于温度T的倒数差Δ(1/T)的导热规律,导出含有热阻、热漏和工质内部不可逆性的不可逆卡诺循环的功率Ρ与效率η的优化关系,即循环的基本优化关系:     

导热规律为q∝△（1／T）的不可逆卡诺循环新理论

近年来，一些献基于牛顿传热律建立了一种不可逆卡诺循环新理论，导出与实际热机观测性能相接近的基本优化关系及功率和效率界限，显然，除了牛顿传热律外，还需要考虑其他导热规律，本将基于另一种线性导热规律，即热流q正比于温度T的倒数差△(1／T)的导热规律，导出含有热阻、热漏和工质内部不可逆性的不可逆卡诺循环的功率P与效率η的优化关系，即循环的基本优化关系：     

一维不定常生物传热方程的解析解

王补宣院士等导出了新的生物多孔体传热基本方程,这对此方程在常系数条件下的定常一维形式给出了解析形式通解,并与实验数据进行了初步比较验证.本文则将给出此方程的一维形式在不定常情况下的一个解析特解,以扩大对此基本方程的了解.这种特解还是有其基础理论价值的:它除了给出方程所表达的一种可能物理图景外,还可以用为检验各种数值解的标准解,也可以利用它来研究数值求解方法.例如作者以前给出的能模拟叶轮机械三维内流     

潜热型功能热流体层流强化传热分析新模型

建立了分析潜热型功能热流体的层流强化传热的新模型. 该模型的主要特征是: (1) 应用新推导的潜热型功能热流体定压比热公式; (2) 考虑了真实的相变传热过程, 即, 相变微胶囊与单相工作流体间换热, 壁面与两相混合流体间换热; (3) 用新建立的轴对称双倒易边界元和有限差分联合的数值方法求解该数理方程. 新模型的可靠性用已有实验结果进行了验证. 得到了一些新的物理结果, 如定压比热在空间与时间随相变传热过程变化的特征, 捕获了相变界面随时间推进图像, 等等, 还数值分析了影响潜热型功能热流体强化传热的几个主要物理因数, 对该功能流体强化传热机理获得了一些新认识.     

热源间制冷与泵热循环参数选择的有限时间热力学准则

按经典热力学,工作在两个恒温热源之间的逆卡诺循环的最大性能系数为或其中ε_r和ψ_r分别为制冷系数和供热系数,T_1和T_2分别为高温和低温热源的温度。(1)、(2)式给出的启示是:要达到理想的热力学界限,工质同热源间的传热温差应无穷小,循环必     

热力学第二定律克劳修斯表述的误解及其后果

简单介绍了热力学第二定律的卡诺表述,详细分析了克劳修斯为改进卡诺表述所做的相关工作.分析表明,热力学第二定律的克劳修斯表述应该是:"热功转换和热量在不同温度间转换的等价定理",而不是"不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其他变化",后者只是在证明转换等价定理过程中应用到的基本原理;热力学第二定律的克劳修斯表述本身描述的都是可逆过程,从而才能够导出热力循环的克劳修斯等式和描述物体转换含量的熵.把克劳修斯表述理解为"不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其他变化",会导致认为热力学第二定律是描述过程方向性和不可逆性的规律.其后果是,错误地认为最小熵产原理能够用于导热过程输运定律的导出和传热过程的优化.     

热子气-气体和金属中热量传递的载体

热子气可以认为是热传导的主要载体, 是热量传递的载体. 类似于介电体中晶格振动能量量子化定义的声子, 大量的声子组成了声子气. 在气体和金属中则可以根据无规则运动的分子和电子所具有的能量定义热子, 大量无规则运动的热子就组成了热子气. 热子和声子、光子一样都没有静止质量, 但是热子的动质量可以连续变化, 即热子是非量子化的准粒子. 热子气在一定温度梯度驱动下的定向运动就形成了热流. 根据Einstein质能关系可以得到热子的质量为m_h=E/c², 即热能除以光速的平方. 热子气是具有真实质量的可压缩流体, 根据气体动力学原理, 并结合理想气体和金属中电子气的统计规律分别得到了两种体系中热子气的状态方程, 通过流体力学分析方法进一步推导出热子气的动量守恒方程, 它是具有阻尼的波动方程, 也就是普适导热定律. 基于热子气概念得到的普适导热定律可以用于定量研究由于热惯性作用而导致的极端条件下的非Fourier导热现象, 例如在超快速激光加热实验中出现的热波现象. 在通常情况下当热质惯性力作用可以忽略时普适导热定律将退化为Fourier定律. 利用两阶精度的有限差分格式, 计算了超快速飞秒激光加热金属薄膜条件下普适导热定律的热波解, 结果显示热波传递的波动性会随着热子气运动惯性作用的增强而增强.     

无限维中Hamilton-Jacobi方程的平均化及应用

本文研究无限维中带有快速变量的Hamilton-Jacobi方程在粘性解意义下的平均化。考虑某个Hilbert空间X上的Hamilton-Jacobi方程: 其中为连续映射;是周期为1的周期函数。从文献[1,2]知,在适当条件下(见第1节),方程(1)有唯一的粘性解V_ε(t,x)。本文用到粘性解的定义见文献[1～3]。满足 本文证明了,如果L_ε不依赖于ε(可依赖于R),则当ε→0~ 时,V_ε(t,x)的极限存在,且其极限V(t,x)是如下HJB方程的唯一粘性解:     

热源间热机工作参数选择的有限时间热力学准则

经典热力学给出工作在两个恒温热源之间的热机最大效率为 η=1-Q_2/Q_1=1-T_2/T_1,(1) 其中Q_1、Q_2分别为热机工质每循环可逆地从高温热源吸取的热量和向低温热源放出的热量,T_1、T_2分别为高、低温热源的温度。(1)式给我们的启示是尽可能减小工质同热源间的传热温差,需无限缓慢地工作,其结果是以时间为基础的功率趋向于零。然而,实际热机总要有一定     

最小热阻原理在组合式相变材料蓄热过程优化中的应用

最小热阻原理为近年来火积理论中所提出的传热过程优化的新方法.本文基于最小热阻原理对组合式相变材料蓄热过程进行了优化.通过变分原理,获得了组合式相变材料最佳融化温度的通用表达式.在此基础上,进一步研究了相变材料数对火积耗散热阻和蓄热性能的影响,探讨了最小热阻原理用于组合式相变材料蓄热过程优化的可行性.定义了组合效率,考察了传热单元数和热容流率对火积耗散热阻的影响.结果表明,组合效率随相变材料数的增加逐渐提高,火积耗散热阻随传热单元数和热容流率的增加逐渐降低其提高与降低的幅度均逐渐减弱,该研究为组合式相变材料的遴选以及流动和结构参数的设计提供了理论指导.此外,基于最小热阻原理的优化分析,提出了相变蓄热过程的温差场均匀性原则,为组合式相变材料的优化提供了一种新的优化标准.     

两源间制冷机有限时间经济性能界限和优化准则

首先考虑工作于T_H、T_L热源间的内可逆卡诺制冷机。设工质与高、低温热源间的传热系数分别为α、β,且传热服从牛顿定律;制冷机的工作环境温度为T_0,且T_0≥T_H>T_L;制冷机的输入功和输出冷量(火用)价格分别     

征订启事

Bejan最早指出了有限温差传热不可逆性与有限压降流体流动不可逆性之间的相似性，Radcenco作了进一步分析，最近，Bejan用内可逆热机的研究方法导出了流体流动作功装置最大功率输出时的效率，对线性流阻关系，其结论是正确的，而对非线性流阻关系，献的结果是不正确的。     

非线性流阻关系下流体流动输出功率装置的优化

Bejan最早指出了有限温差传热不可逆性与有限压降流体流动不可逆性之间的相似性,Radcenco作了进一步分析.最近,Bejan用内可逆热机的研究方法导出了流体流动作功装置最大功率输出时的效率.对线性流阻关系,其结论是正确的,而对非线性流阻关系,文献的结果是不正确的.Bejan考虑了一个不计摩擦效应的活塞、气缸     

卡诺制冷机的最佳输出率

在制冷机的有限时间热力学理论中,应用(火用)概念和(火用)方法有助于对制冷机用能过程特点的深入了解.然而至今还用得甚少,有必要进一步提倡和开展研究.本文导出了工作于T_H和T_L(T_H>T_L)两温度热源间受热阻影响的内可逆卡诺制冷机的最佳(火用)输出率(?)与制冷系数ε间的关系为     

火积传递方程及其应用

火积是描述传热能力的物理量, 在热量传递过程中伴随火积的传递, 热量在传递过程中守恒,火积并不守恒, 因而火积必定有其独特的传递规律. 基于火积定义及其传递的思想, 导出了描述多组分黏性流动体系(包含热传递、对流、质量传递和化学反应过程)的火积传递方程, 它描述了该体系传热过程中火积的传递规律. 给出了火积流及其火积耗散的表达式, 并分析了其物理机制. 进而讨论了火积传递方程在稳态对流传热过程中优化传热的理论和方法, 从不同侧面应用稳态过程 传递方程得到了火积耗散极值原理和最小热阻原理, 给出了对单组分体系稳态对流传热和稳态导热过程应用的例证.     

生物磁流体传热的耗散粒子动力学模拟

耗散粒子动力学(dissipative particle dynamics,DPD)是一种基于粒子的拉格朗日型介观方法,对生物磁流体等复杂流体流动与传热问题具有较大优势.如果考虑铁磁流体动力学(ferrohydrodynamic,FHD)效应和磁流体动力学(magnetohydrodynamic,MHD)效应,生物磁流体的流动传热问题非常复杂,因而引起了众多学者的关注.本文提出了一种简单可行的方案建立了DPD流体介观参数与真实流体宏观输运系数之间的联系.在此基础上,采用DPD方法模拟了半环形区域内生物磁流体的流动与传热问题并且考虑了磁数和哈特曼数对区域内温度场和流场的影响.结果表明,随着磁数的增加,热磁对流会产生3个热羽流和4个漩涡.此外,哈特曼数的增加会引起热源表面大部分区域的局部怒塞尔数的显著下降.     

弛豫型铁电单晶0.76PMN-0.24PT的铁电相变特征

采用介电铁电与热释电表征法, 结合电畴结构的实时观察, 对0.76PMN-0.24PT 单晶的相变特征进行了研究, 发现其铁电性质介于典型弛豫铁电体与正常铁电体之间. 该单晶极化前具有一种处于微畴至典型宏畴之间的过渡型电畴, 其(001)晶片在极化后发生场致相变, 并在其后的升温程序中表现出两个特征温度T_d 与^T_m . ^T_d 为电容率随温度下降而开始急剧下降的温度, 对应于零场升温程序中的由电场诱导的典型宏畴-过渡型宏畴的转化; 在^T_d ~^T_m 温区, 晶体持续发生铁电-顺电相变或退极化作用, 以宏畴态存在的铁电相与顺电相共存; 在略高于^T_m 的温度, 晶体转化为宏观顺电相, 铁电相以微畴态存在. 由于场致相变与晶体取向有关, 相对于同成分的单晶来说, 多晶陶瓷在同样的温度-电场历程下显示不出特征温度^T_d.     

考虑非Fourier效应的Chen-Holmes生物传热模型的解析解

对考虑非Fourier效应的Chen-Holmes生物传热模型给出了一个带有热波的代数显式解析解, 该解析解除有重要的理论意义外(如加深对生物组织中热波现象的理解), 还可以作为标准解校验相关数值解与发展数值计算方法.     

强化对流换热中的热量加权温差分析与应用

以电子器件对流散热为背景,提出热量加权温差综合评价传热量一定的多热源的平均温度和传热系统的传热效率.通过分析对流传热中控制体内"(火积)"的构成,结合变分原理推导了对流换热中的热量加权温差,讨论了温差均匀性、传热效率以及热量加权温差三者的关系,即热量加权温差越小,传热系统温差均匀程度越高;另外,从热量加权温差减小的方向来优化传热,设计一种开缝与翻折相结合的散热翅片,计算开缝和多翻折翅片与常规直翅片的热量加权温差大小,并用热量加权温差分析两种传热系统的多热源平均温度大小和温差均匀程度高低的原因,结果表明:传热系统的热量加权温差越小,冷却多热源物体平均温度效果越好.即对流换热总传热量一定时,热量加权温差可评价对流换热的传热效率和温差均匀性.