复杂传热规律下有限高温热源热机循环的最优构型

基于包括牛顿传热规律、线性唯象传热规律、辐射传热规律、Dulong-Petit传热规律、广义对流传热规律和广义辐射传热规律的一类普适传热规律Q∝△（T^n）^m,用有限时间热力学理论研究了有限高温热源和无限低温热源条件下一类内可逆热机的最优构型．分析中仅考虑了有限速率传热不可逆性．用等效热源温度导出了热机的最优功率与效率间关系,所得结果包含了近期一些文献的结果,对实际热机的设计工作具有一定的理论指导作用．     

有限速率过程对热机输出功率和效率的影响

讨论了在给定的两个热源温度和压缩比的情况下,有惯性效应和热阻而使过程速率有限的热机的最优性能。导出这类热机以理想气体或范德瓦耳斯气体为工质时的最佳效率与输出功率间的关系。并推出一些与压缩比有关的新结论。     

变温热源不可逆联合热机循环的性能优化

建立了受外部热源有限热容、热阻和工质内不可逆性影响的不可逆联合热机循环新模型。应用对数平均温差(LMTD)和最优控制论方法,研究了循环的性能特性,导出了效率与输出功率间的优化关系,进而获得最大输出功率及其相应的效率,从而确定了输出功率和效率的优化区域,并通过数值算例和图形详细分析了高、低温端热交换因子和工质内不可逆因子对联合热机循环性能的影响。所得结论对改善联合热机循环性能有重要的指导意义。     

无限高温热源和有限低温热源获得最大功率输出时的循环效率

导出了工作在无限高温热源和有限 温热源仅受热阻不可逆影响的内可逆卡诺机在最大功率输出时的循环效率，并以此讨论了有限热源对热机性能的影响。     

非对称有限热源之间热机循环的基本热力学约束

为讨论更一般情形中有限热源之间的热力学约束，探讨了在2个具有非对称热容有限热源之间工作的热机循环问题.假定热源热容C满足德拜定律C∝Tⁿ，高低温热源不对称体现在它们关于温度(T)的幂指数(n)不同.对于通常的固体材料，n由材料的空间维度和所处温度区间决定；在低温热源与高温热源初始热容比很大或很小的2个极限区域，证明了热机最大功率效率关于最大功效率的函数具有不依赖于热源维度的普适形式.在数值上探讨了2热源初始热容大小对称而热容(关于温度变化)行为不对称的特殊情况，结果显示，最大功效率和最大功率效率随高温热源维度的增大而升高，而关于低温热源维度变化的单调性则与低高温热源的初始温度比T_L/T_H有关.这一结果表明，若将有限热源的热容性质纳入其间热机循环的优化考量，则循环在低温端的优化方向(n在给定区间内的大小选择)要由热源初始温度所确定的卡诺效率η_C≡1-T_L/T_H决定.     

不可逆定常态热机,制冷机与热泵的最优性能

按经典热力学,工作在两恒温热源间的正、反卡诺循环能量满足：“大小相等,方向相反”的原则,而实际热机、制冷机与热泵,由于热阻、摩擦、涡流、热漏等不可逆因素的存在,正、反卡诺循环能量不再满足此原则．为研究两源间不可逆定常态热机、制冷机与热泵的最优性能关系间的内在联系与最佳面积比,采用熵产率分析方法和引进等熵温比指数,提出并证明了功率与效率、制冷率与制冷系数、泵热率与泵热系数最优关系间应遵循的法则．该法则表明,热机、制冷机与热泵的最优性能关系是相互关联的．作为实例,文中求得了四种非线性传热条件下不可逆定常态热机、制冷机与热泵的最优性能与最佳面积比的统一表达式,从而证明了这个法则与等熵温比指数的重要性．     

线性唯象传热定律下具有非均匀工质的一类非回热不可逆热机最大功率输出

我们对具有非均匀工质的一类非回热不可逆热机的最大功率输出进行了研究,考虑工质与热源间传热服从线性唯象传热定律[q∝Δ（T^-1）],利用最优控制理论分别导出了集总参数模型和分布式参数模型下热机的最大功率．研究结果表明分布式参数模型下的热机最大输出功率要小于或等于集总参数模型下的热机最大输出功率,且对实际热机更具有指导意义．对恒温热源下工作的不可逆热机特例,给出了其最大功率的解析表达式．采用数值计算方法给出了变温热源下的集总参数模型算例,分析了热源温度变化对热机最大功率的影响,并与牛顿传热定律[q∝Δ（T）]下的相应研究结果进行了比较．     

有限热源内可逆循环的最优性能

本文导出工作在有限高温热源和无限低温热源间,仅受传热不可逆影响的内可逆循环的最佳效率与输出功率间的关系.指出它是讨论循环最优性能的一个很普遍的基本关系式,并应用它作了多种讨论.     

实际热声热机微热力学循环性能优化

分析实际热声热机微热力学循环中的诸多因素,运用有限时间热力学方法,导出实际热声热机微热力学循环的效率与输出声功率的最优关系,分析不可逆程度因子及热漏系数对此最优关系的影响.结果表明:实际热声热机微热力学循环中存在一最佳温度振荡值,使循环在得到高效率的同时得到高输出功率,并由数值计算认证了这一结论.     

辐射传热条件下一类内可逆热机最大效率时的最优构型

对辐射传热条件下给定循环周期和输入能的内可逆热机最优构型进行了研究,利用最优控制理论得出了最大效率时热机的最优构型为8分支循环,其中包括2个等温分支、4个最大功率分支和2个绝热分支．利用泰勒级数展开的方法得出了各分支过程的时间和热源及工质温度的计算方法,并与牛顿传热规律和线性唯象传热规律下最大效率优化的结果,以及辐射传热条件下最大功率优化的结果进行了比较．     

一类循环在最大功输出下的热效率

本文研究由两个多方过程和两个绝热过程构成的循环,求出这种循环在最大功输出条件下的热效率。计算表明它与C—A效率十分接近。     

有限低温热源三热源制冷机的优化分析

建立一类低温热源有限的不可逆三热源制冷机模型,探讨有限热源,传热及工质内部不可逆性对制冷机性能的影响,导出制冷率与制冷系数以及火用损率与制冷系数和制冷率间的优化关系．由此讨论了制冷机的各种优化性能,所得结论可为三热源制冷设备的开发利用提供新理论指导．     

线性唯象传热规律下的内可逆不雷逊热机循环的功率、功率密度和效率的性能优化

以在高温热源服从牛顿传热规律而在低温热源服从线性唯象传热规律并考虑了热阻和热漏的布雷逊热机为模型,导出了该热机的输出功率、输出功率密度和效率的表达式。讨论了高温换热器的效率、低温热导和热漏对热机各种性能参数的影响。所得结果可对实际热机的优化设计提供理论依据。     

基于FEM及KIVA的内燃机耦合部件传热建模

为了更为准确地对内燃机耦合部件三维燃烧过程进行模拟,开发了一种内燃机燃烧室耦合部件三维传热有限元法（FEM）计算程序.建立了内燃机气-固传热模型;通过将该模型应用于KIVA程序,可获取用于有限元计算的燃烧室壁面的三维瞬态燃气温度分布及对流换热系数分布.以汽油机LJ377MV为例,计算了内燃机耦合部件的稳态温度场及瞬态温度场,结果表明：壁面附近瞬态温度边界条件的不均匀性对内燃机耦合部件稳态温度分布及瞬态温度波动有着重要影响.     

On Certain Differential Operator

给出了微分算子在微分不等式中的应用．     

热漏对混合热阻条件下卡诺热机性能的影响

在混合热阻条件下和卡诺热机性能分析的基础上，进一步研究热漏对循环的影响，导出了有热漏时，混合热阻条件下的卡诺热机的输出功率与效率的关系．     

量子卡诺热机的优化性能

研究了量子卡诺热机的最优性能,得到了量子卡诺热机输出功率和效率的优化关系及其它特性参数,揭示了经典卡诺热机为量子卡诺热机的经典极限。     

不可逆热机的热机效率与循环方向的关系

根据热力学第二定律的克劳修斯说法和熵判据论证不可逆热机的η=- W/ Q1 与循环方向有关 .不可逆热机作正向循环时 ,可用热机效率来描述其功热转换关系 ,结论是η正向 ,可逆 >η正向 ,不可逆 .这表明 :在正向循环中 ,可逆循环热机的热转换为功的比率大于不可逆循环热机 .不可逆热机作逆向循环时 ,应当采用制冷系数来描述其功热转换关系 ,所得结论是β可逆 >β不可逆 .这表明 :可逆循环制冷机单位功提取的热大于不可逆循环制冷机 ;如果仍然采用热机效率来描述其功热转换关系 ,则所得的结论应当是η逆向 ,可逆 <η逆向 ,不可逆 .这表明 :在逆向循环中向高温热源输送相同的热 Q1 的前提下 ,可逆热机消耗的功 W可逆 少于不可逆热机消耗的功 W不可逆 .在证明卡诺定理时 ,不可逆热机只能作正向循环 ,不能令其作逆向循环 .     

稳态热传导线源识别反问题的数值通解方法

提出了一种稳态热传导源项识别反问题的求解方法.构造了基于有限元数值解,满足热传导控制方程和边界条件、离散形式、以热源强度为变量的数值通解显式表达,从而将热传导源项识别反问题转化为多元极值问题,能够方便地反演出热源强度.推导了基本计算公式,讨论了热传导源项识别中热源强度的数学建模问题,进行了算法的误差分析.并以模具加热板的热源设计为算例,验证了算法的正确性与实用性.这对进一步研究热源空间分布识别和多维源项识别反问题具有重要意义.     

The optimal configuration of reciprocating engine based on maximum entransy loss

A class of two-heat-reservoir heat engine model with heat leakage,finite heat capacity high-temperature source and infinite heat capacity low-temperature heat sink,is researched with the finite-time thermodynamic theory and the entransy theory.The optimal configuration based on the minimum entropy generation and the maximum entransy loss under the given cycle is searched,which are compared with the optimal configuration based on the maximum output work,and all the heat transfer in the model is assumed to obey the Newton’s law.The results show that,for the infinite heat capacity high-temperature source,the optimal configuration does not change whether heat leakage exists or not;however,for the finite hightemperature reservoir,the optimal configuration is different among which based on the minimum entropy generation,the maximum entransy loss,and the maximum output work when the heat leakage exists.