(火积)——描述物体传递热量能力的物理量

从导热过程与导电过程的比拟出发，引入了与电容器的能量相对应的新的物理量Eh=QvhT／2．它具有“能量”的性质，它描述了一物体所具有的热量传递的总能力．由于它是热容量与温度乘积之半，因此把此物理量称之为[火积]．热量传递是一个不可逆过程，在传递过程中部分[火积]将被耗散，其数值可由[火积]耗散函数的体积分求得．在建立了[火积]平衡方程的基础上定义了[火积]传递的效率，从而可讨论传热过程的优化．在变分分析的基础上，提出了导热过程优化的[火积]耗散极值原理：对于具有一定的约束条件并给定热流边界条件时，当[火积]耗散最小，则导热过程最优（温差最小）；在给定温度边界条件时，[火积]耗散最大，则导热过程最优（热流最大）．基于[火积]的耗散这个物理量定义了多维导热问题中的当量热阻，从而可把导热优化的[火积]耗散极值原理归结为导热优化的最小热阻原理．最后，以体点散热问题为例，计算了使导热性能最好的导热系数的最佳分布，并对优化前后的导热性能作了比较．     

——描述物体传递热量能力的物理量

从导热过程与导电过程的比拟出发，引入了与电容器的能量相对应的新的物理量E_h=Q_vhT/2. 它具有“能量”的性质，它描述了一物体所具有的热量传递的总能力. 由于它是热容量与温度乘积之半，因此把此物理量称之为. 热量传递是一个不可逆过程，在传递过程中部分将被耗散，其数值可由耗散函数的体积分求得. 在建立了平衡方程的基础上定义了传递的效率，从而可讨论传热过程的优化. 在变分分析的基础上，提出了导热过程优化的耗散极值原理：对于具有一定的约束条件并给定热流边界条件时，当耗散最小，则导热过程最优（温差最小）；在给定温度边界条件时，耗散最大，则导热过程最优（热流最大）. 基于的耗散这个物理量定义了多维导热问题中的当量热阻，从而可把导热优化的耗散极值原理归结为导热优化的最小热阻原理. 最后，以体点散热问题为例，计算了使导热性能最好的导热系数的最佳分布，并对优化前后的导热性能作了比较.     

冲击破煤过程中能量耗散的理论分析

介绍了能量在冲击式破煤过程中的产生、传递和耗散过程以及能量最终的分布范围;运用应力波的方法分析了应力波在煤体中传播过程,并得出能量在衰减过程中衰减率的计算方法;还分析了剥落厚度的计算方法,并得出正弦应力波在煤体中传播时的冲劈厚度和最大煤块尺寸的关系;根据冲击规律和能量的传递特征对能量的传递过程进行了分析,并求出冲击消耗能量和最小散逸能之间的关系,指出了要使煤块破碎必须满足冲击消耗能量要大于最小散逸能。     

切换系统超稳定的充分条件

研究了切换系统的超稳定问题．利用子系统交互能量的撅念,将子系统所获得的能量分为从系统输入获得的能量和从其他子系统获得的能量两部分．通过改变Popov积分不等式的积分限,对子系统所获得的能量进行限制．在每个子系统所获得的总能量有限的情况下,基于切换系统的耗散理论,分析了切换系统运动的超稳定和渐近超稳定性;利用正实引理和K...     

直井-水平井辅助重力泄油数值模拟原理及应用

蒸汽辅助重力泄油（Steam?Assisted?Gravity?Draining,简称SAGD）技术是稠油开采的重要方法之一。目前SAGD驱油过程,在热质传递机理、油藏动态特性、影响机制及开采效果等方面,还有很多问题描述分析不够精准,需要进一步研究。本文基于热力学、传热传质学、油藏工程和渗流力学等多学科交叉方法,对SAGD驱油过程进行了描述分析,给出了热质传递过程的能量和质量动态方程。根据相似理论,提出了SAGD驱油过程的两个主要无量纲数：与驱油过程流动、热质传递特性相关的无量纲参数,与时间有关的无量纲数。基于直井—水平井SAGD驱油模式,对其热质传递过程进行了分析,给出了不同阶段热质传递的计算式。利用改进的STARS软件,对直井—水平井SAGD驱油进行了模拟分析,分析了注汽速度、蒸汽干度和水平渗透对驱油过程影响,进而对各参数给出了一些优选范围。本文工作为SAGD驱油优化设计和运行等提供了理论依据和技术参考。     

基于能量耗散原理的红砂岩崩解机制研究

为了研究红砂岩的崩解机制,寻找阻滞其崩解的方法,通过分析红砂岩崩解过程中传递的不同能量类型及其定量计算方法,基于能量耗散原理建立红砂岩崩解的能量耗散模型。结合工程实例,运用该模型分析红砂岩在崩解过程中的能量变化规律。研究结果表明:在岩石自然环境中的崩解过程中,随着岩石粒径变小,其新增表面积越来越大,其新增表面能随时间呈线性增大,但是,在这个过程中,岩石对吸收能量的利用率下降,说明红砂岩在不同崩解阶段对吸收热量的利用率不同;红砂岩崩解能量利用率随崩解呈指数衰减。建议工程上在治理红砂岩问题时可采用预先崩解的方法,然后采用压实破碎,包边封闭的方法尽量减小红砂岩与外界环境接触的面积,切断软岩崩解所需的能量来源,以延迟其崩解。     

基于[火积]耗散的换热器热阻分析

讨论了一维导热、典型对流换热过程和换热器中热阻的概念,提出了基于[火积]耗散的换热器热阻和换热器热阻因子的定义．建立了基于这一热阻的换热器分析方法,讨论了传热单元数和热容量流比对换热器热阻的影响．     

两步法三维编织复合材料梁的阻尼预测和优化

基于层合板类推法和能量耗散原理,导出了两步法三维编织纤维增强复合材料矩形截面梁的比阻尼容量计算公式;提出了此类梁的优化设计方法,梁的阻尼取为最大优化目标函数,梁的刚度要求和工艺要求等取为约束条件,设计变量是纤维编织角、轴向纤维的百分比和梁的截面尺度等．优化问题采用约束变尺度法求解．算例表明了所提方法的显著效果．.     

冷冻干燥过程的计算模型及其应用

通过质量和能量衡算,建立了描述冷冻干燥过程的非稳态耦合热质传递动力学模型．计算模型可以从物理过程中区分升华干燥和解析干燥２ 个阶段,模型所需的输入参数较少,具有较大的灵活性．采用变时间步长和步进的算法求解数学模型,计算结果表明：干燥室压力的降低使升华干燥时间略有增加,却减少了解析干燥时间,有利于减少总干燥时间;尽管强化冻结层的传热可使升华干燥时间显著地减少,却增加了解析干燥时间,但总干燥时间并未由此明显减少．因而,增加冻结层的热通量对于总干燥时间的影响较小     

基于振动台试验的TMD-结构体系能量平衡分析

调谐质量阻尼器对结构的减振作用过程,本质上也是一个能量的传递、转化与耗散的过程。首先,根据能量法原理, 对TMD-结构体系的能量平衡进行了较详细的分析,深入了解其在整个地震过程中各部分能量的分配组成和传递机理;然后,通过TMD-结构模型的模拟振动台试验研究,对TMD-结构体系的能量平衡进行了分析,从试验上进一步验证了TMD-结构体系的能量平衡理论,为下一步对TMD-结构体系的能量分析奠定试验基础。     

容积导电能量传递多场耦合数值模拟

容积导电模型研究可用于容积导电系统的设计和能量传递参数的优化.笔者考虑电路、电场和温度场的相互耦合关系,建立了容积导电的三维多场耦合模型.该模型在电路层面上实现了容积导电的仿真,皮肤组织温升的实时监测,为能量传递的优化设计提供了直接的理论指导.利用软件FEM3.5搭建了容积导电多场耦合模型,从多物理视角验证了容积导电能量传递的可行性,为进一步优化能量传递效率奠定了基础.     

多功能蓄冷空调实验装置的研制和应用

设计建立了一台多功能蓄冷空调实验装置,它可以模拟制冷剂直接蒸发式冷蓄冰罐的运行过程,循环水直接接触融冰供冷循环过程和对房间实行低温送风过程,运用冷媒,可以进行间接冷媒冷却下有限空间内管束外冰－水固液相变过程的研究。应用该实验台,进行了有限空间内管束外冰－水固液相变过程的研究,和制冷剂直接蒸发式冰蓄冷过程动态特性的研究,实验研究结果可为冰蓄冷器的设计和优化提供科学依据。     

直接接触固液相变制冰及冰蓄冷系统的研究进展

综述了直接接触固液相变制冰、强化制冰的方法及冰蓄冷系统的研究进展，考虑到目前对蓄冰技术相关的固液相变传热问题的研究与发展现状，提出了一些有待研究解决的问题     

太阳能螺旋槽管相变蓄热器强化传热性能研究

针对太阳能利用过程中的蓄热储能问题及螺旋槽管换热器的优点,将螺旋槽管引入太阳能相变蓄热器中,并对蓄热器的蓄热过程进行了数值模拟。首先以光滑管蓄热器为例实验验证了该模拟方法和所用模型的可靠性,进而以螺旋槽管为水流管道、相变材料为蓄热介质,利用Gambit 建立三维蓄热器模型,应用ICEM对几何模型进行网格划分,运用流体计算软件Fluent模拟计算螺旋槽管和光滑管相变蓄热器的蓄热过程,考察螺旋槽管的强化传热效果。模拟计算螺旋槽管蓄热器不同槽纹节距和槽深等结构参数对蓄热器蓄热过程的影响,并对其影响规律进行了分析。结果表明,螺旋槽管代替光滑管用于太阳能相变蓄热器,可有效提高相变蓄热过程中的对流换热强度和传热能力,缩短蓄热时间,在模拟范围内,得到的最佳螺旋槽管结构参数为节距p=7 mm,槽深e=0.4 mm。螺旋槽管传热性能良好,对其深入研究有望进一步改进相变蓄热器的设计方案。     

基于FPGA数字系统设计的速度优化方法研究

讨论了基于FPGA进行数字系统设计过程中的速度优化方法.研究了流水线法、降低时滞法和关键路径优化法,对具体实例进行了VHDL编程并比较优化前后的RTL电路结构.结果表明,上述方法均可以有效提高数字系统的速度.     

单组分体系质量交换网络和换热网络同步综合

为实现单组份体系质量交换网络(mass exchanger network,MEN)和换热网络(heat exchanger network,HEN)同步综合,提出一种新的综合方法,并针对过程系统中质量交换网络和换热网络耦合关系强、连接参数(传质温度)作为优化变量在两网络同步优化时难度大的问题提出了解决方案。采用质量夹点法综合质量交换网络、虚拟温焓图法综合换热网络来构造总网络数学模型,并通过提出连接参数与总网络同时优化的策略,实现质量和换热总网络(com-bined mass and heat exchanger network,CM&HEN)全局同步优化。采用实例对所提方法进行验证,结果表明:该方法所需的年度总费用更低,说明该方法不仅能够实现同步综合,而且能获得更优解。     

An equation of entransy transfer and its application

Entransy is a physical quantity describing heat transfer ability, and heat transfer is accompanied by entransy transfer. Thermal energy is conserved in its transfer process, while entransy is dissipated because of the irreversibility of its transfer process. As a result, entransy transfer must have its rules which are different from those of thermal energy transfer. Based on the definition of entransy, an entransy transfer equation is derived, which describes the entransy transfer processes of a multi-component viscous fluid subject to heat transfer by conduction and convection, mass diffusion and chemical reactions. The expressions of entransy flux and entransy dissipation are obtained simultaneously, and their physical mechanism is clarified. And further, the theory and method of optimizing heat transfer applying the entransy transfer equation to the steady-state convection heat transfer process are expounded. The minimum thermal resistance principle and the entransy dissipation extremum principle are obtained by applying the steady-state entransy transfer equation to the steady-state convection heat transfer process. The cases of the single-component steady-state convection heat transfer and the steady-state heat conduction show the application of the theory and method.     

含相变储热的喷射式热泵系统模拟与优化研究

为了实现热电解耦,有效提高可再生能源利用率,将相变储热技术应用于热泵系统中,构建含相变储热罐的跨临界CO2喷射式热泵系统。首先,建立储热装置的数学模型,采用Modelica非因果建模语言在Dymola平台对系统储热过程进行模拟,获得相变储热罐的温度分布、瞬时储热量、系统COP等储热特性。同时对比了常规储热水箱、PCM储热罐与PCM-水多级储热罐的理想储热量、设备体积、储热性能等,详细分析相变储热热泵系统的优势,为促进其实际应用提供参考。此外,提出基于模型的单目标与多目标优化策略,采用遗传算法对系统的性能进行优化,得到最优设计参数和运行参数,与优化前相比储热过程的系统COP提高了28.73％,有利于系统的高效运行,为改进和优化系统性能提供了依据。     

合成革干法生产线天然气供热系统的分析

合成革是人们日常生活不可或缺的一种重要材料,但传统的基于燃煤导热油为热源的合成革生产过程是一个高耗能、重污染过程,对合成革生产线供热系统的“煤改气”是合成革行业实现低碳环保的重要环节。为使合成革生产线“煤改气”达到既环保又经济可行的目的,需要进行合成革生产线供热系统的传热传质及耗能分析。为此,本文基于热力学第一、第二定律,建立了适用于天然气末端供热系统的火用损分析理论模型,进行了合成革生产线天然气供热系统热力参数的实测工作,利用所建理论模型分析计算了实际干法生产线供热系统的火用损率。结果表明供热系统的火用损主要集中于天然气燃烧、烟气混合传热、过流通道的沿程阻力和尾气排放四个方面。通过改进燃烧器结构、改善换热方式、优化风道风排结构以及利用尾气预热燃烧器助燃空气等措施,可有效降低供热系统的火用损,提高能源的利用效率。     

Hamilton-Jacobi-Bellman equations and dynamic programming for power-optimization of a multistage heat engine system with generalized convective heat transfer law

A multistage endoreversible Carnot heat engine system operating between a finite thermal capacity high-temperature fluid reservoir and an infinite thermal capacity low-temperature environment with generalized convective heat transfer law [q∝(ΔT) m ] is investigated in this paper.Optimal control theory is applied to derive the continuous Hamilton-Jacobi-Bellman (HJB) equations,which determine the optimal fluid temperature configurations for maximum power output under the conditions of fixed initial time and fixed initial temperature of the driving fluid.Based on the universal optimization results,the analytical solution for the Newtonian heat transfer law (m=1) is also obtained.Since there are no analytical solutions for the other heat transfer laws (m≠1),the continuous HJB equations are discretized and dynamic programming algorithm is performed to obtain the complete numerical solutions of the optimization problem.The relationships among the maximum power output of the system,the process period and the fluid temperature are discussed in detail.The results obtained provide some theoretical guidelines for the optimal design and operation of practical energy conversion systems.