线性唯象传热定律下Otto循环热机活塞运动最优路径

以存在热漏、摩擦等内、外不可逆性的Otto循环热机为研究对象,考虑工质与环境之间传热服从线性唯象传热规律[q∝Δ（T^-1）],给定循环总时间和耗油量,以循环输出功最大为目标对整个循环活塞运动的最优路径进行了研究.利用最优控制理论得出了无加速度约束与限制加速度时对应于循环最大输出功时各冲程活塞最优运动规律及循环总时间的最优分配.限制加速度时各个冲程活塞运动最优构型均由三段构成,且均包含一个初始最大加速段和一个末端最大减速段.给出了最优构型的数值算例,并与牛顿传热定律[q∝Δ（T^-1）]下的最优构型进行了比较.计算结果表明优化活塞运动规律后可使热机功率和效率提高9%以上,主要是通过减少功率冲程初始段的热漏损失实现的.     

海基合成燃油系统关键单元的热力学分析与优化研究进展

本文在简要回顾化学反应过程有限时间热力学研究的基础上,从海基合成燃油系统的碳、氢源捕获子系统各单元(包括电化学海水酸化单元,酸化海水CO2捕集单元,氢气(H2)获取单元)、燃料催化合成子系统各单元(包括"长链烃裂解"合成燃油技术路径中逆水气变换单元反应器、费托合成单元反应器,"短链烃聚合"合成燃油技术路径中CO2氢化合...     

液-固相变过程(火积)耗散最小化

对一类简单一维平板液-固相变过程进行了研究,在过程总时间一定的条件下,以过程的(火积)耗散最小为优化目标,应用最优控制理论导出了外界热源温度随时间变化的最优规律,得出了对应于相变过程耗散最小最优换热策略下的(火积)耗散为恒温换热策略下的(火积)耗散的8/9,且与系统其它参数无关的结论.给出了数值算例,并与传统的恒温换热策略和熵产生最小最优换热策略进行了比较.本文研究结果对实际液-固相变过程最优换热策略的选取具有一定的理论指导作用.     

回热型S-CO2布雷顿循环的㶲效率分析与优化

回热型超临界二氧化碳布雷顿循环在燃气轮机余热回收利用领域具有较大的发展和应用潜力,对其开展性能分析与优化具有重要意义。文中应用有限时间热力学理论,建立了变温热源条件下存在有限温差传热、不可逆压缩、不可逆膨胀等不可逆因素的回热型超临界二氧化碳布雷顿循环模型,分析了工质质量流率、压缩机与透平效率、总热导率对循环■效率与循环压比特性关系的影响,然后在总热导率一定的条件下以■效率最大为目标,对加热器、冷却器和回热器的热导率分配比以及循环压比、工质质量流率进行优化。结果表明：在文中取值范围内,经优化后的■效率可比初始设计点提高37.96%。文中还给出了不同工质质量流率下■效率达到最大时所对应的设计参数。     

换热器火积散最小优化

对一类高低温两侧流体之间传热服从牛顿定律[q∝Δ(T)]的两股流换热器进行了研究, 在传热量一定的条件下, 以 耗散最小为优化目标, 利用最优控制理论求出了换热器参数的最优分布, 得出了对应于换热过程 耗散最小时的热流密度为常数的结论. 分析比较了逆流、顺流、凝结流三种形式的换热器, 结果表明采用逆流式换热器可实现换热过程耗散最小. 给出了数值算例, 并与以熵产生最小为目标的优化结果进行了比较.     

线性唯象传热条件下甲烷蒸汽重整反应器熵产生最小化

针对一类传热、流动与化学反应相耦合的管式活塞流甲烷蒸汽重整反应器,考虑转化管外热源与管内反应物间传热服从线性唯象传热定律[q∝Δ(T~(1))],在氢气产率、进口压力、进口总摩尔流率、惰性气体(N_2)摩尔流率均给定及外界热源温度完全可控的条件下,以传热、流动、化学反应过程的总熵产生率最小为目标,应用有限时间热力学理论和方法,借助非线性规划数值方法求解了过程最小熵产生率及相应外界热源温度沿程最优分布规律,并与热源温度恒定、热源温度线性变化两种传热策略下的参考反应器以及牛顿传热定律[q∝Δ(T)]下熵产生最小最优反应器进行了比较.结果表明,与两类参考反应器相比,优化热源温度分布规律后可使反应器总熵产生率降低58%以上,主要是通过降低传热过程熵产生率实现的;采用较短的反应器可较好地实现预定生产目标;对于熵产生最小时的过程最优路径,存在恒定的热驱动力或恒定的化学驱动力中间段区域;传热规律对过程熵产生最小时热源与反应混合物温度最优构型有显著影响.     

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.     

广义流传递过程的广义耗散最小化

广义热力学优化理论研究的重要内容之一是追求优化结果的普适性.本文首先在回顾现有文献关于传热、传质、电容器充电、经济贸易过程等不可逆过程动态优化研究工作的基础上,基于广义热力学优化理论的研究思路,通过定义广义势、广义力、广义流、广义势容、广义耗散、广义耗散力等物理量,建立了一类广义流传递过程的广义热力学物理模型,形成了相应的动态优化问题,即在广义流守恒方程约束下求解广义流传递过程广义耗散最小化.然后,分别应用欧拉-拉格朗日方程和平均最优控制理论导出了普适的优化结果即最优性条件,并基于普适的优化结果得到了一些新结论.接着,进一步讨论了上述研究结果和结论在换热过程、等温节流、单向等温传质、双向等温传质、等温结晶过程、电容器充电过程、经济贸易过程等特例中的应用.最后,提出了不可逆过程"广义热力学动态优化"的研究思想.本文的研究结果丰富和完善了广义热力学优化理论.     

一类单向等温传质过程积耗散最小化

对一类服从菲克扩散传质定律[g∝△ （c）]的单向等温传质过程进行了研究,首先从质量积的定义式出发,导出反映该传质过程质量传递能力损失不可逆性的积耗散函数,然后应用最优控制理论获得了对应于传质过程积耗散最小时的高、低浓度侧关键组分浓度的沿程最优分布,并与熵产生最小、传质流率一定（浓度之差为常数）和浓度之比为常数（化学势之差为常数）等传质策略进行了比较.结果表明对应于积耗散最小时的最优传质策略为高、低浓度侧关键组分浓度之差的平方与低浓度侧惰性成分浓度的乘积为常数,而对应于熵产生最小时高、低浓度侧关键组分的浓度之差的平方与低浓度侧关键组分浓度之比为常数;当传质过程不涉及能量转换时,优化准则应为积耗散最小,浓度之差为常数的传质策略要优于浓度之比为常数的传质策略.本文的研究结果对于实际传质过程最优设计与运行具有一定的理论指导意义.     

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．