能量转换量子系统的热力学特性及其研究进展

量子物理是理解微观粒子运动规律的现代物理学理论.它与信息、生命以及化学等学科相互联系日益紧密,引发了许多新技术革命,深刻影响着人类的生活,已成为社会经济发展的原动力之一.当前,量子物理和能源科学结合,正在产生新的学科生长点.本文主要概述多种类型能量转换量子系统的发展;结合国内外的研究现状,系统地阐明如何应用热力学理论研究量子体系的能量操控以及微观器件的优化设计;总结量子热力学循环、能量选择量子电子器件、量子点热管理器件等在理论和实验方面研究的代表性成果和进展;展望量子物理与能源科学交叉领域发展的新方向.     

CO2/DME混合工质在水平管内对流换热的数值研究

采用CO2/DME（二甲醚）混合流体作为传热工质,建立了其在水平管内的物理模型和控制方程,对其换热和流动特性进行了数值研究.通过数值计算,得到了混合工质在管内的速度和温度分布规律,比较了雷诺数和DME质量分数对混合工质传热的影响.研究发现影响CO2/DME混合工质传热特性的主要控制因素为流体的热物理特性.分析表明CO2/DME混合工质在水平管内具有良好的换热特性：在雷诺数2 300的工况下,CO2/DME（70/30）混合流体可以有效提高换热效率20%;工质在管内受到的流动阻力随着雷诺数的增大而减小,随着DME质量分数的增大而增大.     

RKS方程计算制冷工质的热力学性质的应用

对RKS方程在计算制冷工质的热物理性质方面的应用进行了研究，并用余函数法计算了焓和熵的值，用VB语言编写了计算程序，分别计算了R22和R134a的热力学数据。将所得的结果与某制冷剂物性计算软件的计算结果进行了比较，误差在允许范围内。     

混合工质成分对自复叠冷冻干燥装置降温速率的影响

首次对以精馏型自复叠制冷系统为冷源的冷冻干燥装置降温过程进行了准稳态数值模拟,发现在混合工质成分和循环压比给定时,循环单位容积制冷量随压力位变化有峰值存在,具有与纯工质循环不同的特征.通过定成分和变成分下循环制冷量的优化,深入分析了混合工质成分对降温过程中各温度位循环制冷量的影响规律,从而可以为各种不同降温速率要求的冻结工艺设计混合工质的成分,为冻结工艺所要求的降温速率控制提供便利.借助于总单位温降时间和单位温降时间两个新概念,对物品热容量与搁板蒸发器热容量相比很小时的特例进行了深入分析.设计和制作了一台以精馏型自复叠制冷系统为冷源的冷冻干燥装置,实现了-60～-80℃温区的稳定运行,实验结果初步验证了理论分析所得到的结论.     

几种低沸点工质余热发电系统的热力性能比较

基于低品位余热的有机朗肯循环(ORC)发电系统,以某工业装置排出的流量为3×105 m3/h、温度为120 ℃的低温烟气为研究对象,针对几种高温有机工质,分析工质流量以及汽轮机膨胀比对系统性能的影响.研究结果表明:当工质流量小于15 kg/s时,汽轮机及循环热效率随着工质流量增大而迅速提高;但当工质流量超过15 kg/s时,汽轮机效率及热效率变化不大;工质的沸点越大,汽轮机内效率越高;随着汽轮机膨胀比的增加,系统所需的质量流量减小,而系统的热效率及效率提高;当工质流量或吸热量相同时,几种工质中R123的循环热效率最高,输出功率最大,是系统工质的较好选择.     

双储液器环路热管工作不稳定性实验分析

对双储液器环路热管运行中出现的温度迟滞、倒流及温度波动等不稳定现象进行了描述和解释.实验发现,在热载荷递增和递减循环实验中,双储液器环路热管在可变热导区内的工作温度并不一致,功率递减时的工作温度偏低;姿态对出现温度迟滞现象的热载荷范围有一定影响;热载荷变化幅度对温度迟滞的影响并不大.倒流现象不仅发生在蒸气槽道充满液体的小热载荷启动过程,蒸气槽道存在蒸气的小热载荷启动过程中也可能发生工质倒流;工质倒流的原因主要是芯内蒸发或者蒸气瞬间穿透毛细芯,使得芯内压力高于芯外压力.温度波动现象可能发生在小热载荷启动或者较大热载荷的亚稳态运行过程中,尤其当有液体引管穿过的储液器位于蒸发器上方时,温度波动发生的几率较大.     

微胶囊流体脉动热管的热输送特性

本文采用外径为2.5mm，内径为1.3mm的铜管，做成四环脉动热管，在不同工质（3％的FS-39E型微胶囊流体、乙醇、水、）、不同充液率（40％～80％）的条件下进行对比实验，探讨了工质和充液率对脉动热管热输送性能的影响。结果发现：与乙醇、水对比，微胶囊流体具有较宽的工作范围，尤其在高充液率的条件下，表现出良好的启动性能和热输送性能。     

水源热泵稳态性能的模拟计算与分析

在分析混合工质水源热泵的传热传质以及各参数间的相互耦合关系基础上,建立了水源热泵的稳态模型,通过对工质R22和R22/R142b进行定工况的稳态模拟,得出了其循环性能随工况变化的规律,证明混合工质的节能理论,显示出混合工质在工质替代方面的优越性,为替代工质的性能研究提供了一种理论分析方法.     

氟系替代工质R407C和R410A与R22在复合冷凝系统中的热力学特性对比研究

目前复合冷凝技术已经形成了行业标准,替代制冷剂在复合冷凝系统中的应用特性研究是一种趋势。有限时间热力学方法和分析方法和SIMULINK软件被引入建立氟系替代制冷剂R407C和R410A在复合冷凝系统的仿真模型,其对象为风冷热泵复合冷凝过程。氟系替代制冷剂R407C和R410A在复合冷凝系统中的热力学特性被模拟,并与原R22系统的性能做了对比。结果表明:R410A复合冷凝系统卫生热水水温上升速度比R22系统快,20 min时上升到约60℃,而R407C复合冷凝系统卫生热水上升速度比R22复合冷凝系统慢,约需50 min水温达到47℃左右。系统效率随用户要求的卫生热水水温温度升高而降低。R410A复合冷凝系统比R22复合冷凝系统略高3%～5%,而R407C复合冷凝系统比R22复合冷凝系统略低。     

以(火用)分析法比较制冷工质的流动换热性能

借助于控制体热平衡和熵平衡导出换热过程火用损失率方程 ,利用换热过程的火用损失率方程得到了 3种天然制冷工质 (氨、二氧化碳、丙烷 )和常用卤代烃制冷工质在不同换热方式下的综合特性 ,并在相同换热模式下进行分析比较 .结果表明 ,上述几种天然工质 (尤其是氨 )其流动与传热的综合性能优于R2 2 ,R5 0 0和R114等几种常用的卤代烃工质