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.     

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 .     

新型热机改变内部热容发现新的热动力原理

新型理想热机是在卡诺热机的内部增加了固体物质的热机,因此可以随意改变卡诺热机的内部热容,对它的循环工作进行分析发现最高理想工作效率大于η,此逻辑推理证明卡诺定理逻辑上不成立。经过对比分析新型热机和卡诺热机相同的循环工作过程,所不同的是新型热机在循环工作中同时利用热机内部固体物质的物理性质如热胀冷缩等对外做功。这时,它在理论上不仅把热量转化为功输出,同时产生消除熵的效应。分析首次发现了自然界还存在一个热动力原理。     

谐振子系统量子热机循环性能

建立一种不可逆谐振子系统量子热机循环模型, 基于Heisenberg表象算符运动方程和半群分析法, 获得了谐振子系统中热力学第一定律和循环的时间演化公式. 推导出量子热机循环的输出功、效率、输出功率和熵产率等重要性能参数的一般表达式. 通过数值解, 得到了在最大输出功率的条件下, 热机循环中各主要性能参数的最佳优化值和优化区间. 最后, 简要地讨论了诸如无摩擦、高温等特殊情况下循环的性能特征.     

不可逆狄塞尔热机输出功、效率及其参数优化

建立不可逆狄塞尔热机循环新模型。探索不可逆绝热过程对热机循环性能的影响，应用有限时间热力学方法．导出了输出功和效率与压力比、高低温比间的解析表式．揭示了这些重要热力学参量问的变化特性．研究结果表明，随着绝热不可逆程度的增大，输出功及效率均明显减小；输出功和效率随压力比的变化在一定范围内存在极大值．而输出功随高低温比的增大而单调增大．通过数值计算，还讨论了包括热机压力比、输出功和效率等优化工作区域及其界限、所得结论可为一类内燃机的最佳运行条件和优化设计提供理论参考．     

二热源热机的统一描述

应用有限时间热力学理论,对一类二热源热机作了统一的描述,导出以理想气体为工质的二热源热机的输出功率与效率间的优化关系,并讨论了回热损失和回热时间对输出功率和效率的影响．所得结果具有普遍意义,可为斯特林热机、埃里克森热机等一类二热源机的优化设计和最佳工作参数的选择提供些新理论指导     

热机不可逆热力循环新析

在分析实际发动机工作过程的基础上,利用有限时间热力学理论方法,建立了一种新的不可逆热机热力循环模型.根据建立的模型推导出了热机功率、效率及其相互关系的解析表达式,并进行了计算和讨论.该模型包括了内可逆热力循环模型和考虑摩擦、热漏、内部耗散等不可逆因素时的热力循环模型,模型所反映的热机功率--效率特性变化规律与已经收集到的实际热机功率--效率特性曲线相吻合,与实际发动机工作过程相一致.结果表明:建立的模型比较简洁、全面地反映了热机实际工作过程,更具有普遍性.     

循环过程的教学探讨

循环过程是一个重要的热力学基本过程.本文旨在探讨循环过程的教学及其在热力学理论和热机循环上的应用.     

太阳能斯特林热机循环热损失及热效率数值分析

基于实用施密特循环理论,在考虑流动阻力损失的基础上,建立太阳能斯特林热机的循环热损失及热效率数学模型.运用碟式太阳能斯特林热机的一个实例,着重分析了太阳能斯特林热机的各种热损失及热效率.研究结果表明：在各种热损失中,导热损失和穿梭传热损失所占的幅度相对较大,其中导热损失最显著.各种热损失与太阳能斯特林发动机的多种结构参数和设计性能参数密切相关,增加加热管内壁的温度,降低转速值可提高循环热效率.当热腔的温度大于750 K时,太阳能斯特林热机的循环热效率值将在卡诺效率值的65%~80%之间浮动.     

热声热机中液相工质的选择与计算

分析了热声热机中使用的液相工质的选择方法,研究了适合于热声热机 液相工质的热力学性质和热物理性质的计算方法,并对液相工质R218进行了数值计算,计算结果已有的实验结果相符合,计算方法和结果具有令人满意的精度,研究结果可用于低品位热源如太阳能驱动的热声热机的研究与开发。     

关于有限时间热力学的介绍

如何在热力学教学中介绍新的研究成果和动向是热力学研究的一个重要方面。不久前,有人对热机循环的教学內容做了一点变革,在讲过可逆卡诺循环后,指山该循环与实际情况的距离,然后在课堂教学中介绍一种只考虑热传导不可逆性的C—A循环,讨论该循环处于最大功率输出时的效率,并把关于该循环的最优化论证列入课外阅读材料。这种安排在     

混合热阻条件下广义热机的最优构型及其性能

研究了有限热源条件下工质与热源间传热规律服从混合热阻形式时热机的有限时间热力学性能，讨论了循环的最优构型及最优功率与效率间的优化关系，所得结果对实际热机的设计工作具有一定的指导作用。     

dRGT质量引力的黑洞的全息热机效率

全息热机的概念被提出后受到了广泛关注,以dRGT (de rham-gabadadze-tolley)质量引力下黑洞为工质构造全息热机,并对其卡诺循环和矩形循环的效率进行研究.发现卡诺循环的效率由高低温2个热源的温度决定,并且此热机的矩形循环效率与Johnson提出的效率公式形式相符.为探究电荷对热机循环效率的影响,通...     

具有新的溶液循环双吸收式热变换器(火用)分析

依据溴化锂溶液的热力学性质和热力学第二定律,对具有一种新的溶液循环的双吸收式热变换器的热力过程进行了(火用)分析. 结果表明:与普通循环相比,新的溶液循环不仅具有更高的性能系数和(火用)效率,而且吸收蒸发器具有更宽的操作范围. 当热源温度、冷凝温度和吸收器的温度分别为70、25和150 ℃时, 普通循环的(火用)效率是56.2%, 而新循环的(火用)效率是65.7%. 当在吸收蒸发器和再生器之间增加第二溶液热交换器时,新循环的(火用)效率可以达到 69.6% ,而且吸收蒸发器的操作范围进一步增加. 同时也讨论了其他操作参数对系统(火用)效率的影响.     

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.     

非同型热机的非线性响应关系及其最大功率对应的效率?

现有的典型热机模型均表现出同型性:对于循环热机而言,热机的工质与高温热库和低温热库之间的热交换规律具有相同的函数形式;对于自治热机来说,正向速率流和逆向速率流遵从相同的函数形式满足这类条件的热机被称为同型热机.本文提出非同型热机的概念,着重研究非同型循环热机,即热机的工质与高温热库和低温热库之间的热交换规律具有不同的函数形式,并导出这类热机的非线性响应关系:J_m=LA[1+ΛλA-δ(1+λ~2)/2A]+O(A~3),其中J_m和A分别是热机的机械流和亲合力,L和Λ与一阶和二阶昂萨格系数相关,λ和δ分别代表热机的非对称度和非同型度.本文导出非同型循环热机最大功率对应的效率为ηmaxP=ηC/2+η~2/8+2λ(1-Λβξ)+δ(1+λ~2)βξ/16η_C~2+O(η_C~3),其中ηC代表卡诺效率,β是加权逆温度,ξ是流过热机的热流的特征能量.由此可见,最大功率时热机取普适效率(ηC/2+η_C~2/8)的充要条件为2λ(1-Λβξ)+δ(1+λ~2)βξ=0.这表明非同型循环热机不满足现有文献中热机最大功率对应效率存在普适性的充分条件.     

实际热声微热力学循环利润率分析

建立实际不可逆热声微循环模型,考虑输出声功率和热效率之间的综合协调作用,以利润率为经济协调参数,导出热机的最佳工况位置,研究热漏、不可逆因子以及压力振荡幅值等对热声微循环性能的影响.结果表明:降低热漏损失和不可逆因子,可以改善热声微循环经济性能;当压力振荡幅值在0. 092处利润率取得极大值,该处对应实际热机功率和效率的最佳匹配;此外,循环的p-V相位差越小且接近1. 6时,热机的经济协调效果越好.     

不可逆谐振子卡诺热机生态学优化

建立了以无相互作用谐振子系统为工质,包含热阻、内不可逆性和热漏的不可逆量子卡诺热机模型．基于开放系统量子主方程和量子半群方法,得到了该量子热机循环的输出功率、效率、焖损失率和生态学函数等重要性能参数的一般表达式,给出了数值算例．在经典极限下,利用数值计算得到了热机循环最优生态学性能,分析了内不可逆性和热漏对热机生态学性能的影响特点,并比较分析了最大生态学函数和最大输出功率两种目标下的热机最优性能．     

《热力学与统计物理》教材体系的探讨

导言热力学和统计物理学都是关于物体内部热运动的理论,它们的任务都是揭示热运动的规律及其对物体各方面性质的影响的。热力学是宏观唯象理论,建立在经验与实验的基础上,具有简明可靠的特点,有很大的普适性;统计物理学是微观的几率理论,能更深刻地揭示热现象的本质、两者既有统一的一面,又有明显的区别。传统的理论体系是把它们各自独立的自成系统,教材也是分开的。近年来,国外有部分教材采取了统一的形式,试图把热力学宏观理论与统计理论有机地结合起来。     

S=klogW——墓碑上的公式

热力学乃是热现象的宏观理论，探讨温度、能量、熵等宏观物理量之间的基本规律。热力学理论以实验事实为依据，所涉及的都是宏观的物理量，因而具有广泛的普适性和高度的可靠性，这是热力学理论的优点所在；但由于它不过问物质的微观结构和微观粒子的运动状态，显然足不完全的。