——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.     

耗散极值原理的电热模拟实验研究

建立了具有32×16节点电阻的电热模拟装置.每个节点的4个电阻可以通过并联低阻值电阻模拟在基材中填充高导热材料.实验表明,使导热性能最优的高导热材料分布与数值模拟结果相一致,从而进一步验证了导热优化的(火积)耗散极值(最小热阻)原理.实验还证明在一般情况下导热过程的优化不宜采用最小熵产原理,因为后者属于热力学优化原理,适用于热功转换过程的优化.     

基于(火积)耗散原理的中介水热容量优化研究

基于火积耗散优化原理,以换热器组的火积耗散最小为优化目标,对具有相变的换热器组的中介流体的热容量进行优化研究.算例显示相对换热量随中介水热容量和热导率分配比的增加而先增大后减小,存在换热量极大值;同时当量热阻随中介水热容量和热导率分配比的增加而先减小后增大,存在当量热阻极小值,极值点所对应的热容量和热导率分配为最佳结果.     

火积理论在高炉冷却壁性能评价中的应用

基于火积理论分析得出了高炉冷却壁的火积平衡方程式以及冷却壁中的火积耗散.在此基础上定义了高炉冷却壁的热阻.根据最小热阻原理,提出用高炉冷却壁的热阻来评价其传热性能的优劣的观点,通过实例说明了高炉冷却壁热阻的计算方法,比较了不同冷却水管间距下冷却壁热面最高温度及热阻之间的关系.结果表明,随着冷却水管间距的改变,冷却壁热阻与热面最高温度有相同的变化趋势.在一定的边界条件下,高炉冷却壁的热阻可以评价其传热性能的优劣.     

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．     

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,提出了基于煨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.     

工艺条件下(1+n)多股流一维传热组织原则优化

在满足多股流换热工艺要求的前提下,分析了一股冷流与多股热流(或者一股热流与多股冷流换热)形成的(1+n)多股流换热过程的最佳组织原则.通过泛函数法,在给定火积耗散条件下求解所需最小换热面积.结果表明:换热工艺条件下,换热过程中保持换热系数的开平方与换热温差的乘积均匀时,(1+n)多股流换热过程最优,所需换热面积最小,而温差场均匀性原则并不是换热器设计的最佳原则.     

基于[火用]方法的空调冷热源系统优化决策

结合[火用]方法和热经济学原理建立了空调冷热源系统的火用分析模型，阐述了产品[火用]成本是评价冷热源系统方案优劣的关键因素．采用多目标模糊决策方法，综合考虑了单位产品[火用]成本、初投资、技术先进性、安装面积、运行安全可靠性、维护管理难易程度和环保性等多种影响因素，基于[火用]方法的冷热源优化决策算法．通过应用实例，说明了此新优化决策算法相比工程中传统决策方法，可靠性更高，使各决策方案间优劣区分度更加明显．     

综合考虑传热、流动与投资的换热器性能优化

在给定换热器传热量下导出使投资费用最少的换热表面的最佳匹配准则和使流动传热过程火用损失率最小（即反映运行费用最省）的换热性能最佳配比准则，并利用两准则间的相关性对换热器进行综合性能优化，从而获得最佳的结构参数、性能参数和运行参数．为显示优化方法过程，以圆形肋片管换热器为例进行具体的性能优化，经数值迭代最终获得最佳参数     

能量网络的传递规律与网络方程

为实现多种类型能源的综合利用,在深入探讨能量本质的基础上,建立了能量网络的基本理论。首先定义了由多条能量传递线(管)路相互连接形成的能量网络,传递不同形式能量的子网通过能量转换器(包括泵、换热器等)互相耦合。然后从能量在空间的普遍化传递方程出发,推导出能量在线(管)路中的普遍化传递方程,并深入分析了能量和火用在线(管)路中传递的变化规律。根据所提方法对电能、热能和压能实际传递过程的分析结果与传统方法相同,证明了其正确性。为建立能量网络方程,将电网络理论中的基尔霍夫定律推广至适合于能量网络建模的广义基尔霍夫定律,然后以能量(火用)在线(管)路中的传递特性方程为基础,推导出普遍化的集中参数等效传递方程,再将所得到的方程统一为能量网络方程组并论证了其可解性。通过对一个由电网络和流体网络组成的简单能量网络的实例计算结果表明,如果用户所需热量恒定不变,当电网络和流体网络分别向用户提供热量的比值不同时,该能量网络会有不同的能耗和火用损,而能耗与火用损并不成正比,因此需要寻求最优的比值,由此证明了所提模型和方法的有效性。比研究可为能量网络的建模、分析、运行与规划奠定了基础。     

基于耗散极值原理的渐进结构成长方法

目前的传热通道设计普遍使用的是传统密度法,密度法有一个不被大家重视的问题就是伪密度问题.因为使用伪密度,每一个单元导热系数都不是真实存在的,当将这些单元筛选后,和真实值存在差异.针对此问题提出了基于火积耗散极值原理的渐进结构优化方法,通过比较分析,采用以生长为主退化为辅的策略,整体火积耗散在3个不同算例下比密度法筛选后的结果分别小了14%,24%,9%,即先生长后退化的双向渐进结构优化方法在真实情况下是一种比传统密度法更优秀的优化方法.     

（火积）损失极值原理在热源塔热泵系统优化运行中的应用

为优化热源塔热泵系统的运行,基于火积理论,提出热源塔热泵系统火积损失极值原理,并构建热源塔热泵系统火积损失模型。通过模拟和实验分别研究在定系统供热量和定系统输入功率时,系统在不同运行工况下的火积损失率,得出系统的最优运行工况。研究结果表明:系统火积损失率实验值与模拟值的相对误差不超过9.8%,表明系统火积损失模型具有较高的精度;当系统供热量为4 k W时,最优运行工况为压缩机频率51 Hz,热水流量0.5 kg/s,溶液流量0.6 kg/s,风量1.4 kg/s,此时系统火积损失率最大,系统输入功率最小,系统效率最高;当系统输入功率为2 k W时,最优运行工况为压缩机频率72 Hz,热水流量0.4 kg/s,溶液流量0.5 kg/s,风量1.6 kg/s,系统火积损失率最小,系统供热量最大,系统效率最高。     

矩阵Kronecker积的广义逆

本文在[1]给出的广义逆矩阵定义，Kronecker积定义与基本性质的基础上，给出两矩阵Kronecker积的广义逆公式。作为此公式的一个应用，介绍如何将一个矩阵方程优化为向量方程，并证明其合理性。     

流过管束的流动换热与结构的综合性能评价

对于流过管束的流动换热过程以给定换热结构使换热量最大为条件导出经济结构尺寸与换热参数间的关系式,并借助于换热准则关系得出其与流动参数间的关系式;进而以过程中相对炯损失率最小为条件导出该流动换热过程最佳流动参数的表达式．联立上述两个关系式就可得出使过程的结构尺寸、流动特征与换热性能间综合优化的最佳管排与给定热流和管径间的关系式,以此作为性能分析与评估的判据,这里以流过叉排管束为例进行综合性能的分析与评价,     

变压器防腐涂层导热性能提升技术研究

 以水性环氧富锌涂层为研究对象,通过向其中添加石墨烯、碳纳米管、碳纳米角和超细石墨粉混合物来改性变压器防腐涂层导热性能。通过瞬态板式热源法、红外热像仪、热阻测试仪和扫描电子显微镜对传统溶剂型涂层、水性环氧富锌涂层以及改性高导热涂层的导热性能和微观结构进行了分析。结果显示改性高导热涂层的热阻最小（2.51℃/W）,导热系数最高（1.3450 W/（m·K））,表明其导热性能明显优于传统溶剂型涂层（4.57℃/W）和水性环氧富锌涂层（4.28℃/W）。改性高导热涂料导热性能的提高主要与其导热方式的优化和涂层致密性的提高有关。传统溶剂型涂料主要以声子形式进行热量传递。向水性环氧富锌涂料加入高导热填料后,一方面形成了以弹道-扩散的方式进行热量传递方式;另一方面添加的高导热物质在涂层中填充在孔隙和裂纹位置处,很大程度上提高了涂层的致密度,构建了变压器金属和外部环境的热量传递通道,因而使得涂料导热性能得到了显著提高。变压器温升模拟实验表明研制的新型高导热环保涂层可降低变压器油顶层温升1.67 K。     

基于NSGA-Ⅱ的层间隔震体系参数优化与能量响应分析

基于层间隔震体系两质点简化模型,建立了以基底剪力最小为优化目标的参数优化方法,采用NSGA-Ⅱ优化得到层间隔震体系在不同质量比下的最优频率比和最优阻尼比;建立了体系的能量和功率方程,从能量和功率角度分别分析了不同质量比下的层间隔震结构最优参数模型能量的传递、耗散和转化关系以及机理表现。     

基于密度法的热传导结构拓扑优化准则算法

热传导结构优化设计研究主要集中在形状及尺寸优化方面，这类方法由于结构初始估计构形带有经验性，通常并不是结构的最优拓扑，使设计具有局限性；为了有效求解热传导结构的最优拓扑，将结构力学中成熟的拓扑优化思想及其方法拓展到热传导结构的拓扑优化设计中，同时以最小热量传递势容耗散为优化目标，基于密度法建立热传导结构拓扑优化设计数学模型，并推导相应的优化准则；计算过程中应用基于卷积的滤波技术处理迭代密度场，消除数值计算不稳定性；不同条件下的数值算例验证了本文思想和算法的正确性、有效性，所得拓扑优化结果为后继的形状和尺寸优化提供了可靠的依据．     

氯化铵回收的三效降膜蒸发系统的(火用)分析

利用黑箱和灰箱模型对氯化铵回收三效降膜蒸发系统进行了[火用]分析，找到了系统[火用]损的关键，即二次蒸汽的消耗引起的外部[火用]损．对各效蒸发器采用白箱模型，分析了蒸发器[火用]损的主要环节，结果表明，对于一、二、三效蒸发器，传热温差引起的[火用]损率分别为77．64％、68．59％和75．87％，降低传热温差引起的[火用]损是提高蒸发系统效率的主要途径．由于浓缩热引起的[火用]损也是不容忽视的，应提高系统的真空度，采用低温蒸发路线．     

方管内混合对流与管壁导热耦合换热的数值模拟

针对方管内空气混合对流时的流固耦合换热问题,提出将壁面导热作为边界条件进行处理的壁面导热与流动耦合简化计算方法,推导了计算公式,并采用SIMPLER算法进行了数值模拟.算法忽略壁面沿厚度方向的导热,假设管壁温度沿轴向一维分布,采用热量平衡法建立边界单元的能量守恒方程,将固体区域的导热简化为流体区域的边界条件,以提高计算的精度和可靠性.计算结果表明,受二次流影响,沿通道周向热量从加热面同时沿顺时针和逆时针方向迅速向两边传递,各壁面最大温差小于0.5℃,在轴向归一化长度为2～4时壁面轴向导热热流密度出现最值.平均Nusselt数Num随Reynolds数Re及方管倾斜角度θ的增大而增大,最优倾角在-30°和0°之间变化,但当Re＞1 500时,Num随θ的变化近似保持不变.计算结果与实验数据吻合良好,最大偏差小于±28.7％.     

圆筒内层流对流换热的最佳速度场及工程应用

在粘性耗散一定的条件下,以热量传递势容耗散取得极值为优化目标,利用变分方法可以导出稳态层流对流换热的场协同方程.该文利用场协同方程,通过Fluent 6.0对含有均匀内热源、边界条件与实际搅拌器相近的圆筒内水的对流换热进行数值求解,得到了由多个涡构成的、规则合理的速度场分布.在粘性耗散和圆筒体积一定的条件下,最佳速度场会随着圆筒长径比的不同而发生变化,而且在某些条件下得到的优化流型与工业中搅拌器的常用流型十分相似.这些优化流型对搅拌器的选择和设计具有一定的辅助意义.