有限时间热力学——现代热力学理论的一个新分支

19世纪中叶,人们在了解热功相互转换规律、努力提高热机效率的同时,建立和发展了经典热力学理论。100多年来,热力学理论对人类科学技术的进步起了重要作用。其中最早的一个重要贡献(至今仍具有十分重要意义)就是卡诺定理,它确定了工作于T_H和T_L温度间的一切热机所能达到的效率界限。这个界限就是著名的卡诺效率     

不可逆热机的功率效率特性——以内热漏为例

EL-Wakil和Curzon-Ahlborn导出了内可逆卡诺热机的效率界限ηcA,严子浚导出了其最佳功率P、效率η关系(见图1中曲线1)。实际热机为不可逆循环,除热阻外,还存在其它很多不可逆性。一些文献采用一常系数项表征除热阻外的内不可逆性,得到不可逆热机的P-η关系(见图1中曲线2),本文研究表明,这种不可逆热机模型与实际热机特性不符。采用Bejan和Swanson的外热阻加内热漏不可逆定     

q∝△T~(-1)传热时卡诺热机的有限时间(火用)经济性能界限

考虑工作于T_H、T_L热源间的内可逆卡诺热机,设工质与高、低温热源间的传热系数为α、β,且传热服从q∝△T~(-1)规律。循环的利润率为     

卡诺热机中的能量损失

按经典热力学,可逆卡诺热机的热效率其中,T_H、T_L分别为高低温热源的温度。但要达到(1)式所表示的热效率,循环必须进行     

卡诺制冷机的最佳输出率

在制冷机的有限时间热力学理论中,应用(火用)概念和(火用)方法有助于对制冷机用能过程特点的深入了解.然而至今还用得甚少,有必要进一步提倡和开展研究.本文导出了工作于T_H和T_L(T_H>T_L)两温度热源间受热阻影响的内可逆卡诺制冷机的最佳(火用)输出率(?)与制冷系数ε间的关系为     

三源制冷循环有限时间经济性能界限和优化关系

考虑工作于T_H、T_L和T_0热源间的内可逆三热源制冷循环,设工质与热源间的传热系数为α,循环输入热量(火用)和输出冷量(火用)的价格分别为φ_1和φ_2,且有0<φ_1/φ_2<1,则用有限时间(火用)经济分析法可导出两种传热规律下的最佳利润率与制冷系数的关系和最大利润率时的     

η_c与η_m的差值

一.沪、、__,几13_,.:_、__.退盯式一了,爪一万·皿当呱_户”取上盯,·刁,0.’从(4.)式可见,按经典热力学,确多亲志7卷1期一79-源的温度之比很小时才不显著.从而可得结论:通常情况下,可逆热力学的界限对实际热机不能起很好的指导作用,而必须采用有限时间热力学的界限〔l~们. P仪1一2图1 从图1可清楚地看到,刀。与勺。的差别只有在叮。接近于1时,亦即低温热源与高温热η_c与η_m的差值@严子浚$厦门大学~~[1] Curzon F. L., Ahlborn B., Am. J. Phys., 43 (1975) 22 [2] Rubin M. H., Phys. Rev., A19 (1979) 1272 [3] Andrrsen …     

有限容积对热机工作参数选择的影响

文[1,2]讨论了热源间热机工作参数选择的有限时间热力学方法,为实际热机设计提供了新的理论依据。本文进一步讨论活塞式模型热机气缸容积有限时的工作参数选择,给出了相应的有限时间热力学准则。考虑一个在最大容积为V_(max)、最小容积为     

εR最大时卡诺制冷机的ε和R

在有限时间热力学的研究中,当讨论热机的最优化问题时,目前常用的目标函数有功率、效率、(火用)效率和熵产生等等。例如,柯曾(Curzon)和阿尔博恩(Ahlborn)求出了最大功率输出时卡诺循环的效率,罗宾(Rubin)又推     

热源间热机工作参数选择的有限时间热力学准则

经典热力学给出工作在两个恒温热源之间的热机最大效率为 η=1-Q_2/Q_1=1-T_2/T_1,(1) 其中Q_1、Q_2分别为热机工质每循环可逆地从高温热源吸取的热量和向低温热源放出的热量,T_1、T_2分别为高、低温热源的温度。(1)式给我们的启示是尽可能减小工质同热源间的传热温差,需无限缓慢地工作,其结果是以时间为基础的功率趋向于零。然而,实际热机总要有一定     

卡诺制冷机的生态学优化准则

考虑工作于T_H、T_L(T_H>T_L)热源间的内可逆卡诺制冷循环,设工质与高、低温热源间的传热系数分别为α、β,循环周期为τ,制冷量为Q_2,放热量Q_1,所需输入功为W=Q_1-     

卡诺制冷机的最小附加功率

按经典热力学,工作于环境温度T_H和制冷空间温度T_L之间的可逆卡诺制冷机的制冷系数但制冷机都要求有一定的制冷率,都必然受到不可逆因素的影响,这就难免要损耗一部     

三热源制冷循环的有限时间热力学界限

按经典热力学,三热源制冷循环的最大制冷系数为其中T_H,T_L和T_O分别为高低温热源和环境的温度,Q_H和Q_L分别为每循环从高温和低温热源吸取的热量。但要达到这个可逆热力学界限时,循环必须以无限缓慢的速度进行,否则由于热阻的存在就不     

导热规律为q∞△(1/T)的不可逆卡诺循环新理论

近年来,一些文献基于牛顿传热律建立了一种不可逆卡诺循环新理论,导出与实际热机观测性能相接近的基本优化关系及功率和效率界限。显然,除了牛顿传热律外,还需要考虑其他导热规律。本文将基于另一种线性导热规律,即热流q正比于温度T的倒数差Δ(1/T)的导热规律,导出含有热阻、热漏和工质内部不可逆性的不可逆卡诺循环的功率Ρ与效率η的优化关系,即循环的基本优化关系:     

两源间制冷机有限时间经济性能界限和优化准则

首先考虑工作于T_H、T_L热源间的内可逆卡诺制冷机。设工质与高、低温热源间的传热系数分别为α、β,且传热服从牛顿定律;制冷机的工作环境温度为T_0,且T_0≥T_H>T_L;制冷机的输入功和输出冷量(火用)价格分别     

关于CA效率与有限时间热力学的发展

著名的ＣＡ效率ηｃＡ是Ｎｏｖｉｋｏｖ于１９５７年是先导出的，而Ｃｕｒｚｏｎ和Ａｈｌｂｏｒｎ于１９７５年者导出．但自Ｃｕｒｚｏｎ和Ａｈｌｏｒｎ工作之后，有限时间热力学得到了持续稳步的发展．本文对此作了分析和评论．     

工作在任意热源间热机的最大输出功率

效率和输出功率是热机的两个重要性能参数.卡诺效率确定了热机的效率界限.本文导出热机的输出功率界限．     

导热规律为q∝△（1／T）的不可逆卡诺循环新理论

近年来，一些献基于牛顿传热律建立了一种不可逆卡诺循环新理论，导出与实际热机观测性能相接近的基本优化关系及功率和效率界限，显然，除了牛顿传热律外，还需要考虑其他导热规律，本将基于另一种线性导热规律，即热流q正比于温度T的倒数差△(1／T)的导热规律，导出含有热阻、热漏和工质内部不可逆性的不可逆卡诺循环的功率P与效率η的优化关系，即循环的基本优化关系：     

一类普适导热规律下不可逆热机的性能

一类普适导热规律下不可逆热机的性能陈林根曹水孙丰瑞（海军工程学院，湖北武汉４３００３３）有限时间热力学研究的热机基本模型为仅考虑热阻损失的内可逆热机循环，且大多假定导热服从牛顿定律。实际热机循环中还存在其它不可逆性，因此一些学者建立了热阻加热漏热机模...     

三热源泵热循环的最佳泵热率与供热系数间的关系

自1975年提出有限时间热力学以来,对仅受热阻影响的内可逆二热源循环已有较多的研究,而对于三热源循环,直至1986年才由笔者首次导出类似于二热源循环中CA效率的有限时间热力学界限。本文将继续对内可逆三热源泵热循环进行研究,求出两