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.     

复杂传热规律下有限高温热源热机循环的最优构型

基于包括牛顿传热规律、线性唯象传热规律、辐射传热规律、Dulong-Petit传热规律、广义对流传热规律和广义辐射传热规律的一类普适传热规律Q∝△（T^n）^m,用有限时间热力学理论研究了有限高温热源和无限低温热源条件下一类内可逆热机的最优构型．分析中仅考虑了有限速率传热不可逆性．用等效热源温度导出了热机的最优功率与效率间关系,所得结果包含了近期一些文献的结果,对实际热机的设计工作具有一定的理论指导作用．     

线性唯象传热热机系统最大效率时的最优构型

对内可逆热机在线性唯象传热条件下给定输入能和循环周期的最优构型进行了研究，利用最优控制理论得出了最大效率时热机的最优构型为八分支结构，其中包括两个等温分支、四个最大效率分支和两个绝热分支．利用数值计算方法求解了最优构型，给出了数值算例，并与牛顿传热规律下最大效率的最优构型进行了比较．     

辐射传热条件下一类内可逆热机最大效率时的最优构型

对辐射传热条件下给定循环周期和输入能的内可逆热机最优构型进行了研究,利用最优控制理论得出了最大效率时热机的最优构型为8分支循环,其中包括2个等温分支、4个最大功率分支和2个绝热分支．利用泰勒级数展开的方法得出了各分支过程的时间和热源及工质温度的计算方法,并与牛顿传热规律和线性唯象传热规律下最大效率优化的结果,以及辐射传热条件下最大功率优化的结果进行了比较．     

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．     

Q∝Δ（T^n）时广义不可逆卡诺热机的生态学性能优化

以反映热机功率与熵产率之问最佳折衷的“生态学”准则为目标，根据生态学优化方法研究传热规律服从Q∝Δ(T^n)时不可逆卡诺热机生态学最优性能．在内可逆模型基础上，用常数项q表示热漏流率，用常数项Φ表示除热阻和热漏以外的其余不可逆性，导出了传热规律服从Q∝Δ(T^n)时广义不可逆卡诺热机生态学优化性能．通过数值计算对不同损失、不同传热规律情况下的热机生态学性能变化规律进行了比较分析，本文结果对实际热机的设计工作具有一定的理论指导意义．     

Q∝△(Tn)时广义不可逆卡诺热机的生态学性能优化

以反映热机功率与熵产率之间最佳折衷的"生态学"准则为目标,根据生态学优化方法研究传热规律服从Q∝△(Tn)时不可逆卡诺热机生态学最优性能.在内可逆模型基础上,用常数项q表示热漏流率,用常数项φ表示除热阻和热漏以外的其余不可逆性,导出了传热规律服从Q∝△(Tn)时广义不可逆卡诺热机生态学优化性能.通过数值计算对不同损失、不同传热规律情况下的热机生态学性能变化规律进行了比较分析,本文结果对实际热机的设计工作具有一定的理论指导意义.     

Q∝（△T^-1）时不可逆卡诺热机的生态学性能优化

以反映热机功率与熵产率之间最佳折衷的“生态学”准则为目标，综合考虑热阻、热漏及工质内不可逆性，导出了线性唯象传热规律下不可逆卡诺热机的生态学最优性能，该结果对实际热机的设计工作具有一定的理论指导意义。     

线性唯象传热规律下的内可逆不雷逊热机循环的功率、功率密度和效率的性能优化

以在高温热源服从牛顿传热规律而在低温热源服从线性唯象传热规律并考虑了热阻和热漏的布雷逊热机为模型,导出了该热机的输出功率、输出功率密度和效率的表达式。讨论了高温换热器的效率、低温热导和热漏对热机各种性能参数的影响。所得结果可对实际热机的优化设计提供理论依据。     

Q∝(ΔT)n时广义不可逆卡诺热机的生态学性能优化

以反映热机功率与熵产率之间最佳折衷的"生态学"准则为目标,综合考虑热阻、热漏及内不可逆性的影响,导出了传热规律服从Q∝(ΔT)n时不可逆热机生态学最优性能,对n=1和n=1.25的2种典型传热规律进行了进一步讨论,该文结果对实际热机的设计工作具有一定的理论指导意义.     

The optimal configuration of reciprocating engine based on maximum entransy loss

A class of two-heat-reservoir heat engine model with heat leakage,finite heat capacity high-temperature source and infinite heat capacity low-temperature heat sink,is researched with the finite-time thermodynamic theory and the entransy theory.The optimal configuration based on the minimum entropy generation and the maximum entransy loss under the given cycle is searched,which are compared with the optimal configuration based on the maximum output work,and all the heat transfer in the model is assumed to obey the Newton’s law.The results show that,for the infinite heat capacity high-temperature source,the optimal configuration does not change whether heat leakage exists or not;however,for the finite hightemperature reservoir,the optimal configuration is different among which based on the minimum entropy generation,the maximum entransy loss,and the maximum output work when the heat leakage exists.     

Hamilton-Jacobi-Bellman equations and dynamic programming for power-optimization of a multistage heat engine system with generalized convective heat transfer law

A multistage endoreversible Carnot heat engine system operating between a finite thermal capacity high-temperature fluid reservoir and an infinite thermal capacity low-temperature environment with generalized convective heat transfer law [q∝(ΔT) m ] is investigated in this paper.Optimal control theory is applied to derive the continuous Hamilton-Jacobi-Bellman (HJB) equations,which determine the optimal fluid temperature configurations for maximum power output under the conditions of fixed initial time and fixed initial temperature of the driving fluid.Based on the universal optimization results,the analytical solution for the Newtonian heat transfer law (m=1) is also obtained.Since there are no analytical solutions for the other heat transfer laws (m≠1),the continuous HJB equations are discretized and dynamic programming algorithm is performed to obtain the complete numerical solutions of the optimization problem.The relationships among the maximum power output of the system,the process period and the fluid temperature are discussed in detail.The results obtained provide some theoretical guidelines for the optimal design and operation of practical energy conversion systems.     

换热管传热过程的熵产分析

基于热力学第一、二定律对换热管由管内到管外的传热过程进行了熵产分析,以管内流体为基准引入了无因次熵产数并得到其计算式;讨论了管内流体雷诺数、管内外流雷诺数比值、无因次入口换热温差及无因次特征尺寸等参数对换热管传热过程不可逆性能的影响。结果表明,存在一最佳的管内流体雷诺数使无因次熵产数最小;无因次熵产数值随管外与管内流体雷诺数的比值的增大而单调递增,随无因次入口换热温差和无因次特征尺寸的增大亦近似成线性增大。结果和方法对进一步完善基本对流换热过程的热力学评价具有一定的意义,同时为换热管双侧强化传热时性能的评价提供理论基础。     

基本对流换热过程的熵产分析

本文基于热力学第一及第二定律建立了对流换热过程的熵产关系式,并以此对几种基本的对流换热过程进行性能分析,得出其优化的过程参数。文中提出的无因次熵产数较之已有文献中的更为简明。     

非线性传热情况下斯特林热机的有限时间热力学分析

本文导出斯特林热机工作于非线性传热情况下,最佳功率N与效率η之间的关系。     

热传递规律对广义卡诺循环性能的影响

基于较一般的热传递规律,研究传热的不可逆性对广义卡诺循环性能的影响,导得循环的最优构形及基本优化公式。由此讨论了不同热传递规律下,广义卡诺循环所具有的共同特性和主要差别,尤其对三种常见的热传递规律下循环的最优构形作了较详细的讨论。     

线性唯象律下三热源热泵的火用经济优化性能

研究线性唯象律下三热源热泵的火用经济优化性能,并揭示了它与生态学优化性能间的内在联系,同时还对热泵的合理工作区作了有意义的讨论     

内燃机活塞-缸套耦合系统的传热模型

在对润滑油一维导热热阻假设的基础上,通过对活塞和缸套运动关系的研究,建立了活塞-缸套之间的传热联系模型,为进一步提高内燃机性能指明了方向。     

一维斯特林发动机的数值模型

以斯特林发动机为模拟对象,将斯特林发动机分为7个单独的部件,采用节点分析法,数值模拟了NASA12.5 kW的斯特林发动机内部的交变流动和换热过程,得出其内部压力、温度、速度、功率和效率等参数的动态变化规律.在设计工况下,模拟结果与现有的测试结果进行了比较,两者结果符合.该数学模型为斯特林发动机的优化设计和运行提供一个有用的工具.