带有Dzyaloshinski-Mariya相互作用的两比特纠缠量子Otto热机和量子Stirling热机

研究了以带有Dzyaloshinski-Mariya(DM)相互作用的两比特自旋体系为工质的量子纠缠Otto热机和量子Stirling热机.两种不同热机在各自的循环过程中,通过保持其他参量不变,只有DM相互作用发生改变,从而分析热机循环中DM相互作用与热传递、做功以及效率等热力学量之间的关系.研究结果表明:DM相互作用对两种热机的基本量子热力学量都具有重要的影响,但量子Stirling热机由于回热器的使用,其循环效率会大于量子Otto纠缠热机的效率,甚至会超过Carnot效率;得到了量子Otto纠缠热机和量子Stirling热机做正功的条件.因此,在这两个纠缠体系中,热力学第二定律都依然成立.     

以一维谐振子势阱中的单粒子为工质的量子热机性能分析

建立了以一维谐振子势阱中的单粒子为工质的量子热机模型.当势阱壁宽度和粒子的量子态缓慢改变时, 该热机类似于经典卡诺热机对外做功.假设势阱壁移动速度非常缓慢并且考虑热漏, 推导出量子热机循环的输出功率和效率等重要性能参数的一般表达式.通过优化分析, 获得了热机循环中各主要性能参数的最佳优化值和优化区间.     

线性与非线性传热过程的Curzon-Ahlborn热机在任意功率时的效率

热机性能的优化是热力学领域的一个重要问题,而工质与热源之间的传热过程是热机工作时产生不可逆的主要来源.本文在引入功率增益和效率增益两个重要参数的基础上,基于一个简化的Curzon-Ahlborn热机模型并利用合比分比原理,给出了线性与非线性传热过程的热机在任意功率输出时的效率表达式,结合数值计算详细讨论了热机在任意功率输出时的特性.研究表明,参数ξ作为功率增益δP的函数存在两个分支:在第一分支上(不利情形),效率呈现出单调变化特征;在第二分支上(有利情形),效率随着的δP变化是非单调的且有最大值.随着传热指数的增加,热机的工作区域减小,这源于非线性传热过程包含热辐射所致.进一步发现功率-效率关系曲线存在权衡工作点,热机在该点附近工作能够实现最有效的热功转换.研究结果有助于深入理解具有不同传热过程热机的优化执行.     

带有Dzyaloshinski-Mariya相互作用的两比特XXZ模型的纠缠量子热机

以带有Dzyaloshinski-Mariya 相互作用的两比特XXZ模型为工作物质构建纠缠量子热机. 在量子热力学平衡态下, 采用Kieu的形式描述了做功与热传递.对于不同的各向异性参数, 分析了热机循环中量子纠缠与热传递、做功以及机械效率等热力学量之间的关系. 结果表明: 在这个纠缠体系中, 热力学第二定律依然成立; 机械效率的等值线图是环状曲线; 当各向异性参数Δ较小时, 热机在C₁ > C₂ 和C₁ < C₂ 两区域运行, 当增大Δ值时, 热机只在C₁ > C₂ 区域运行. 关键词： 量子热机 并发度 机械效率     

一维晶格中费曼棘齿-棘爪热机

研究了一维晶格中费曼棘齿-棘爪热机模型. 用粒子的概率主方程来描述粒子在晶格中的动力学特性, 推导出热流、 功率和效率的表达式. 通过数值计算分析势垒高度、 外力和温比对热流以及热机功率和效率的影响. 研究表明: 在粒子稳态概率流为零时, 存在非零的热流从高温库流入低温库, 类似于经典不可逆卡诺模型中的热漏; 热漏的存在使得热机的效率远远小于卡诺效率, 功率与效率之间为闭合的关系曲线, 热机为不可逆热机; 对热机性能参数进行优化, 可以使热机工作在最优性能状态下.     

温库边界对布朗热机性能的影响

研究了单势垒锯齿势中,布朗粒子在外力和空间周期温度场作用下构成的布朗热机的热力学性能.考虑布朗粒子动能变化以及高、低温库之间热漏引起的热流.用Smoluchowski方程描述粒子在黏性介质中的动力学特性,推导出高、低温库的热流以及热机功率和效率的解析表达式.通过数值计算分析势垒高度、外力和温库边界对热机性能的影响.研究表明:由于动能变化和热漏引起的不可逆热流的存在,布朗热机为不可逆热机,热机的功率效率特性为一闭合的关系曲线;势垒边界与温库边界重合时,热机的功率达到最大值;通过改变温库边界的位置,可以在一定范围内提高热机的效率,但同时减小了热机的输出功率.     

理想玻色气体狄塞尔循环效率的研究

利用理想玻色气体的态方程及其热力学性质,获得以理想玻色气体为工质的狄塞尔热机效率的普遍表达式,分析了考虑量子效应对狄塞尔热机性能的影响.通过比较得出提高实际热机效率的主要途径.所得结论可对量子简并条件下工作的狄塞尔热机的设计提供理论依据.     

含有一般性热转移过程的低耗散型热机的权衡优化研究

实际热机在工作过程中必然伴随热转移过程.本文提出了含有一般性热转移过程的低耗散热机模型.利用权衡优化方法对该低耗散热机的性能进行了优化分析,推导出了权衡判据下热机功率和效率表达式.详细讨论了不同热转移过程支配下的热机功率以及效率特征,其结果有助于深入理解实际热机的优化机制.     

以广义Redlich-Kwong气体为工质的不可逆回热式斯特林热机循环输出功率和效率

研究了热阻、回热损失和热漏等多种不可逆因素对以广义Redlich-Kwong气体为工质的斯特林热机性能的影响,给出了斯特林热机输出功率和效率的具体表达式并分析非理想回热特性及循环主要性能参数(如循环体积比及工质高低温比等)对循环输出功率和效率的影响.同时指出,只有在理想回热及无热漏的情况下,气体斯特林热机的效率才能达到卡诺效率.     

关于可调压缩比斯特林热机的物理演示实验

本文设计了一种可调节压缩比的斯特林热机装置,可实现斯特林热机的压缩比(最大体积与最小体积的比值)动态调节以及压强(p)-体积(V)曲线的实时监测.阐述了轨尺在双缸双活塞斯特林热机中实现动态调节的机理,编写了采集热机工作过程中压强和体积的Labview程序.通过调节轨尺完成压缩比的动态调节,演示了斯特林热机在不同压缩比条件下的工作状态,分析了压缩比影响斯特林热机性质的机理.该装置制作简单,可使用酒精灯作为热源,用于物理演示实验教学.     

内可逆卡诺循环

卡诺定理指出,工作于两个热源之间的一切热机,以可逆机效率为最大.且此效率仅与两个热源的温度有关,而与热机的工作物质无关.其值可表为 ηc=1-TL/TH(1)其中TH,TL分别为高、低温热源的温度. 卡诺定理对于热力学理论的建立、热机的改进和发展,起了重要的作用.但是由它所确定的热机效率界限,对实际热机的指导意义并不很大.原因是要达到这个效率界限时,循环过程必须是可逆的.而要实现可逆的等温传热过程,通常由于热阻的存在,过程必须无限缓慢地进行.因而这样的循环,尽管效率最高,却只能产生零功率.要使机器产生非零的功率,必须使循环在有限…     

刻蚀改变InGaN/AlGaN应变多量子阱发光特性

为了分析干法刻蚀对应变多量子阱(SMQWs)发光特性的影响,采用感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术对金属有机物化学气相沉积(MOCVD)生长的InGaN/AIGaN应变多量子阱覆盖层表面刻蚀了约95 nm。通过光致发光(PL)特性表征发现,干法刻蚀后量子阱光致发光强度较未刻蚀量子阱光致发光强度提高了近3倍。干法刻蚀后,量子阱表面呈现高低起伏状形貌,粗糙度提高,出射光在起伏状粗糙形貌表面反复散射,从而逃逸概率增大,有助于光致发光强度增强。理论计算结果得出表面形貌变化引起的量子阱光致发光强度增强因子约为1．3倍。另外,由于所采用的感应耦合等离子体功率较小,刻蚀损伤深度几乎不会达到量子阱阱层,然而干法刻蚀过程中Ar离子隧穿到量子阱阱层内部可能形成新的发光中心,从而使量子阱的发光强度得到提高。     

室温推移活塞脉管热机的四种运行模式

脉管制冷机可看作是是斯特林制冷机的变种,带室温推移活塞的脉管制冷机是一种可逆脉管制冷机,与斯特林制冷机一样可工作于四种模式。本文采用数值分析的方法阐述了脉管热机的四种工作模式,即热发动机,热泵,制冷机和冷发动机。     

刻蚀改变InGaN/AIGaN应变多量子阱发光特性

为了分析干法刻蚀对应变多量子阱(SMQWs)发光特性的影响,采用感应耦合等离子体(ICP)刻蚀技术对金属有机物化学气相沉积(MOCVD)生长的InGaN/AlGaN应变多量子阱覆盖层表面刻蚀了约95 nm.通过光致发光(PL)特性表征发现,干法刻蚀后量子阱光致发光强度较未刻蚀量子阱光致发光强度提高了近3倍.干法刻蚀后,量子阱表面呈现高低起伏状形貌,粗糙度提高,出射光在起伏状粗糙形貌表面反复散射,从而逃逸概率增大,有助于光致发光强度增强.理论计算结果得出表面形貌变化引起的量子阱光致发光强度增强因子约为1.3倍.另外,由于所采用的感应耦合等离子体功率较小,刻蚀损伤深度几乎不会达到量子阱阱层,然而干法刻蚀过程中Ar离子隧穿到量子阱阱层内部可能形成新的发光中心,从而使量子阱的发光强度得到提高.     

热源间定常态能量转换热机的面积特性

一、前言 自从CA效率导出以来,许多有限时间热力学结论是由活塞式热机模型得出的。这些结论,不能象经典热力学结论那样都适用于工质以定常态连续流方式工作的热机。活塞式热机模型的工质被活塞封闭于气缸中完成循环,工质吸,放热通过同一面积,诸过程完成于不同时间。而后者,构成循环的工质各过程是于不同的装置中同时完成的,当分析工质同热源间的传热不可逆性对热机循环的影响时,讨论工质吸、放热的不同传热面积很重要。本文在作者原来工作的基础上,定义了特征参数φ,ε,ι,用φ=φ(t,ε)讨论了定常态能量转换热机仅有工质与热源间传热不可逆性时,各种工况下的功率、效率、面积之间的关系,为实际热机的面积选择提供理论依据。     

一类不可逆热机的热经济学优化性能

基于一类不可逆热机的一般循环模型,以每单位成本的功率输出作为热经济学目标函数,研究投资成本、燃料成本、其它费用成本和几种主要不可逆性对热机性能的影响。导出热机效率和热经济学目标函数间的基本优化关系。由此计算了最大热经济学目标函数及其对应的热机性能参数,给出了在不同传热规律下热机的基本优化关系。确定了热机的最佳工作区域和重要性能参数的界限。     

等离子体增强InAs单量子点荧光辐射的研究

通过测量光致发光(PL)谱、PL时间分辨光谱及不同激发功率下PL发光强度,研究了低温(5 K)下等离子体对InAs单量子点PL光谱的增强效应.采用电子束蒸发镀膜技术在InAs量子点样品表面淀积了5 nm厚度的金膜,形成纳米金岛膜结构.实验发现,金岛膜有利于量子点样品发光强度的增加,最大PL强度增加了约5倍,其主要物理机理是金岛膜纳米结构提高了量子点PL光谱的收集效率.     

非线性二极管系统构成的不可逆热机性能特征分析

研究了一个非线性二极管系统构成的不可逆热机的性能,它是由分别处于两个温度不同的热库中,完全相同的两个非线性二极管反向连接后并联上一个电容器组成的.运用非线性系统涨落理论计算出从两个热库中吸收的热流,考虑热漏损失后得出热机的功率和效率.通过数值模拟可以绘出热机的性能特征曲线以及优化性能参数随两热库温度比等主要参量的特征曲线.分析了二极管的非线性强度、热漏损失和温度比对热机性能特性的影响.最后,讨论了理想二极管热机的性能特征.     

热声热机

热声热机(Thermoacoustic Engine)是一种把热能转换成声能或者说声波等形式的机械功的装置.像其他许多热机一样,它可以逆向运行而作为制冷机,即利用声能将热量从低温热库输向高温热库.热声热机的高运行频率减少了热传导并且无需任何气室.与许多其他热机不同,除了工作流体本身,热声热机没有任何活动部件.     

传热规律对卡诺热机性能的影响

自从Curzon和Ahlborn于1975年导出工作于T_H、T_L热源间卡诺热机最大功率输出时的效率界限η_m=η_(CA)=1—(T_L/T_H)~(0.5)以来,已有百余篇文献研究了热机有限时间热力学问题,除了极少数文献外,其余工作多以线性传热定律为基础进行研究。本文进一步导出两种非线性传热规律时卡诺热机的最优性能。