转子偏心对轴流涡轮气动性能的影响

以Aachen 1.5级轴流亚音速实验涡轮为研究对象,采用商用NUMECA软件包对其转子偏心旋转时的流场进行三维定常模拟。研究在大流量工况下,平均叶顶间隙高度比(平均叶顶间隙高度与叶片高度的比值)分别为0.7%、1.3%、1.9%时转子偏心对涡轮性能的影响。在经过验证与确认的基础上,对结果进行了分析。研究结果表明:转子偏心会减小涡轮进口流量,其影响程度与偏心距和平均叶顶间隙高度有关,偏心距越大变化幅度越大;转子偏心对涡轮等熵效率和总功率的影响与偏心距和平均叶顶间隙高度有关,转子偏心有可能增大等熵效率和总功率,也有可能减小等熵效率和总功率,但其变化幅度随着偏心距的增加而增大。     

熵产最小化理论在传热和热功转换优化中的应用探讨

针对传热和热功转换系统的优化设计,分析了熵产最小化理论的优化方向和适用条件.熵产直接度量系统可用能或做功能力的损失,因此熵产最小化理论的优化方向为将系统可用能或做功能力的损失降到最低,从而使系统保有最大的做功能力.然而,在工程应用中,设计目标各有不同.因此,并非所有设计目标均能与熵产最小化的设计方向一致,这就使得熵产最小化并不总是与优化目标相关联.针对传热速率、输出功率等可与熵产建立关联的优化目标,讨论了熵产最小化理论的适用条件.当这些条件不能得到满足时,最小熵产并不一定对应最优性能.对一维传热过程、换热器等传热系统和以输出功率、热功转换效率、热经济性能等为优化目标的热功转换过程进行了分析,结果验证了理论分析所得的结论.     

实际闭式中冷回热布雷顿循环新析

用有限时间热力学方法分析了变温热源条件下实际闭式中冷回热布雷顿循环的性能,导出了无因次功率及效率的解析式。由数值计算,分析了循环最优功率和最优效率时的最佳中间压比分配,并研究了中冷度等一些主要循环参数对性能的影响,发现了不管有无回热,中冷都可以提高循环效率这一新结果。     

变负载有机朗肯循环系统实验研究

电力供给侧面临热源高效利用和电网侧波峰波谷对电厂变负荷运行的要求,本文针对发电系统变负荷运行工况,在实验热源功率及温度分别为100 kW和110℃下,研究负载和膨胀机转速变化时,有机朗肯循环发电系统净效率及部件实际运行特性的变化规律。主要结论为:系统净效率随着负载功率和膨胀机转速的增大而增大,当负载为6 kW和膨胀机转速为3000 r/min时,系统发电净效率最大,为4.8%。膨胀比和工质泵等熵效率随负载功率和转速的增加而增大,膨胀机入口处过热度的变化规律与之相反;当系统效率最大时,膨胀机膨胀比、等熵效率与入口过热度分别为4.4、53.5%及8.8℃。     

叶片数和分流叶片长度对压气机性能的影响研究

以某型离心式压气机为研究对象,利用ANSYS工程软件对叶轮进行数值模拟。在分析内部流场的基础上,探究叶片数和分流叶片长度对离心式压气机性能的影响。结果显示,叶片数过多会使叶轮流动摩擦损失增加,从而降低等熵效率。叶片数过少,容易造成叶片载荷增加,从而缩短叶轮寿命。分流叶片过长或者过短均会使叶轮流场分布不均匀,从而使其等熵效率降低。最终得出结论:叶轮的最佳叶片数为7对叶片,叶轮最佳分流叶片长度为长叶片的0.813倍,此时,压气机增压比为3.81,等熵效率为66.82%。     

PW级Ｚ箍缩驱动源指数传输线的电路模拟

 采用PSPICE软件,以PW级Z箍缩驱动源指数传输线为例,模拟分析了用有限多段分段阶跃变阻抗传输线序列模拟连续指数变阻抗传输线时,直角波、半周期正弦、全周期正弦平方等入射脉冲的电压和功率传输效率与分段数以及脉冲参数的关系,并计算了水电阻率对功率传输效率的影响。模拟结果表明：直角波波头的电压和功率传输效率随分段数增大而迅速趋近于理想传输线变压器的值;但对于非直角波入射脉冲而言,分段数并非越多越好,而是存在一个与传输线电长度和输入脉冲波前时间相应的最佳值;随着水电阻率下降,功率传输效率加速降低。     

脉冲激光二极管泵浦调Q激光器泵浦时间特性研究

从调Q激光器的速率方程出发,对脉冲激光二极管泵浦的调Q激光器在不同泵浦功率及不同透过率情况下的最佳泵浦时间进行了理论分析。计算结果表明,在透过率为20%,腔内损耗为0.05的条件下,1—3倍阈值泵浦功率时,最高效率对应的最佳泵浦时间为1—1.5倍Nd∶YAG荧光寿命;7倍阈值泵浦功率及以上时,最佳泵浦时间约为荧光寿命的一半或者更短。在脉冲泵浦能量相同时,采用较短的泵浦时间(即泵浦功率较高),调Q输出的能量转换效率较高。     

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.     

肖特基二极管整流的计算与测量

 提出了改进型的肖特基二极管整流数理模型，用加速迭代法和四阶精度龙格-库塔法编制了计算程序，并结合实验测量得到了整流效率与输入功率、频率和负载等关系曲线:负载一定时，输入功率从零开始增大，整流效率先快速上升，然后上升趋势变缓；输入功率一定时，负载从零开始增大，整流效率先增大后减小，对于某一固定的输入功率，存在着一个最佳负载值；当输入功率和负载都相同时，降低工作频率，整流效率上升。型号为2DV10B的X波段管子在负载为525 W、输入功率为10 mW、频率为3.2 GHz时获得的整流效率为75.2%；频率为10 GHz时获得50.2%的效率，实验测量结果与理论分析一致。     

槽式太阳能有机朗肯循环热发电系统模拟

本文借助TRNSYS软件建立了具有辅助锅炉,无蓄热和回热系统的典型槽式太阳能有机朗肯循环热发电系统,采用西安地区的气象参数作为输入,分析讨论了槽式集热器不同跟踪方式的差异、有机工质和蒸发温度对有机朗肯循环的效率和输出功率的影响、循环冷却水流量与输出功率的关系。模拟结果表明:在全年大部分时期,槽式集热器的南-北轴跟踪效率优于东-西轴跟踪;在相同条件下,采用蒸发温度高的有机工质,系统的输出功率和循环效率较好;对于不同的运行参数,存在一个最佳循环冷却水流量,使系统的净输出功率最大。     

冷热联供的空气制冷不可逆循环分析

本文分析了压气机排气余热利用的冷热联供回热空气制冷不可逆循环,并建立了仅忽略系统内所有换热器流动阻力损失的循环工作性能系数(COP)计算方程式。用该方程分析研究了透平膨胀机与压气机等熵效率、压缩机排气余热度、降温比、传热温差、压比等参数对系统COP值的影响,发现膨胀透平等熵效率提高对COP值的贡献远大于压气机效率同样提高的功效;在其它参数确定时,存在最佳压比,可使系统工作性能系数在该条件下达极值。在优化参数配置下,用于空气调节的冷热联供回热空气制冷不可逆循环的COP值可达2左右。     

实际逆布雷顿空气制冷循环的性能研究

对实际逆布雷顿循环空气制冷循环进行了热力学分析,对其循环性能进行了数值模拟研究。结果表明,影响实际循环性能的主要因素有膨胀比、转动部件等熵效率、工作温度等;实际循环中存在一最优膨胀比;制冷机用作空调冷源时,膨胀比在最优膨胀比附近;最优膨胀比的大小受压缩机效率、膨胀机效率、换热器端部温度等因素影响。     

Modeling and Performance Optimization of an Irreversible Two-Stage Combined Thermal Brownian Heat Engine

Based on finite time thermodynamics, an irreversible combined thermal Brownian heat engine model is established in this paper. The model consists of two thermal Brownian heat engines which are operating in tandem with thermal contact with three heat reservoirs. The rates of heat transfer are finite between the heat engine and the reservoir. Considering the heat leakage and the losses caused by kinetic energy change of particles, the formulas of steady current, power output and efficiency are derived. The power output and efficiency of combined heat engine are smaller than that of single heat engine operating between reservoirs with same temperatures. When the potential filed is free from external load, the effects of asymmetry of the potential, barrier height and heat leakage on the performance of the combined heat engine are analyzed. When the potential field is free from external load, the effects of basic design parameters on the performance of the combined heat engine are analyzed. The optimal power and efficiency are obtained by optimizing the barrier heights of two heat engines. The optimal working regions are obtained. There is optimal temperature ratio which maximize the overall power output or efficiency. When the potential filed is subjected to external load, effect of external load is analyzed. The steady current decreases versus external load; the power output and efficiency are monotonically increasing versus external load.     

工质变比热对不可逆Otto循环性能的影响

用有限时间热力学的方法分析空气标准Otto循环,由数值计算给出了存在不可逆损失和工质变比热时循环功率与压缩比、效率与压缩比以及功率和效率的特性关系,分析了工质变比热对不可逆Otto循环性能的影响特点,通过分析可知工质变比热特性对不可逆Otto循环性能有较大影响,在实际循环分析中应该予以考虑,本文所得结果对实际内燃机的设计有一定的指导意义。     

工质变比热条件下内燃机循环普适特性

用有限时间热力学的方法分析空气标准不可逆内燃机循环,导出了考虑工质变比热情况下,存在摩擦及传热损失时,由两个加热过程、两个放热过程和两个绝热过程组成的普适的空气标准不可逆内燃机循环的功率与压缩比、效率与压缩比以及功率和效率的最佳特性关系,同时由数值计算分析了工质变比热和循环过程对循环性能的影响特点,比较了工质恒、变比热时循环性能差异。所得结果包含了不可逆往复式Diesel、Otto、Brayton、Atkinson、Dual和Miller 循环的性能特性。     

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.     

Performance Analysis and Optimization for Irreversible Combined Carnot Heat Engine Working with Ideal Quantum Gases

An irreversible combined Carnot cycle model using ideal quantum gases as a working medium was studied by using finite-time thermodynamics. The combined cycle consisted of two Carnot sub-cycles in a cascade mode. Considering thermal resistance, internal irreversibility, and heat leakage losses, the power output and thermal efficiency of the irreversible combined Carnot cycle were derived by utilizing the quantum gas state equation. The temperature effect of the working medium on power output and thermal efficiency is analyzed by numerical method, the optimal relationship between power output and thermal efficiency is solved by the Euler-Lagrange equation, and the effects of different working mediums on the optimal power and thermal efficiency performance are also focused. The results show that there is a set of working medium temperatures that makes the power output of the combined cycle be maximum. When there is no heat leakage loss in the combined cycle, all the characteristic curves of optimal power versus thermal efficiency are parabolic-like ones, and the internal irreversibility makes both power output and efficiency decrease. When there is heat leakage loss in the combined cycle, all the characteristic curves of optimal power versus thermal efficiency are loop-shaped ones, and the heat leakage loss only affects the thermal efficiency of the combined Carnot cycle. Comparing the power output of combined heat engines with four types of working mediums, the two-stage combined Carnot cycle using ideal Fermi-Bose gas as working medium obtains the highest power output.     

摩擦对空气标准Diesel循环功率效率特性的影响

1前言自Novikov（1957），Chambadait1957）和Curzon－Ahlborn（1975）将传热过程引入卡诺热机循环研究，开创有限时间热力学理论后，截止96年9月已有八百余篇有关文献发表，包括专著七部，有关进展见综述文献＞3I。对mesel循环的有限时间热力学分析也已取得了一些进展。Hoffman等N用最优控制理论优化Diesel循环的活塞运动规律，AIZ。nblld等和本文作者将活塞式加热气缸中活塞最优运动规律用到了内燃机循环分析中；Orlov等导出了内燃机的功率效率极限，Klein，Blank等和本文作者问考虑了传热对Diesel循环特性的影响。除了热漏（传热）…     

两级中冷回热再热布雷顿热电联产装置的性能

应用有限时间热力学理论和方法建立了恒温热源不可逆两级中冷回热再热布雷顿热电联产装置模型,基于分析的观点,导出了装置无量纲输出率和效率的解析式。在给定总压比的情形下,通过数值计算分别研究了输出率和效率与两个中冷压比和两个再热压比的关系,当总压比变化时,发现输出率和效率对总压比存在最大值,并分别求出了两个相应的最佳的中冷压比和再热压比。分析了回热度、中冷度、再热度、压气机和涡轮机效率、压降损失等特征参数对装置性能的影响。最后发现分别存在最佳的用户侧温度使输出率和效率取得双重最大值。     

基于梯度翅片换热器的热电发电系统性能研究

本文建立了热电发电系统(TEG)多物理场数值模型,并充分考虑换热器流体影响,综合研究了具有不同热侧换热器翅片结构的TEG系统性能。在雷诺数为1000~10000范围内,分析了流体沿程温度分布特征、泵功及热电发电模块的能量转换特性.所研究的三种翅片结构包括:全流道等高度直翅片(Fin-1)、下游强化梯度翅片(Fin-2)以及上游强化梯度翅片(Fin-3).研究表明,通道长高比及热电材料覆盖率一定,热电发电功率及转换效率随流量呈二次曲线变化关系,存在最匹配流量使得系统发电性能最佳。等高度直翅片对流量的变化敏感,随流量增大,则压损增大,导致系统净输出功率及发电效率无收益.而梯度翅片可以在更大范围内产生正收益;下游强化梯度翅片具有最佳的流体沿程温度均匀性,但沿程局部热阻却最大.综合考虑沿程局部热阻分布及泵功消耗,上游强化梯度翅片TEG系统净转换效率最高,因此局部热阻分布及泵功综合因素应为TEG内的换热器合理设计的关键。