任意循环过程的效率和致冷系数

将任意循环过程的效率η和致冷系数ε，分别与工作在它所经历的最高与最低热源温度之间的可逆卡诺循环的效率ηｃ和致冷系数εｃ比较后可知：尽管对致冷机有与卡诺定理相应的结论，但由热机η得到的其他结论，对致冷机ε却不能相应地成立．虽然ηｃ是一切热机η的上限，但εｃ却是可逆致冷机ε的下限，且εｃ既非不可逆致冷机ε的上限，又非它的下限．     

工作于4.2—1.8K的往复式磁致冷机的致冷量和效率问题

计算了Delpuech和Lacaze等的致冷机(以下简称为D-L致冷机)的致冷功率(作为频率和磁化场的函数),结果与D-L致冷机的实验相符.按照本文提出的方法计算了膜沸腾产生所对应的频率,在四个不同的磁化场条件下所得结果与实验符合较好.进而计算了循环过程的S-T图以及致冷效率.所有计算结果表明,我们将具体问题模型化的手段是合理的.运用这些手段,讨论了采用圆筒式磁元件及采用烧结钆镓石榴石工质的可行性.     

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.     

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。     

卡诺制冷机的最佳制冷系数与制冷率间的关系

一、引 言 众所周知,可逆卡诺热机的效率为而可逆卡诺制冷机的制冷系数为然而,实际热机的效率或制冷机的制冷系数,都不象理想可逆机那么大,其主要原因是要实现理想的可逆卡诺循环,循环的等温部分必须以无限缓慢的速度进行.否则由于热阻的存在,循环就必须在不可逆导热的情况下进行.而实际热机或制冷机总是在有限时间内完成循环的,它难兔要受到热阻的影响.因此,为了使热力学理论能更好地指导实际热机或制冷机的工作,必须考虑有限时间的热力学问题. 自从Curzon和Ahlborn 发表《最大功率输出时卡诺热机的效率》一文后[1],这个问题引起了人们的…     

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.     

热学问题二则

1.一很长的细管与一长度为l的粗管成直角地焊接在一起,如图所示 (见21页)。将细管垂直插入密度为pf的液体中,再把水平粗管的末端密封起来。随后,使该装置以匀角速度ω绕垂直细管旋转。已知外界大气的压强与密度分别为Pa和pa,温度保持不变,并认为空气是理想气体,求液体在垂直管中上升的高度。 (忽略空气密度随高度的变化,不计毛细现象和表而摩擦。) 2.热机在一循环中对外作功为A,从热源吸热为Q1,则其效率;致冷机在一循环中接受外功为A(>0),从冷源吸热为Q2, 则其致冷系数　。设在致冷循环中工质高温热源放热为Q1(>0),看来ε又可写作: (上接…     

热磁发电演示仪

利用一级相变软磁材料MnFe(P,Si)的热磁发电性能,设计了热磁发电演示装置.初步探索了MnFe(P,Si)化合物在热磁发电中的应用,改进其性能为实际发电作了基础性的研究.     

不可逆卡诺热机的最大功率

经典热力学把卡诺热机视为可逆机．由于可逆机以无限缓慢的速度进行工作，所以可逆卡诺热机的功率为零．这当然是脱离实际的．近年来不少人开展了有限时间热力学问题的研究．他们考虑了卡诺热机的吸热、放热过程中所存在的不可逆性，研究了热机性能的优化问题，从而导出了最大功率．这在理论上是前进了一步．然而，仅仅考虑吸热、放热过程中的不可逆性是不够的，还应考虑压缩、膨胀过程中的不可逆性．本文对卡诺热机中的不可逆性进行了全面分析。研究表明，与吸热、放热过程中的不可逆性不同，压缩、膨胀过程中的不可逆性对热机性能的影响不存在优化问题，但是存在最大限度的问题．一旦压缩、膨胀过程中的不可逆性超过了这个限度，功率就会变为零．     

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。     

循环磁致冷

物理学的发展对低温条件提出了各种各样的要求,除了更低的温度以外,有时还要求大的致冷功率,或者对致冷空间的磁场以及介质物性作出特定的限制. 本文所要论及的磁致冷方法,自1926年吉奥克和德拜各自独立提出以来,已经发展成为一项获得1K以下温度的标准技术.然而由于某些技术上的困难,长期以来绝热退磁只是“一次性”的致冷手段,因而限制了它的应用范围.虽然在五十年代希尔等制成了一合利用超导热开关在1K以下连续工作的磁致冷机,但由于在效率、致冷功率等方面竞争不过稀释致冷机[1],因而未能得到推广发展. 广义的循环磁致冷不仅仪限于IK以…     

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.     

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.     

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…     

线性唯象传热定律下斯特林热机性能极限分析

建立了存在热阻、热漏、回热损失和机械损失的斯特林热机模型,研究在线性唯象传热定律qα△(T-1)下,热机的轴功率和制动热效率特性,导出了轴功率及制动热效率的表达式,用数值计算分析了热漏、回热损失和机械损失等不可逆因素对热机性能的影响.所得结果可为斯特林热机的优化设计提供一些新的理论指导.     

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.     

量子干涉增强发动机功率

<正>对于由原子组成的微观发动机,有一种全新的增强发动机功率的方法,即量子增强。英国牛津大学的James Klatzow及其同事,用一组钻石中的氮晶格空穴(NV)中心组成热机,首次对量子功率增强进行了测量。经典热机通过完成一系列冲程将热能(热)转换成机械能(功)。量子热机以相似的方式工作。不同的是,量子发动机的工作介质,其作     

热声致冷效应演示实验

基于热声致冷原理,利用自制的热声堆,采用常见的材料和仪器,设计了扬声器驱动热声致冷实验演示装置.以空气作工质,在无冷却措施的情况下,系统运行200 s后,实现了13℃的降温及25℃的温跨.     

七年级“热机”的教学

七年级研究热机的基本目的,是扩大学生关于功变为热、热变为功的概念,扩大能的转变和能量守恒定律,并使学生认识热机的构造和热机的各个部分的相互作用。气体作功问题和提高热机效率问题是在九年级学习。但是在七年级根据气体的分子结构、     

热电物理的研究进展

热电效应在发电，致冷方面有巨大的应用潜力，这些年来，人们为提高热电能量转换效率进行了不懈的努力，文章概述了从机理上提高材料热性能的一般途径，在此基础上，介绍了最近几年在氧化物超导体，ＴＰｎ３化合物，富硼固体等新材料体系中，以及在非均匀材料，复合型材料，量子阱结构等新形式材料中的研究结果。