热漏、内不可逆性和传热规律对卡诺热泵最优性能的影响

1引言有限时间热力学研究的基本模型为内可逆模型，而实际装置往往存在热漏、摩擦、涡流等不可逆损失。本文基于一种普遍传热规律qOC凸（T）n，建立了包括上述不可逆因素的不可逆模型，导出热泵供热率与供热系数的最佳特性关系。该关系包括不同传热规律和不同损失项的模型下的多种结果。2不可逆热泵模型考虑工作于两恒温热源问的定常态流热泵，其循环满足如下条件：（1）该循环由两个等温过程和两个绝热过程组成，这四个过程一般为不可逆。（2）传热是在有限温差下进行。设高、低温侧热源和工质工作温度分别为：TH、TL、THC、TLC，这…     

不可逆正、反向卡诺循环的最优性能与熵产率

本文讨论了非线性传热情况下,不可逆卡诺制冷机的最优性能,导出最佳制冷系数与制冷率间的关系;研究了热泵输出“率”之间的关系和协调,导出内不可逆热泵的泵热率与熵产率的关系,并应用熵产率为目标求极值的方法,得到了热机、制冷机和热泵的最优性能关系。为推动有限时间热力学研究提供了一个新的、有效的分析方法。     

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）…     

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。     

热漏、内不可逆性和导热规律对制冷机最优性能的影响

１引言有限时间热力学研究制冷循环性能已取得了一批成果。已发表了热阻加热漏模型［１－４］、热阻加内不可逆模型问研究各种损失对卡诺循环性能的影响。本文作者用一常数项ｑ表示热漏流率,用常系数表示热阻和热漏外的其余内不可逆性,建立了一类广义不可逆制冷机模型［６－７］,并分析了牛顿传热定律下的最优性能。本文将基于此模型和较为普遍的导热规律,导出制冷机的制冷率、制冷系数最佳特性关系。２广义不可逆卡诺制冷机及其最优性能考虑一类工作在两个恒温热源之间的定常态流卡诺制冷机,循环中存在热阻、热漏和其它内不可逆性［６…     

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。     

吸收式热变换器的生态学优化性能

1引言热变换器是一种有效节能装置，可直接利用中、低温余热。这已引起许多先进工业国家的重视。近年来，有些学者应用有限时间热力学新理论对其进行优化分析，取得一些比经典热力学理论更为有用的新结论［‘－’］。发现在热变换器的合理工作区域中，供热率越大时拥损率也越大，两者应得到合理的兼顾和折衷，以便使能量得到更有效的利用。一些研究表明，以“生态学准则”研究热力循环的优化性能，可使热力循环的功能率（如热机的功率、热泵的供热率等）与功能率耗散达到最佳的折衷［‘－’］。本文应用此准则对不可逆吸收式热变换器进行优…     

热声制冷机微热力学循环的火用经济性能优化

用有限时间热力学方法分析存在传热损失时,热声制冷机微热力学循环模型的火用经济性能,导出循环利润率与工质振荡温度,以及利润率与制冷系数的特性关系,并数值分析了价格比、横向温度梯度等参数对火用经济性能的影响。     

充注量对非共沸工质热泵热水器特性的影响

基于搭建的直热式热泵热水器系统实验研究和分析了充注量对M (R744/R290 (12/88))热泵系统的循环性能和冷凝器中换热流体的温度分布的影响。实验结果表明:在两种实验工况下,M热泵系统存在相同的最优充注量使COP分别达到最大值;不同充注量下冷凝器中均会出现两个传热窄点,且充注量的变化会导致第一传热窄点的出现位置发生迁移;充注量是影响M热泵系统的循环性能和冷凝器中换热流体的温度分布的显著因素。     

R23跨临界循环最优高压侧压力分析

跨临界热泵循环在大温差加热时具有显著优势。为了寻求更高效的跨临界热泵循环,对R23跨临界热泵循环进行了理论分析,计算了压缩机排气压力对系统性能的影响。计算结果表明,R23热泵系统存在最优高压侧压力,最优高压侧压力与制冷剂气冷器出口温度、蒸发温度、过热度都有关系,其中以制冷剂气冷器出口温度对最优高压侧压力影响最大。以制冷剂气冷器出口温度为自变量,利用多项式函数对最优高压侧压力进行了拟合,拟合的最大相对误差为-3.14%,平均相对偏差为1.22%。结果可以为R23跨临界热泵系统的设计和控制提供理论参考。     

Fundamental optimal relation of a generalized irreversible Carnot heat pump with complex heat transfer law

The fundamental optimal relation between heating load and coefficient of performance (COP) of a generalized irreversible Carnot heat pump is derived based on a new generalized heat transfer law, which includes the generalized convective heat transfer law and generalized radiative heat transfer law, q ∝ (ΔT ⁿ ) ^m . The generalized irreversible Carnot heat pump model incorporates several internal and external irreversibilities, such as heat resistance, bypass heat leakage, friction, turbulence and other undesirable irreversibility factors. The added irreversibilities besides heat resistance are characterized by a constant parameter and a constant coefficient. The effects of heat transfer laws and various loss terms are analysed. The heating load vs. COP characteristic of a generalized irreversible Carnot heat pump is a parabolic-like curve, which is consistent with the experimental result of thermoelectric heat pump. The obtained results include those obtained in many literatures and indicated that the analysis results of the generalized irreversible Carnot heat pump were more suitable for engineering practice than those of the endoreversible Carnot heat pump.     

能造出功率和效率都高的热机吗?——有限时间热力学的发展与展望

在热力学中,功率和效率是衡量热机性能的两个主要参数。根据经典热力学,可逆热机效率的上限是卡诺效率,但相应的功率为零。这是因为卡诺效率的实现依赖于时间无穷长的准静态假设。因此,如何根据实际需求,在保证热机功率前提下提高热机效率成为热力学一个重要的科学挑战问题。在20世纪上半叶应运而生的有限时间热力学,今天得到了蓬勃发展,为应对这个挑战提供了必要的科学支撑。文章主要介绍有限时间热力学的发展及现状,特别是最近对于有限时间热机功率效率约束关系及其优化问题上的研究。针对有限时间热力学循环功率—效率约束与不可逆性的关系,文章还简介最近作者关于有限时间等温过程中不可逆熵产生的理论和实验研究工作。最后展望未来有限时间热力学及有限系统非平衡物理的可能发展与应用。     

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.     

Optimal configuration for a finite high-temperature source heat engine cycle with the complex heat transfer law

The optimal configuration of a heat engine operating between a finite high-temperature source and an infinite low-temperature reservoir is derived by using finite time thermodynamics based on a complex heat transfer law, including Newtonian heat transfer law, linear phenomenological heat transfer law, radiative heat transfer law, Dulong-Petit heat transfer law, generalized convective heat transfer law and generalized radiative heat transfer law, q ∝ (ΔT ⁿ ). In the engine model the only irreversibility of finite rate heat transfer is considered. The optimal relation between the power output and efficiency of the heat engine is also derived by using an equivalent temperature of the hot reservoir. The obtained results include those obtained in recent literature and can provide some theoretical guidance for the designs of practical engines. Supported by the Program for New Century Excellent Talents in University of China (Grant No. 20041006) and the Foundation for the Author of National Excellent Doctoral Dissertation of China (Grant No. 200136)     

有热漏时定常态不可逆卡诺热机功率效率特性

对变热漏情况下定常态不可逆卡诺热机进行了有限时间热力学分析。导出最佳效率时的功率与等熵温比指数、效率与等熵温比指数的关系式,以及最佳面积比,进而得到最佳效率与功率关系。对最佳功率与最佳效率时的热机性能进行分析和讨论,给出一些有益的结论。     

给定边界条件下定常态制冷循环的最优化

给定边界条件下定常态制冷循环的最优化陈林根，孙丰瑞，龚建政，陈文振，赖锡棉（武汉海军工程学院三系，武汉海军工程学院基础部武汉４３００３３）关键词：有限时间热力学，卡诺制冷机，布雷顿制冷机，最优化一、前言实际工程问题主要是在给定的循环型式和运行边界条件...     

热电发电机驱动热电制冷机联合系统最优性能

用非平衡热力学与有限时间热力学相结合的方法,考虑装置内部的Seebeck效应、Peltier效应、焦耳热效应、傅立叶效应及装置与热源间传热损失,建立了牛顿传热规律下热电发电机驱动热电制冷机联合系统的有限时间热力学模型,得到装置制冷率和制冷系数的解析式.在装置热电单元总数和换热器总换热面积一定的条件下,优化热电单元和换热面积的分配,获得装置的最大制冷率和制冷系数,并着重分析了热电发电机高温热源温度和热电制冷机制冷空间温度对装置最优性能的影响.结果表明,优化可以有效地提高装置制冷率和制冷系数,增大装置极限制冷温差,拓宽装置工作范围.     

Comparative Assessment of Various Low-Dissipation Combined Models for Three-Terminal Heat Pump Systems

Thermally driven heat pump systems play important roles in the utilization of low-grade thermal energy. In order to evaluate and compare the performances of three different constructions of thermally driven heat pump and heat transformer, the low-dissipation assumption has been adopted to establish the irreversible thermodynamic models of them in the present paper. By means of the proposed models, the heating loads, the coefficients of performance (COPs) and the optimal relations between them for various constructions are derived and discussed. The performances of different constructions are numerically assessed. More importantly, according to the results obtained, the upper and lower bounds of the COP at maximum heating load for different constructions are generated and compared by the introduction of a parameter measuring the deviation from the reversible limit of the system. Accordingly, the optimal constructions for the low-dissipation three-terminal heat pump and heat transformer are determined within the frame of low-dissipation assumption, respectively. The optimal constructions in accord with previous research and engineering practices for various three-terminal devices are obtained, which confirms the compatibility between the low-dissipation model and endoreversible model and highlights the validity of the application of low-dissipation model for multi-terminal thermodynamic devices. The proposed models and the significant results obtained enrich the theoretical thermodynamic model of thermally driven heat pump systems and may provide some useful guidelines for the design and operation of realistic thermally driven heat pump systems.     

广义不可逆卡诺制冷机的生态学最优性能

以反映制冷机火用输出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 ,导出了牛顿传热定律系统广义不可逆制冷机的生态学最优性能 ,由数值算例对不同损失情况下制冷机的性能变化规律进行了比较。文中结果对实际制冷机的设计工作具有一定的理论指导意义