任意逆循环的致冷系数

由任意正循环的效率η（Ｑ１－Ｑ２）／Ｑ１，容易被误为与其相应逆循环的致冷系数也必是ε＝Ｑ２／（Ｑ１－Ｑ２）．本文论述了任意逆循环致冷系数的正确表达式，并对文献［１］提出了某些疑问．     

卡诺循环的拓宽与发展

普通物理学（现称大学物理）中所讲的卡诺循环,是理想化的可逆循环,可称为可逆卡诺循环。其循环效率可表示为 ηｃ＝ ｌ— ＴＬ／ ＴＨ式中ηｃ表示可逆卡诺热机效率,ＴＬ、ＴＨ分别表示低温源、高温热源的温度． 但是,任何一台实际热机,都不可能像可逆卡诺热机那样进行理想化的循环,不可能无限缓慢地运行,不可避免地要受到一些不可逆因素的影响,都或多或少存在“不可逆损耗”,因此,实际热机的效率都比理想化的可逆卡诺热机效率低得多．为了贴近实际,有必要探讨不可逆卡诺循环效率、建立有关不可逆循环的理论．基于这种考虑,不…     

可逆机效率的简单计算方法

本文把理想的可逆卡诺机热效率公式和致冷系数公式的形式推广应用到一类非卡诺机，为计算理想气体含有两绝热过程与多方过程组成的可塑机效率提供了一种简单计算方法。     

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…     

对“任意逆循环的致冷系数”的讨论

本文指出，“任意逆循环的致冷系数”一文中所提出的“任意逆循环致冷系数的正确表达式”是不正确的．任意正循环的效率可表为η＝（ １－ ２）／ １，任意逆循环的致冷系数也可表为э＝（ １－ ２）　．其中 １和 ２表示循环中与热源交换的热量，而不包括与回热器交换的热量．     

也谈任意循环过程的热效率

任意循环（包括可逆或不可逆）过程中热效率的 研究不仅在热学理论中，而且在热机的发展中都具有 重要意义．本文试应用基于热力学第二定律的克劳修 斯等与不等式证明η任≤η卡，即任意循环的热效率 η任不大于可逆卡诺循环的热效率η卡．     

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．     

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…     

关于流体流动的最大输出功率及效率

1引言传统有限时间热力学研究的模型为仅考虑温差传热的内可逆卡诺热机。事实上，存在有限势差（温度差、化学势差、压力差、电压差等）的各种装置均可应用类似分析。流体流动作功与温差传热热机间的类比性最早由Bajan[1]发现，Radcenco[2]进一步作了研究．最近，Bejan[3-4]用内可逆热机的研究方法分析了流体流动的最大功率输出问题。本文基于非线性压力流阻关系导出流体流动功率输出与效率关系，并导出了最大功率输出及其相应的效率界限，由此发现Bejan[3-4]的结果是不正确的。2物理模型和性能分析考虑图1所示活塞、气缸装置。活塞在压差…     

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。     

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…     

铁电固态热机的物理机制及应用

能源是当今举世瞩目的重大问题.研制新型能源材料,探索节能新途径是物理学和材料科学研究中的重要课题.早在二十年代就有关于铁磁体作为工作物质的致冷机和热机(热引擎)的设想和实验[1,2],但将铁电体用于致冷机和热机的研究则是近十几年才发展起来的.这种热机的特点是,工作物质是在居里温度附近工作的铁电介质.热机通过温差电效应和热电效应相结合,将热能直接转变为电能,而不要任何普通热机所需的复杂中间机械系统,还可以利用低温能源(如太阳能、地热和工厂废热)来发电.这是一种新的发电方式.人们在对其物理机制和材料问题研究的同时,着重在…     

致冷系数和西贝克效应的演示实验

本文针对大学物理数学中，从未开设致冷系数演 示实验的情况（因为很难用两台压缩式致冷机进行对 比演示），尝试用半导体致冷系统进行此项实验．实 验采用价钱低、体积小的半导体致冷块作致冷机，又克服 了稳压电源笨重，实验受环境温度影响较大等缺点，在“教学中取得较好效果．在第三次全国工科物理教学研 讨会上，成功地进行了此实验，深受教师们的欢迎．     

热力学第二定律的量化表述及其应用例

尝试对热力学第二定律进行量化表述,通过能量在转移过程中有效能量变化的计算,当消耗的有效能变为无效能时,则用于描述不可逆过程;当有效能与功等量交换时,则用于描述可逆过程,并给出了多过程系统的第二定律计算式;介绍了有效能函数与热力学的三个能函数U、H、F的关系及其微分关系;给出了传热、摩擦、节流、冷热液体混合等7种不可逆过程和等价内可逆卡诺循环热机的有效能消耗。用有效能消耗量与输运热量的比值,定义了不可逆传热过程的有效能消耗系数η_(u,ir);用有效能转化功量与吸热量的比值定义的热机效率叩,发现传热过程的有效能消耗系数和卡诺循环热机的效率有相同的表达式,为η_(u,ir)=η=T_0(1-T_2/T_1)/T_2,不仅与热源高、低温T_1和T_2有关,还与环境温度T_0有关。     

致冷机的功－熵关系及其应用

在不同热源情况下，对致冷机应用整个系统熵的变化改写热力学第一定律的形式，得到相应的功－熵关系，并讨论了它的一些简单应用．     

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。     

磁场致冷综述

本文综述了获得极低温的磁场致冷的物理思想和基本原理，包括顺磁盐绝热去磁致冷、核顺磁体绝热去磁致冷、超导体绝热磁化致冷、合金绝热去磁致冷和其它致冷，并估计了磁场致冷获得低温值的下限．     

热漏对内可逆卡诺循环性能的影响

本文在内可逆卡诺循环的基础上，进一步讨论热漏对循环的影响。结果表明，考虑热漏很有意义，可使循环的功率－效率特性与实际热机的观测性能相符，并可得到一些更为精确的新结论。     

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。     

卡诺定理的正确认识

在普通物理热学教学中,对卡诺定理和可逆循环效率的认识十分重要,但对此经常容易产生误区。由教学中常见的具体问题出发,我们对卡诺定理的适用范围,可逆非卡诺循环的效率和热机效率的提高途径等问题进行讨论。强调:卡诺定理中的可逆热机是作卡诺循环的;可逆非卡诺循环效率一般与工质及循环曲线形状有关,但有类卡诺循环等特殊情形;提高热机效率的途径应为:使循环尽可能地接近卡诺循环和提高两热源的温度差。同时纠正了一些有关的模糊认识。本文对实际教学有一定的参考价值。