生产工艺系统的能量平衡与平衡测试

一、概述 生产工艺系统是以获得某种物质产品为目的,由若干个有机联系的工艺环节所组成的完整的生产系统。从能源工程的观点看,它是一个由供能、用能和余能处理三部分组成的复杂能量系统。其特点是:通常同时耗用热能、电能等多种不同能级的能量;所有的工艺环节都伴随着不可逆损失。因此,欲改进工艺系统的用能过程,对其做能量平衡分析和     

工作于非标准环境下体吸收型激光能量计的研制

研究了能直接工作于非标准环境下的体吸收型激光能量计.由能量计热传导、热对流、热辐射的单位时间热交换方程推导出单位时间内能量计升温过程中热能损失的数学模型,根据数学模型对能量计整个升温过程的热损失进行补偿,使得能量计对于不同脉冲长度入射激光的测量结果重复性由4.7%提高到了0.6%,消除了能量计热损失给测量带来的不利影响.针对环境温度从-40℃变化到70℃测温用铜-康铜热电堆对1℃温差响应电压剧增30%的问题,在环境试验箱进行不同环境温度下的激光能量测量实验,得出了能量计不同环境温度下测量结果的修正系数,并利用最小二乘法建立了修正系数同环境温度之间的函数关系,使得环境温度对测量结果的影响得到了修正.     

热网加热器的热经济优化设计

一、引言 传统的能量利用过程热力学第二定律分析是以提高系统的(火用)效率或减小其熵产作为寻优目标。然而,不同过程的不可逆性损失的来源、性质等可能不同,不可按一种耗散过程同等对待,因此有必要从能量的经济价值入手研究这一问题。 热经济优化设计手段已应用于能量利用过程的设计之中。因此,根据耗散(火用)分类及其设计思想,本文建立了换热器热经济优化设计的数学模型,并应用于热网加热器的优化设计之中。     

空气热储存、光合作用和土壤垂直水分运动对黄土高原地表能量平衡的影响

地表能量不平衡问题一直是陆面过程研究的一个重要科学难题. 本文利用黄土高原陆面过程试验(LOPEX)资料, 在将垂直感热平流项引入地表能量平衡方程的基础上, 估算了空气热储存和光合作用储存的大小, 并分别用水分守恒关系和两层土壤温度方法计算了浅层土壤水分垂直通量, 考察了空气热储存、光合作用储存和水分垂直运动热量输送对地表能量平衡的影响.结果表明: 黄土高原区自然植被下垫面的空气热储存、光合作用储存和土壤水分垂直运动热量输送平均日变化峰值分别达到1.5, 2.0和7.9 W·m^-2; 在能量平衡方程中引入这三项后, 地表能量闭合度由88.1%提高到89.6%. 空气热储存、光合作用储存和水分垂直运动热量输送对于改善黄土高原地表能量不平衡状况有一定作用, 研究区域的半干旱气候背景和植被状况是导致各热储存量与其他试验区存在差异的根本原因.     

碰撞问题的速度矩阵表达和能量损失及传递率分析

以两体碰撞为例, 对碰撞前后的速度关系利用矩阵作了简明表达. 全面分析了碰撞前后的能量组成及 关系, 阐述了资用能的物理意义, 求出了能量损失、 能量传递率等表达式. 本文的分析方法也可推广到多体碰撞问 题中去     

面内形状各向异性能对自旋转矩振荡器零场振荡特性的影响

利用Landau-Lifshitz-Gilbert-Slonczewski方程, 在理论上研究了由磁矩垂直于膜面的自由层和磁矩平行于膜面的极化层组成的自旋转矩振荡器的振荡特性. 数值结果表明面内的形状各向异性能, 可以使自旋转矩振荡器在无磁场情形下产生自激振荡. 此特性可以用能量平衡方程解释, 即面内形状各向异性能可以导致系统中自旋转矩提供的能量与阻尼过程所消耗的能量之间的平衡. 特别是, 面内的形状各向异性能越大, 自旋转矩振荡器的可操控电流范围越大, 并且产生微波信号的频率越大, 但其阈值电流几乎不变.     

热法磷酸生产过程推动力和节能改造的分析

本文以有余热回收的两步法热法磷酸生产系统为研究对象,提出了热法磷酸生产过程推动力及其节能潜力的概念和计算方法,通过对实际生产系统进行的能量分析,说明了考虑过程推动力的能量分析的科学性和实用性。并在分析导致内部(火用)损失主要因素的基础上,提出了两个节能再改造构想,通过对再改造前后生产系统的能量利用、经济效果和环境影响的对比分析,证明了再改造构想具有可行性。     

简明的液体状态方程式与液泵流体机械相对效率的新关联式

化工机械较之其他机械的显著区别在于:装置内涉及的能量形式多样(如压力能、化学能、机械能等);参与工质性质多变(如组成分、相态等);以及运行的工况域宽、工作参数特殊(如高低压、高低温)等。因此,若把之视作一整体的能量系统,通过对其工质热行为性质的研究,尤其与能量转换、传递和强化等因素直接相关的能量有效利用问题相关联,     

钙钛矿中热载流子的超快光谱探测

热载流子能量耗散是太阳能电池效率损耗的主要来源之一。近年来,钙钛矿中的热载流子效应获得了研究人员的广泛关注。相比于传统半导体材料,钙钛矿具有较慢的热载流子冷却过程,有望利用这些热载流子,提高太阳能电池的能量转换效率,克服单结太阳能电池的Shockley-Queisser极限。本文主要阐述了近几年人们利用超快光谱技术在钙钛矿中观测到的热载流子弛豫现象,总结了其热载流子的动力学特性;对钙钛矿中各种体系中热载流子冷却的机理进行了梳理,并讨论了钙钛矿中热载流子的传输特性和抽取方法;最后对钙钛矿中的热载流子弛豫过程的调控和其热载流子太阳能电池中的应用发展进行了展望。     

热加工过程中动态再结晶现象的多相场研究

金属热加工过程中的动态再结晶引起的组织演化难以通过实验实时观察, 本文基于Ginzburg-Landau动力学方程, 构造多相场法与位错密度计算相耦合的物理模型, 模拟了热加工过程中的动态再结晶现象.研究了不同温度和不同应变速率下的动态再结晶过程, 阐述了应力-应变曲线由单峰形式转变为多峰形式的原因.此外, 本文利用多相场法对多阶段变形过程进行了系统模拟, 研究了静态回复对动态再结晶过程的影响, 分析了不同的热加工参数对动态再结晶动力学的影响, 发现在变形间断过程中, 晶粒尺寸不断增大, 较高的变形温度和较低的应变速率可以加速动态再结晶过程.     

N个光子所组成气体的能态密度

由N个光子所组成气体的能态密度的严格计算是一个非常困难的数学问题,至今在文献中尚未见到.在经典近似极限下的结果见于R K Pathria所著Statistical Mechanics P 49,但该书没有给出详细推导过程.在马本、高尚惠、孙煜编的。热力学与统计物理学。(以下简称《热统》)一书中第七章系综理论的思考题及习题中的第一题即为上述问题:找出N个光子气体的态密度与其能量的函数关系,其能量为E=,其中c为光速.这一问题由于在习题中出现,这就使它成为在《热统》教学中必须认真考虑的问题.而在刘再祥、高尚惠所编《热力学与统计物理习题解答》一书中,…     

热熵、物熵和信熵对人类的影响

 熵是量度任何系统在微观层次上的无序程度的物理量。无序度越高则熵值越大。这个概念既包括能量和组成物质本身的无序度,还包括所有建构事物系统存贮的信息的无序度。我们把前者称之为热熵和物熵,而后者称之为信熵。它们之间是相互关联的,在认识这几种熵对人类生存环境的影响的前提下,更好地把握对热熵、物熵和信熵的平衡取舍,才能对人类社会的生存和可持续发展起到积极的作用。一、热熵和物熵的自然流向从能量角度来看,熵定律意味着自然进行的能量转化过程总是由有序度高的能量向有序度低的能量转化,这个过程必定朝着熵增加的方向进行。     

多晶石墨烯拉伸断裂行为的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟方法研究了不同晶界对石墨烯拉伸力学特性及断裂行为的影响. 定义了表征晶界能量特性的新参量缺陷能, 并以此为基础分析了晶界结构的能量特性. 探讨了晶界对弹性模量和强度极限等的影响以及强度对晶界能量特性的依赖关系. 结果表明: 晶界能量特性可以间接反映晶界强度; 同时, 晶界中缺陷会使实际承载碳键数量小于名义承载碳键数, 从而在较大范围内影响弹性模量. 分析了不同晶界的断裂过程, 发现了裂纹扩展方向的强度依赖性: 低强度晶界主要是以碳键直接断裂为主要方式的沿晶断裂, 而高强度晶界通常是碳键直接断裂和Stone-Wales翻转过程交替进行下的穿晶断裂. 研究结果可为石墨烯器件的设计制造提供理论指导.     

绝对吸收式激光能量计高准确度校准技术研究

采用量热法的高能激光能量计用于测量能量大于50 kJ的连续波高能激光能量,通常用已知功率的连续激光开展激光能量计的光电校准需要激光照射时间超过20 min,而由于热损失等原因,进行长时间激光能量校准时,校准不确定度高达12%。以量热式平面吸收高能激光能量计为模型,从理论上分析了热辐射、热对流对连续波高能激光能量测量结果的影响,得到了较准确的平面吸收腔激光能量计冷却数学模型,实现了能量计热损失补偿,并通过建立相应的实验装置验证了该模型,用其对装置的测量结果加以修正,可使光电校准的测量不确定度减小到1%以下。     

多通道石墨纳米带中弹性声学声子输运和热导特性

采用非平衡格林函数方法, 在保持总的能量输出通道中石墨链数不变的条件下, 研究并比较了并列的石墨纳米带通道中弹性声学声子输运和热导特性. 结果表明, 能量输出通道的增加能降低每个能量输出通道的热导; 与能量输入热库最近的能量输出通道热导最大, 最远的能量输出通道热导最小; 中间能量输出通道的热导性质与并列的各输出通道的结构参数密切相关, 最近和最远的能量输出通道的热导性质仅与各自能量输出通道的结构参数有关; 粗糙边缘结构能有效调节各通道的热导; 总的热导性质与能量输出通道石墨链数、能量输出通道数以及边缘结构粗糙程度密切相关.     

自持磁约束电子云的流体理论(Ⅰ)流体方程组

本文利用流体理论研究轴对称自持磁约束电子云.这种电子云是依靠Penning放电维持的.在电子云中电子的运动特性可以用由连续性方程、动量方程、能量方程、Poisson方程和热传导方程组成的流体方程组来描述.文中还讨论了电子云中电子的扩散、逃逸和能量输运等问题.     

高温超导带最小触发能量的有限元分析

本文用有限元方法(finite element method,简称FEM)对Bi2223/Ag高温超导多芯带材的最小触发能量进行了理论估算,得到最小触发能量(MQE)与传输电流(It)之间的关系并与实验结果进行了比较.通过计算机模拟运算,可以方便得到加热器触发局域失超后的失超传播过程中超导带的空间和时间的温度分布.研究表明,建立合适的热分析模型,用有限元分析可以模拟出超导体失超传播过程中由超导态过渡到正常态的温度变化行为.     

基于甲醇化学链燃烧的新型燃气轮机间冷循环

本文提出一种新颖的甲醇化学链燃烧动力循环系统.该系统利用空气压缩的间冷热提供甲醇和Fe2O3反应热,将间冷的低温热转换为高品位化学能;同时得到预冷的空气吸收燃烧产物Fe2O3的显热,降低了还原反应的温度.与常规化学链循环相比,该循环利用间冷的热量代替高温Fe2O3的显热提供还原反应的反应热,系统内能量品位匹配更加合理.根据图像(火用)分析方法,阐明了甲醇化学链燃烧过程(火用)损失减少和间冷热品位提升的机理.本文对新循环进行了分析,并以常规化学链循环为参照,研究了其性能.新循环的效率较高,同时可以实现CO2无能耗的分离.     

带电粒子的动量分析和能量分析

本文介绍用磁分析器对带电粒子进行动量分析及用静电分析器对带电粒子进行能量分析的实验原理和方法.实验中用到高真空、离子源、磁场、高电压及小电流测量等方面的实验技术,可以对学生进行综合性的实验训练.一、基本原理 1.磁分析器 磁分析器是对带电粒子进行动量分析的仪器,它由直流电磁铁和真空盒组成.直流电磁铁包括磁轭、磁极和励磁线圈三部份(见图1).磁极和磁轭用工业纯铁做成,励磁线圈是用漆包线在铜骨架上绕制而成.两磁极面彼此平行,且呈60°扇形.放在两磁极之间的真空盒作为粒子的通道. 设速度为。的带电粒子进入磁感应强度为B的…     

数据中心机架式服务器选型对其热环境的影响及优化分析

数据中心热环境是空调系统制冷效果和能量利用的综合体现,其优良受到诸多因素的影响。为研究机架式服务器的选型对数据中心热环境的影响,对三种不同功率的1U服务器的数据中心进行仿真模拟,并分析优化其热环境。结果表明,采用封闭冷通道、增加空U挡板和提高送风温度均能改善机房的热环境,提高冷量利用率。