正、反向两源热力循环有限时间热力学性能优化的研究进展

有限时间热力学所得结果具有普适性,其研究结果已成为热物理学的一个重要基础.许多学者利用有限时间热力学方法对单级和多级正、反向两热源热力循环最优性能和最优构型进行了大量研究,获得了一些比经典热力学对于工程设计和优化更具有实际指导意义的新结论.综述了利用有限时间热力学理论对不同传热规律下单级和多级正、反向两热源热力循环最优性能和最优构型研究的最新进展,包括不同传热规律下内可逆和不可逆卡诺热机、制冷机和热泵循环的最优性能研究进展,两热源热机、制冷和热泵循环最优构型及多级复杂热力系统最优构型研究进展.     

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…     

不可逆卡诺型制冷循环性能的优化

1引言 一些文献中不考虑热漏的特殊效应，建立不可逆制冷循环模型，但研究表明，这种模型是不完备的．在实际循环中，热漏不仅影响制冷机的最优构型，而且影响制冷机的制冷率、制冷系数特性．本文讨论在考虑实际热阻、热漏条件下，不可逆卡诺制冷循环性能的优化．     

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...     

热漏、热阻及回热特性对磁Ericsson制冷循环最优性能的影响

建立了同时考虑热漏、热阻及回热等主要不可逆因素的顺磁质 Ericsson制冷循环的模型。针对回热平衡与回热不平衡的情况 ,应用有限时间热力学理论 ,导出了制冷率与制冷系数间的基本优化关系 ,给出了制冷率、制冷系数的优化值域 ,结果反映了回热式制冷机的主要观测特征。讨论了基本优化关系的应用 ,分析了热漏、热阻及回热损失对制冷循环性能影响的本质差异     

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…     

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。     

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．     

以铁磁材料为工质的不可逆Ericsson制冷循环的热经济性能优化

据朗之万理论导出铁磁材料的磁化强度和熵表式,构建以铁磁材料为工质的不可逆回热Ericsson制冷循环,分析和评估该制冷循环的热经济及热力学性能,揭示有限热源、回热器效率、外磁场强度等参量对循环热经济性能及其相应的制冷率和性能系数等的定量影响。所得结果为实际磁制冷机循环参数优化设计提供参考。     

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…     

关于制冷机制冷系数ε的讨论

通过对理想气体卡诺循环的工作过程和一般致制机的工作过程的比较,对制冷机的制冷系数进行了研究,从而对卡诺逆循环和制冷系数有较全面的认识。     

不可逆热电制冷循环的性能优化准则

考虑了热电制冷循环中热阻、热漏和焦耳热等主要不可逆性，引入了特征参量功率消耗比r，借助装置设计参量X表征了内、外不可逆性，利用有限时间热力学建立了制冷功率、制冷系数与特征参量之间的基本优化关系，导出了协调制冷功率与制冷系数的参量r、X以及电流I的优化准则。     

不可逆量子自旋布雷顿制冷机最优性能

本文建立了以无相互作用1/2自旋系统为工质的不可逆量子布雷顿制冷循环模型,循环由两个等磁场过程和两个不可逆绝热过程组成。模型考虑了热阻、内摩擦、旁通热漏三种不可逆损失。应用有限时间热力学理论、量子主方程和量子半群方法,本文导出了该制冷机的循环周期、制冷率和制冷系数。应用数值计算和图例,给出了量子布雷顿制冷机的制冷率和制冷系数最优性能,并分析了量子摩擦和旁通热漏对其最优性能的影响。     

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。     

线性不可逆热力学框架下一个无限尺寸热源而有限尺寸冷源的制冷机的性能分析

如何优化工作在有限尺寸的热源与冷源之间的热设备的性能是有限时间热力学领域的一个重要课题.本文在线性不可热力学框架下,结合有限时间热力学理论,研究了一个无限尺寸热源而有限尺寸冷源的制冷机的工作过程,解析性地推导了紧耦合条件下平均输入功率以及制冷系数表达式,并且进一步讨论了该制冷机的性能.发现平均输入功率与制冷时间不存在明确的优化关系,而且输入功率的增加导致制冷系数单调减小,但辐射能的增加致使制冷系数增强.研究结果对于深入理解实际的热力学过程具有一定的工程实践性价值.     

不可逆回热式循环热机的功率与效率关系

给出了不可逆回热式热机循环模型 ,得到了与实际观测的热机特性相一致的p - η关系 ,讨论了热阻、热漏等不可逆困素对热机特性的影响 ,并与不可逆卡诺热机循环模型作了比较     

铁磁回热Ericsson制冷循环性能特性优化

应用Langevin函数的近似解、最优控制论及热力学分析方法对以铁磁材料为工质的回热Ericsson制冷循环性能参数进行优化分析,揭示有限速率热传导、不平衡回热、回热器效率及热源间热漏等多种不可逆因素对制冷循环性能的影响,所得结论可为室温磁制冷机的优化设计提供理论参考.     

可逆简单空气制冷循环品质因子优化

本文利用经典热力学理论，以可逆简单空气制冷循环为研究对象，借用有限时间热力学提出的品质因子作为优化目标，通过理论分析和数值计算，推导出了品质因子与影响参数间的解析式.通过优化压比给出了制冷循环的最优性能，分析了循环温比对制冷循环最优性能的影响.结果表明，选用品质因子作为优化目标进行性能优化，存在最佳压比使得品质因子取得最大值，而且优化结果保证了制冷率和制冷系数之间的协调，是一种较优的折衷方案.     

对《卡诺制冷机的最佳制冷系数与制冷率间的关系》一文的不同意见

文献[1]研究了卡诺制冷机的最佳制冷系数与制冷率间的关系,所得结果是1)其中εo是最佳制冷系数,R是制冷率,TH是高温热源温度,TL是低温热源温度,α是工作物质与高低温热源间的热传导系数.实际上,在给定的TH,TLα和R的情况下,活塞式卡诺制冷机的制冷系数ε没有极大值,因而(1)式不存在. 一、几个关系式 按文献[1]所给出的卡诺制冷机的模型,工作物质由状态A经A-B绝热过程膨胀到状态B,再由状态B经B-C等温过程膨胀到状态C,再由状态C经C-D绝热过程压缩到状态D,最后由状态D经D-A等温过程压缩到状态A,完成一个循环. 工作物质放出的给高温…     

焦炉气低温氢分离流程制冷循环

我国每年随焦炉气排放到环境中的氢气是数百亿立方米。文中提出分区液化的低温分离法将焦炉气中的氢分离并同时液化。通过CH4及N2的理想蒸汽制冷循环计算,结果表明CH4的制冷系数是N2制冷系数的2.7倍,而相应卡诺效率是1.6倍。通过Ne、H2、He的理想气体制冷循环计算,结果表明Ne的制冷系数和热力学完善度都最高。从热力学角度而言,可分别采用CH4和Ne作为制冷剂组成制冷循环。