有限时间热力学理论和应用的发展现状

回顾了有限时间热力学的发展史,从物理学和工程学两个角度全面评述了其理论和应用研究发展现状,重点介绍了有限时间和／或有限尺寸约束条件下热力过程和装置的性能优化问题,指出了广义热力学优化将是其发展方向。     

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。     

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.     

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.     

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）…     

对热力学第二定律的解析

热力学第二定律是热力学的基本定律之一，它是关于在有限空间和有限时间内，一切和热运动有关的物理、化学过程具有不可逆性的总结．同学们对热力学第二定律的理解有些困难，现从以下几个方面举例分析．     

对"燃料电池物理及化学性能的有限时间热力学分析法”的讨论

近期在本刊发表的"燃料电池物理及化学性能的有限时间热力学分析法”一文[1],将近20多年来新发展的有限时间热力学理论用于化学过程的研究,是很有意义的,特别是在研究中考虑了化学反应不可逆性和传热不可逆性,更值得提倡和重视.但文献[1]的结果是不正确的,主要对系统和有关环境的总熵产生率计算有问题,概念上有错误.     

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．     

单级多单元热电制冷机制冷率优化

以不可逆单级多单元热电制冷机为研究对象,综合考虑热电单元内部效应、热电单元尺寸、热电材料物性随温度变化的特性、外部有限速率传热不可逆性,建立了较完备的有限时间热力学模型。在有限速率传热、有限尺寸(给定换热器总热导率、热电单元总数等)约束下,同步优化工作电流、热电单元尺寸和换热器热导率分配,得到装置的最大制冷率,并分析了重要参数对最大制冷率及最优变量的影响,所得结果可为热电制冷机设计提供指导。     

多孔介质对流干燥外部传热传质的非平衡热力学理论

从非平衡热力学理论出发,以广义热力学力作为传质过程驱动势,建立了描述多孔介质恒速干燥阶段外部对流传热传质过程的热力学理论模型,并进行了数值计算,计算值与已有的实验数据吻合较好;同时,还将计算结果与传统的理论进行了比较,结果表明,非平衡热力学理论更能反映过程的物理本质。     

弱磁场中弱相互作用费米气体的有限粒子数效应(英文)

由弱磁场中弱相互作用费米气体的配分函数,导出有限粒子数条件下系统的配分函数G(β,N ).在此基础上,运用统计平均方法求解有限粒子数弱相互作用费米气体热力学量的解析表达式,给出各种温度条件下的热力学性质.研究结果表明,有限粒子数效应使各个热力学量都产生了一个修正项,除温度趋于0外,粒子数对化学势的修正项有直接影响,对内能和热容量的修正项并不产生直接影响.并且有限粒子数效应总是降低化学势,从而使化学势的0点向低温漂移,粒子数增大,会削弱这种效应,粒子间的相互排斥会加强这种效应.     

On the construction of an extended thermodynamic framework for irreversible processes

It is shown that the practice in extended irreversible thermodynamics of raising the physical fluxes, such asq, the heat flux density, etc. to the status of independent thermodynamic variables does not meet the basic thermodynamic requirements nor in a real situation by keeping them constant one can vary the other thermodynamic independent variables. To elucidate this point the phenomena of rigid body heat conduction is used as an illustrative expample. It is argued that the thermometric temperature of systems whether in equilibrium or in nonequilibrium is the same physical entity.     

ONSAGER-CASIMIR Relations and Dynamical Optimization Principle

The ONSAGER -CASIMIR reciprocal relations for finite dimensional thermodynamic systems are shown to be closely related to an optimization principle (in the sense of PONTRYAGIN ) for a time integral of entropy. A simple numerical example is given.     

2-（甲苯-4-磺酰胺基）-苯甲酸的结构、光谱与热力学性质的理论研究

在B3LYP/6-31++G^**水平对2-（甲苯-4-磺酰胺基）-苯甲酸分子进行几何构型优化和频率的计算，得到红外光谱，拉曼光谱和不同温度下的热力学性质.结果显示，该分子羧基的碳氧原子、磺酰胺基的氮原子与苯环形成不同的离域大π键，空间位阻效应和共轭效应使两个苯环不在同一平面，二面角为63.2°.使用含时密度泛函理论方法计算第一激发态的电子垂直跃迁能，得到最大吸收波长为312.7?nm，属于近紫外区，这与该分子在二氯甲烷溶剂中的实验测得值307?nm一致. 关键词： 2-（甲苯-4-磺酰胺基）-苯甲酸 光谱 热力学性质 密度泛函理论     

判断热力过程吸热与放热的一种简便方法

本文给出判断热力过程吸热与放热的一种简便方法，并作些有意义的讨论。     

新一代核能布雷顿闭式循环热力学分析研究

核能利用是２０世纪最激动人心的科学成就之一。核能和平利用的重点在核能发电,至今核电站反应堆多为低温水冷堆,采用水或重水作为冷却剂和慢化剂,堆出口载热工质温度较低（２８０“Ｃ～３４０“ｑ,因而多应用常规的Ｒａｎｋｉｎｅ蒸汽热力循环,热转功的效率较低（２８％～３３％）。９０年代以来,随着工业和航空燃气轮机技术长足进步和高温核反应堆的进展,核能布雷顿闭式循环（ＮＥＢＣＣ）展现出提高性能的潜力和发展前景,受到普遍关注。近期提出的模块化高温气冷堆氦气轮机（ＭＨＲ－－ＧＴ）［‘－‘］就是应用ＮＥＢＣＣ的典型…     

判断热力学过程吸热与放热的两种方法

本文给出了判断热力学过程吸热与放热的两种方法。