任意循环过程的效率和致冷系数

将任意循环过程的效率η和致冷系数ε，分别与工作在它所经历的最高与最低热源温度之间的可逆卡诺循环的效率ηｃ和致冷系数εｃ比较后可知：尽管对致冷机有与卡诺定理相应的结论，但由热机η得到的其他结论，对致冷机ε却不能相应地成立．虽然ηｃ是一切热机η的上限，但εｃ却是可逆致冷机ε的下限，且εｃ既非不可逆致冷机ε的上限，又非它的下限．     

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。     

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…     

线性与非线性传热过程的Curzon-Ahlborn热机在任意功率时的效率

热机性能的优化是热力学领域的一个重要问题,而工质与热源之间的传热过程是热机工作时产生不可逆的主要来源.本文在引入功率增益和效率增益两个重要参数的基础上,基于一个简化的Curzon-Ahlborn热机模型并利用合比分比原理,给出了线性与非线性传热过程的热机在任意功率输出时的效率表达式,结合数值计算详细讨论了热机在任意功率输出时的特性.研究表明,参数ξ作为功率增益δP的函数存在两个分支:在第一分支上(不利情形),效率呈现出单调变化特征;在第二分支上(有利情形),效率随着的δP变化是非单调的且有最大值.随着传热指数的增加,热机的工作区域减小,这源于非线性传热过程包含热辐射所致.进一步发现功率-效率关系曲线存在权衡工作点,热机在该点附近工作能够实现最有效的热功转换.研究结果有助于深入理解具有不同传热过程热机的优化执行.     

一种实际热力系统参数优化方法(一)——等价变换定常态有限时间分析

本文工作是一种实际热力系统参数优化方法的基础预备工作,首先通过等价变换方法,把有限热容热源和工质循环的实际热力系统变换为等价定温热源和等价内可逆卡诺循环热机模型,其次用定常态有限时间热力分析法,求解出热力系统的输出功率、效率、换热器总传热系数与工质的吸热、放热等效温度之间关系式,而后借助无量纲归一化方法给出热机输出功率与效率的关系图,本文工作为后篇的实际热力系统的参数优化提供了理论基础。     

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…     

换气式空气热机实验

换气式空气热机是在其工质状态作循环变化过程中与外界有气体交换的一种热机.本文对其工作过程给出了一种物理解释.即它的高低温热源皆不能用单一温度的热源来表示.由于热机对外做功环节是整体工质所完成的,而外界对热机做功环节是对缸内部分工质所进行的,因此在一个循环过程中工质对外界所做的功比外界对缸内部分工质所做的功多,故这种热机能够实现自持工作.     

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。     

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…     

热力学第二定律的两种表述及其实质

通常热力学第二定律有两种表述方法. 1.开尔文表述:不可能从单一热源吸取热量,使之完全变为有用的功而不产生其它影响.又可表述为:第二种永动机是不可能造成的.开尔文表述是通过分析热机的效率而得到的. 表述中的“单一热源”是指温度均匀并且恒定不变的热源.着温度不均匀,则热源内一部分温度高,另一部分温度低,实际上变成了两个热源.例如,海水的温度是随深度的增加而变化的,因此,利用不同深度的海水分别作为两个热源,吸热作功,进行发电在理论上是可行的.但因温差太小,不同温度海水层的高度差却很大,使得这种想法没有什么实际意义罢了. 表述…     

半导体降温及能源回收的热力学讨论

研究目的:通过对半导体降温及能源回收的讨论,把半导体热电器件作为正循环热机的工作系统引入到热力学的教学中,加深学生对热力学基本概念和定律的理解;研究方法:以恒温水浴槽、智能控温器等构建半导体热电器件降温及能源回收测试装置,准确测定发热体的温度和发热功率百分比等参数,以获得热电器件从高温热源的吸热、向低温热源的放热以及做功等;研究结果:当半导体热电器件输出功率0.63W时,从发热体吸热6.44W,热机的效率为9.8%;当热电器件输出功率0.43W时,从发热体吸热4.32W,热机的效率为10.0%;研究结论:热电器件做功越大,从高温热源吸热越大,向低温热源放热越大,温差相同时,热机效率相等。该讨论的引入在课堂上获得了良好的反应。     

用非共沸混合工质R22/R142b实现劳伦兹循环代替R12的研究

早在1894年,苏黎士工程师H.劳伦兹就提出一侧以冷冻盐水,另一侧以冷却水为热源的变温热源制冷机的理想循环,他当时称为多变循环。该循环由两个绝热过程和两个多变过程组成,其多变过程要保证过程的温度变化与外界热源的温度变化一致。该循环示于图1,θ_1,T_1,θ_2,T_2为循环四个拐点的温度。目前在技术上实现劳伦兹循环的方式主要有三种:     

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.     

利用LNG冷(火用)的准零CO2排放循环探析

本文研究利用LNG冷(火用)来完善燃用它的热机性能,既提高了效率,又能回收用LNG燃料热机的唯一主要排放-CO2.这种系统的温度区间横跨大气温度,会有很多新的特点值得探索.作为前期研究,本文建议了两种新循环,分别基于Brayton循环与超临界Rankine循环,且分别适用于LNG超临界及亚临界汽化过程.文中对此两种循环进行了分析计算与讨论,说明建议是可行的,热机效率可达60%以上,且同时基本回收所有燃烧产生的CO2.     

从有限热源获得最大功率输出时的循环效率

本文讨论从有限热容量的热源吸热的循环在最大功率输出时的效率.首先考虑单一的卡诺循环(即由两个绝热和两个等温过程组成的循环),其高温热源的热容量有限,而功率输出达极大值的情况,其次考虑这情况下一系列的连续卡诺循环.分别导出了这两种情况下循环的效率。     

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…     

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。     

非线性二极管系统构成的不可逆热机性能特征分析

研究了一个非线性二极管系统构成的不可逆热机的性能,它是由分别处于两个温度不同的热库中,完全相同的两个非线性二极管反向连接后并联上一个电容器组成的.运用非线性系统涨落理论计算出从两个热库中吸收的热流,考虑热漏损失后得出热机的功率和效率.通过数值模拟可以绘出热机的性能特征曲线以及优化性能参数随两热库温度比等主要参量的特征曲线.分析了二极管的非线性强度、热漏损失和温度比对热机性能特性的影响.最后,讨论了理想二极管热机的性能特征.     

R22与其替代工质的性能比较与分析

1前言传统的单工质蒸气压缩理论循环分析认为在冷凝器和蒸发器中,制冷剂的冷凝温度和蒸发温度等于相变温度,而忽略了压缩机进出口的过热段以及冷凝器出口过冷段的温度变化,直接造成了人们对回热循环和过热循环的认识偏差,产生了许多误解,其评价标准是有缺陷的。本文以变温热源的可逆循环为基础,考虑了在实际中是可以利用的过热段以及过冷段的温度变化,假设在冷凝器和蒸发器中,制冷剂与外界高、低温热源无换热温差,使循环更接近可逆循环。以此为基础的当量温度法可完善单工质的理论循环分析,同时可用于朗肯循环与劳伦兹循环之间的…