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…     

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…     

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…     

工质变比热条件下内燃机循环普适特性

用有限时间热力学的方法分析空气标准不可逆内燃机循环,导出了考虑工质变比热情况下,存在摩擦及传热损失时,由两个加热过程、两个放热过程和两个绝热过程组成的普适的空气标准不可逆内燃机循环的功率与压缩比、效率与压缩比以及功率和效率的最佳特性关系,同时由数值计算分析了工质变比热和循环过程对循环性能的影响特点,比较了工质恒、变比热时循环性能差异。所得结果包含了不可逆往复式Diesel、Otto、Brayton、Atkinson、Dual和Miller 循环的性能特性。     

布雷顿-逆布雷顿联合循环最优性能

用有限时间热力学研究布雷顿-逆布雷顿联合循环的热力学性能.调整质量流率和底循环压气机的入口压力优化该联合循环的功率和效率.分析表明,分别存在最佳的燃料流率和底循环压气机的最佳入口压力使循环输出功率最大,最大功率对应顶循环压气机压比有附加的最大值.给定质量流率和动力装置尺寸的情况下,通过合理分配顶循环压气机入口和底循环透平出口之间的流通面积,循环输山功率和热效率可以得到再次优化.     

一类弱耗散广义卡诺热机循环的性能特性

将弱耗散假设应用于由两个绝热过程和两个多方过程组成的一类广义卡诺热机循环,求出了循环的输出功率与效率的表达式,并给出了循环在最大输出功率时效率的上下界限,由此讨论了这一类循环的性能特性.     

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。     

热机循环极限效率的图像讨论法

证明了在相同的高温热源和相同的低温热源之间的所有可逆循环中,卡诺循环的效率最大;而采用T-S图和p—V图的方法对此进行讨论,则是一种简明直观的方法．     

关于克劳修斯等式证明的再讨论

文章研究了克劳修斯等式的证明方式.发现一些主流热学教材中的做法是用若干个完整的卡诺循环去分解任意循环,认为相邻的两个卡诺循环之间的重叠部分在两次循环中抵消.利用简化的分解图证明了这种分解是有问题的,其结果是工质无法在两个相邻的卡诺循环之间过渡.指出两个卡诺循环之间的重叠部分根本未曾被经历,并无＂抵消＂之说.正确的做法是用若干个卡诺循环＂局部＂去对任意循环进行分解,工质先依次经历各个＂局部＂的高温部分,再按相反的顺序经历其低温部分.基于这种分解,重新证明了克劳修斯等式.     

以广义Redlich-Kwong气体为工质的不可逆回热式斯特林热机循环输出功率和效率

研究了热阻、回热损失和热漏等多种不可逆因素对以广义Redlich-Kwong气体为工质的斯特林热机性能的影响,给出了斯特林热机输出功率和效率的具体表达式并分析非理想回热特性及循环主要性能参数(如循环体积比及工质高低温比等)对循环输出功率和效率的影响.同时指出,只有在理想回热及无热漏的情况下,气体斯特林热机的效率才能达到卡诺效率.     

常功率平面热源法加热器热容量的影响

本文对测定热绝缘材料和建筑材料的导温系数α和导热系数λ的常功率平面热源法,在进一步考虑加热器热容量的条件下求解了试样中的温度场,分析了加热器热容量所引起的测试误差,得到了修正这一误差的实用方法。文中给出了应用本方法对聚苯乙烯泡沫塑料进行测试的实例,得到了满意的结果。对加热器热容量所引起的误差进行修正,可以解决原方法在测试容重特轻的保温材料时可能存在的系统误差问题。     

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。     

恒温热源闭式燃气轮机中冷循环性能优化

本文运用有限时间热力学(FTT)理论,导出了恒温热源条件下闭式燃气轮机不可逆中冷循环功率、效率和功率密度的解析式,分别优化了循环最优功率和功率密度时各换热器热导率分配、中间压比和总压比,并比较了相应性能。     

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。     

关于“关于克劳修斯等式证明的再讨论”的讨论

指出"关于克劳修斯等式证明的再讨论"一文论证过程中存在的问题,提出了一种在相邻卡诺循环之间过渡的循环路径,并证明了用若干个卡诺循环逼近任意可逆循环的可行性及其等价性。本文的研究支持主流热学教材中"用若干个完整的卡诺循环去分解任意循环,相邻的两个卡诺循环之间的重叠部分在两次循环中相互抵消"的论证方法。但现行教材的论述过程确实存在过于简略、不够严谨的问题,本文在阐明用卡诺循环分解任意循环的"等效性"内涵的基础上,采用泰勒级数展开及极限理论等高等数学方法,完善了克劳修斯等式的证明过程.     

范德瓦尔斯气体的卡诺循环效率

以范德瓦尔斯气体为工作物质推导出的卡诺循环效率,只与热源的温度有关,与工作物质是否是理想气体无关.     

磁绝缘线振荡器脉宽及效率与三角波电压关系

采用数值模拟与实验相结合的方法,在没有功率容量不足问题的情况下,研究了磁绝缘线振荡器(MILO)的输出微波脉宽和功率效率与类似三角形二极管电压的关系,研究结果表明:在相同宽度的电压条件下,随着电压幅度的增大,输出微波的底宽和半高宽相应增大,功率效率先增大,当达到饱和后功率效率逐渐降低;在相同电压幅度条件下,随着二极管电压上升沿(斜率不变)的增大,输出微波的半高宽略有增大,但功率效率略有降低。因此,在有限脉宽的类似三角形二极管电压条件下,通过增大二极管电压上升沿的方法,可以有效地增大输出微波脉宽;而在有限电压幅度条件下,通过减小电压上升沿的方法,可以有效地增大输出微波的功率。选择适当的二极管电压参数,可以解决MILO器件在类似三角形二极管电压条件下的输出微波功率和脉宽两个指标相匹配的问题。     

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.     

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…     

新型高效热离子功率器件的性能特性研究

应用固体物理和不可逆热力学理论,研究新型高效石墨烯热离子热电功率器件的性能特性.通过数值求解器件高温和低温端的能量平衡方程,确定器件阴极板和阳极板的温度;分析输出电压和阴极板功函数对器件的伏安特性及两个极板温度的影响,确定器件在最大功率密度和最大效率时的参数特性;折衷考虑功率密度和效率,给出参数的优化取值区间;分析了高温热源温度对优化性能的影响.本文所得结果可为热离子能量转换器件的研制提供理论指导.