热声制冷机微热力学循环的火用经济性能优化

用有限时间热力学方法分析存在传热损失时,热声制冷机微热力学循环模型的火用经济性能,导出循环利润率与工质振荡温度,以及利润率与制冷系数的特性关系,并数值分析了价格比、横向温度梯度等参数对火用经济性能的影响。     

周期驱动系统的非平衡热输运与热力学几何

随着对微纳尺度系统的深入理解和实验技术的进步,发生在这些小系统中的热输运和能量转换近期吸引了大量研究.不同于依赖静态热力学力(如温差、电势差等)的非平衡稳态调控手段,受时间驱动的非平衡非稳态小系统具有特有的高可调性和普遍性,其研究同时具有基础价值和应用潜力.本文从几何这一基本概念出发,分析了热力学几何相(曲率)和热力学距离这两个关键物理量,以几何的视角展现和分析近期关于受驱动非平衡量子系统中输运调控和能量转换途径的热力学研究.热力学几何不仅可以看作是这一大类系统中非平凡输运和耗散的本质起源,也同样给我们提供了一种理论框架,给出对于系统输运和能量转换的限制,同时也可以给出慢驱动条件下量子热机性能的通用优化方式.这将在未来帮助理解非平衡量子多体系统所发挥的能量输运/转换功能,也会为发现高性能(高效率、高功率、高可靠性)量子热机提供新的设计思路.     

基于CaF2/W多层膜人工双曲介质的近场热光伏器件

基于近场热辐射的热光伏器件是一种极具应用前景的热电转换器件.近场下由于倏逝波的隧穿作用,可以获得远超黑体辐射的热流及热电功率,此时辐射表面光子态密度是个关键因素.本文提出了一种具有高表面态密度的CaF₂/W多层膜人工双曲介质作为辐射器,可以针对有限温度热源获得高效热电转化效果.采用禁带宽度为0.17eV的锑化铟p-n结作为接收端,在200 K温度差和50 nm近场间隙下,理论上计算获得了超过1 kW/m的高发电功率,热电转化效率在11%以上,显著高于热电材料的能量转换效率.与纯钨热源情形相比,双曲介质具有更高的倏逝波态密度,有助于显著增强辐射热流与能量利用率.进一步研究发现,当多层膜双曲介质厚度超过140 nm时,基底的影响已经可以忽略,这对器件的实际制作非常有益.相对于纳米线阵列或自然双曲介质,本文提出的多层膜结构在制作和带宽上具有明显优势,研究结果为近场热光伏的发展起到了促进作用.     

基于GaSb/CdS薄膜热光伏电池的器件设计

基于GaSb薄膜热光伏器件是降低热光伏系统成本的有效途径之一, 本文主要针对GaSb/CdS薄膜热光伏器件结构进行理论分析. 采用AFORS-HET软件进行模拟仿真, 分析GaSb和CdS两种材料各自的缺陷态密度、界面态对电池性能的影响. 根据软件模拟可以得知, 吸收层GaSb的缺陷态密度以及GaSb与CdS之间的界面态密度是影响电池性能的重要因素. 当GaSb缺陷态增加时, 主要影响电池的填充因子, 电池效率明显下降. 而作为窗口层的CdS缺陷态密度对电池性能影响不明显, 当CdS缺陷态密度上升4个数量级时, 电池效率仅下降0.11%.     

吸收式热变换器的生态学优化性能

1引言热变换器是一种有效节能装置，可直接利用中、低温余热。这已引起许多先进工业国家的重视。近年来，有些学者应用有限时间热力学新理论对其进行优化分析，取得一些比经典热力学理论更为有用的新结论［‘－’］。发现在热变换器的合理工作区域中，供热率越大时拥损率也越大，两者应得到合理的兼顾和折衷，以便使能量得到更有效的利用。一些研究表明，以“生态学准则”研究热力循环的优化性能，可使热力循环的功能率（如热机的功率、热泵的供热率等）与功能率耗散达到最佳的折衷［‘－’］。本文应用此准则对不可逆吸收式热变换器进行优…     

火星进入热环境预测的热力学模型数值分析

采用数值模拟目的 研究不同热力学模型中火星飞行器表面的热环境.研究发现,驻点区域流动近似为热力学平衡,随着飞行高度增加,流动逐渐偏向热力学非平衡.当壁面为非催化壁时,不同热力学模型所得热流基本一致,当壁面为完全催化壁时,热力学非平衡模型所得热流更高,这种差异由化学反应特征温度差异引起,并随着流动的热力学非平衡特性增加而增加.     

叠层荧光集光太阳能光伏器件的性能模拟和优化

荧光集光太阳能光伏器件可以减少太阳能电池的用量,有效降低光伏发电的成本.相对于单层荧光 集光太阳能光伏器件,叠层荧光集光太阳能光伏器件能分波段充分利用太阳光谱,提高荧光集光太阳能光伏 器件的效率,进一步降低光伏发电的成本.但是,叠层荧光集光太阳能光伏器件涉及较多的参量,难以通过实验 优化.本文分析了从单层到叠层荧光集光太阳能光伏器件的全部物理过程,建立了数学模型,并相应编制了 计算机模拟软件.运用上述软件,系统研究了器件尺寸、太阳能电池的带隙对光电转换效率的影响.     

半覆盖外置式光伏热催化型Trombe墙性能数值模拟

提出一种半覆盖外置式光伏热催化型Trombe墙,数值研究光伏电池覆盖率和太阳辐射强度对其性能的影响,并与半覆盖中置式光伏热催化型Trombe墙性能进行比较。结果表明：随着覆盖率的增加和太阳辐射强度的降低,热效率降低;覆盖率对电效率影响较大;不同太阳辐射强度下,在覆盖率为0.64时,净化空气量达到最佳。对比半覆盖中置式光伏热催化型Trombe墙,尽管热效率有一定程度的降低,但电效率的相对提高可达20.64%,空气净化效率相对提高可达11.57%。     

基于变换热力学的任意形状热集中器研究与设计

如何灵活地控制和操纵热流是目前研究的热点.本文根据变换热力学方法,导出了具有任意横截面形状热集中器的材料参数表达式,并在此基础上设计了具有圆形、椭圆形、正五边形等规则横截面形状的热集中器和具有共形、非共形任意横截面形状的热集中器.全波仿真结果表明,这些热集中器使等温线和热通量向其压缩区弯曲,靠近热源的一侧热扩散加快而相反的一侧热扩散减慢,在很小的区域内表现出对热量的集中作用,这一特点在热能工程中有潜在应用.此外,研究了圆柱形热集中器的层化实现方法.结果显示,热集中器可通过将同性材料沿角向分层交替填充来实现.这项工作对热集中器的设计及制备具有指导意义.     

Hierarchical ferromagnetic vector spin model possessing the Lee-Yang property. Thermodynamic limit at the critical point and above

The hierarchical ferromagneticN-dimensional vector spin model as a sequence of probability measures onR ^N is considered. The starting element of this sequence is chosen to belong to the Lee-Yang class of measures that is defined in the paper and includes most known examples (⁴ measures, Gaussian measures, and so on). For this model, we probe two thermodynamic limit theorems. One of them is just the classical central limit theorem for weakly dependent random vectors. It describes the convergence of classically normed sums of spins when temperature is sufficiently high. The other theorem describes the convergence of more than normally normed sums that holds for some fixed temperature. It corresponds to the strong dependence of spins, which appears at the critical point of the model.     

A Remark on the Equivalence of Isokinetic and Isoenergetic Thermostats in the Thermodynamic Limit

The Gaussian isokinetic and isoenergetic thermostats of Hoover and Evans are formally equivalent, as remarked by Gallavotti, Rondoni, and Cohen. But outside of equilibrium the fluctuations are uncontrolled and might break the equivalence. We show that equivalence is ensured if we consider an infinite system assumed to be ergodic under space translations.     

Uniform upper bounds (and thermodynamic limit) for the correlation functions of symmetric coulomb-type systems

Uniform upper bounds are proven for the correlation functions in the strictly charge-neutral canonical and grand canonical ensembles for charge-symmetric two-component systems. For the grand canonical ensemble the increase of the correlation functions along the thermodynamic-limit sequence is shown as well, implying the existence of the states. The particles have bounded pair interactions of positive type. Both classical and quantum systems with Boltzmann statistics are considered. Coulomb systems with regularized interactions are included as a special case.     

硅异质结太阳电池的物理机制和优化设计

硅异质结太阳电池是一种由非晶硅薄膜层沉积于晶硅吸收层构成的高效低成本的光伏器件,是一种具有大面积规模化生产潜力的光伏产品.异质结界面钝化品质、发射极的掺杂浓度和厚度以及透明导电层的功函数是影响硅异质结太阳电池性能的主要因素.针对这些影响因素已经有大量的研究工作在全世界范围内展开,并且有诸多研究小组提出了器件效率限制因素背后的物理机制.洞悉物理机制可为今后优化设计高性能的器件提供准则.因此及时总结硅异质结太阳电池的物理机制和优化设计非常必要.本文主要讨论了晶硅表面钝化、发射极掺杂层和透明导电层之间的功函数失配以及由此形成的肖特基势垒;讨论了屏蔽由功函数失配引起的能带弯曲所需的特征长度,即屏蔽长度;介绍了硅异质结太阳电池优化设计的数值模拟和实践;总结了硅异质结太阳电池的研究现状和发展前景.     

参数未知神经元模型的全阶与降阶最优同步

基于Lyapunov稳定性理论、最优控制原理以及分步设计方法, 为神经元系统设计了非线性反馈控制器和最优控制器. 其中非线性反馈控制器能使得两个神经元系统之间的轨道误差趋于零, 最优控制器使得在同步过程中所花费的能量达到最低. 本文以Cable模型为例, 实现了两个神经元模型的全阶最优同步; 以Cable 模型和Hindmarsh-Rose (HR)模型为例, 实现了两个神经元模型的降阶最优同步; 同时, 均能有效地辨识出系统参数. 最后通过数值模拟进一步验证了本方案的有效性.     

圆锥型复合变幅杆优化及动力学特性

针对应用传统解析法设计复合变幅杆过于繁琐的问题,提出采用简便、有效的微积法对圆锥复合变幅杆进行设计,之后通过Ansys软件对其结构进行有限元分析。此外,基于Ansys优化设计功能对变幅杆进行优化修整,对优化前后变幅杆进行阻抗分析和振动性能测试,测试结果表明优化后变幅杆振动效果更佳。最后,应用Ansys软件对变幅杆进行动力学特性分析,得到了不同直径、不同面积系数下变幅杆放大系数、最大应力值,并对仿真结果进行分析后得出了其动力学参数与大端直径及面积系数之间的关系。     

高能固体激光系统设计及性能评估

近年来高能固体激光器研究及小型电源技术取得了很大的进展,使得利用电源提供能量的高能激光器在近期的应用成为可望实现的目标.但由于高能激光系统设计复杂,且造价高,需要在激光系统设计制造之前对系统性价比进行优化,并对系统性能进行评估.其中选择激光器主要考虑激光波长位于大气窗口,使得经大气传输后激光能量衰减尽可能小;光学系统设计主要考虑物理光学效应的限制及增加自适应光学系统对大气效应引起的光束畸变进行校正.大气传输与补偿模拟程序可对包括高能激光系统、激光大气传输效应等进行全程数值模拟,从而可在高能激光系统设计制造之前对系统性能进行评估,或对现有高能激光系统性能及其对靶目标的损伤效果进行评估.     

试验优化设计Er3+/Yb3+共掺BaGd2ZnO5荧光粉及其上转换发光性质

为得到绿光和红光最大发光强度的Er³⁺/Yb³⁺共掺BaGd₂ZnO₅上转换材料荧光粉, 首先采用试验优化设计中的均匀设计初步寻找Er³⁺/Yb³⁺合理的掺杂浓度; 其次通过二次通用旋转组合设计进一步优化实验, 建立起Er³⁺/Yb³⁺掺杂浓度与绿光和红光发光强度的回归方程; 最后通过遗传算法计算出方程的最优解, 即绿光和红光最大发光强度时对应的Er³⁺/Yb³⁺掺杂浓度. 利用传统的高温固相法分别制备出最优样品. 采用X 射线衍射对得到荧光粉的晶体结构进行了分析, 证明了所有产物均为纯相BaGd₂ZnO₅. 采用980 nm抽运激光作为激发源, 在同样的条件下测量了样品的上转换荧光发射光谱, 从中可见样品有较强的红光发射和绿光发射, 发光中心位于662, 551和527 nm, 分别对应于⁴F_9/2→⁴I_15/2, ⁴S_3/2→⁴I_15/2 及²H_11/2→⁴I_15/2能级跃迁. 研究了绿光和红光最优样品的上转换发光强度与激光器工作电流之间的关系, 通过分析发现红色和绿色上转换发光均为双光子过程. 由归一化的绿色上转换发射光谱可以看出, 激光器工作电流导致的样品温度变化可以忽略不计. 由于能级²H_11/2和⁴S_3/2之间存在热平衡, 并满足玻尔兹曼分布, 由此探讨了绿光最优样品上转换发射光谱中的绿色发射与温度的关系, 计算出²H_11/2和⁴S_3/2之间的能级差为ΔE=926.11 cm^-1. 研究了绿光最优样品的温度效应, 随着温度的升高, 发射强度逐渐变小, 出现了温度猝灭现象. 并计算了样品的激活能, 分别为总体激活能ΔE_总=0.45 eV, 绿光激活能ΔE_绿=0.45 eV, 红光激活能ΔE_红=0.46 eV.