如何提高热机效率教学问题的探讨

在物理教学中研究如何提高热机效率问题,具有实际意义．1热机效率在生产技术中,需要将热与功之间的转换持续的进行下去,这就需要用到循环过程．能够实现热功转换过程的装置叫热机．热机效率是热机效能的一个重要标誌,即热力学系统从     

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.     

近临界区CO_2对热声谐振管性能的影响分析

谐振管是热声热机的主要部件之一,减小声功在谐振管中的耗散对改善热声热机输出特性具有积极意义。由于近临界区流体的热物性具有特殊性,用其作为工质时将会对谐振管内的声功损耗产生重要影响。本文对声功在以近临界区CO_2为工质的谐振管中的损耗情况进行了计算和分析。结果显示,在本文的计算条件下,相较于压力较低的CO_2,采用近临界区CO_2作为工质可降低谐振管内的声功损耗,并在工作压力略低于临界压力时,谐振管内的声功损耗可达到最小值.此外,在保持谐振频率不变的情况下,采用近临界区CO_2作为工质可一定程度上缩短谐振管的长度。     

基于场协同理论的热声回热器数值研究

热声回热器是热声热机的重要部件。基于Rayleigh准则,提出回热器内流固之间的对流换热强度是影响热声热机整体性能的重要因素。利用改进的数值模型,模拟了平行板叠内回热器的速度与温度分布特性,并分析了板叠内部对流换热及整机性能之间的对应关系。此外,基于强化对流传热的场协同理论,提出了4种新型结构的异型回热器,并分别对其换热性能与热声转换性能进行了对比分析研究:表明采用混合型回热器的热声热机具有更优越的工作性能,输出声功的压力振幅较普通结构回热器可提高2.8%。研究结果验证了热声回热器内部对流换热强度与热声热机性能呈正相关性,通过改良回热器结构可有效提高热声热机的热声转换性能。     

行波热声发动机的优化设计

对行波热声发动机进行了优化设计 ;对回热器内部的功的损失和回热器的热漏损失进行了分析 ;给出了行波热声热机回热器的优化结构 ;对于设计行波型热声发动机有非常重要的理论指导意义。     

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.     

交变流动下间隙密封耦合气体轴承的特性研究

气体轴承是回热式热机的一项关键技术,它是利用气体代替润滑油作为润滑剂,在轴与轴承套之间构成气膜,是避免运动面与静止面直接接触的较为理想支撑元件.将间隙密封与气体轴承相结合,可以在实现密封的同时消除接触磨损.本文利用ANSYS Fluent对具有77 kW(声功)设计输出能力的活塞进行其气体轴承与间隙密封耦合特性的数值模...     

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.     

热机的第二定律效率与不可逆性

利用热机的功－熵关系和可用能概念，给出热机经二定律效率的表达式，同时了热机相对损失功的概念，并用它们比较了几个实际动力源的不可逆程度。     

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．     

变比热气体和变比热有离解气体热力学过程的计算

变比热气体和变比热有离解气体热力学过程的计算张世铮，纪军（中国科学院工程热物理研究所北京１０００８０）关键词离解气体；变成分气体；热力学过程１前言在热机和热设备的循环分析、设计计算和实验研究中要求按照工质的真实热力学性质作准确的气动热力学计算。在喷气...     

量子干涉增强发动机功率

<正>对于由原子组成的微观发动机,有一种全新的增强发动机功率的方法,即量子增强。英国牛津大学的James Klatzow及其同事,用一组钻石中的氮晶格空穴(NV)中心组成热机,首次对量子功率增强进行了测量。经典热机通过完成一系列冲程将热能(热)转换成机械能(功)。量子热机以相似的方式工作。不同的是,量子发动机的工作介质,其作     

铁电固态热机的物理机制及应用

能源是当今举世瞩目的重大问题.研制新型能源材料,探索节能新途径是物理学和材料科学研究中的重要课题.早在二十年代就有关于铁磁体作为工作物质的致冷机和热机(热引擎)的设想和实验[1,2],但将铁电体用于致冷机和热机的研究则是近十几年才发展起来的.这种热机的特点是,工作物质是在居里温度附近工作的铁电介质.热机通过温差电效应和热电效应相结合,将热能直接转变为电能,而不要任何普通热机所需的复杂中间机械系统,还可以利用低温能源(如太阳能、地热和工厂废热)来发电.这是一种新的发电方式.人们在对其物理机制和材料问题研究的同时,着重在…     

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.     

斯特林循环的理想和实际效率的讨论

套用大学物理热循环效率的计算公式于理想斯特林热机时,会出现原理上的差错,这是由斯特林热机的特殊设计造成.本文首先从热机效率的基本公式出发,阐述斯特林热机的工作原理,从中看到斯特林热机独特的设计原理使其效率的计算不同于基本公式的原因;其次给出实际斯特林热机工作时热损耗的来源分析;最后结合有关论文的结论,给出工质为范德瓦耳斯气体时的效率与体积比的关联.     

自由活塞斯特林热泵的理论与实验研究

自由活塞斯特林热机取消了传统斯特林热机的曲柄连杆结构,具有结构简单、高效率、高可靠性、寿命长等诸多优点。但目前的研究热点多集中于自由活塞斯特林发动机与制冷机,对自由活塞斯特林热泵的研究关注很少。本文设计了一台电驱动自由活塞斯特林热泵,首次提出并采用了热机部分反向布置的结构,彻底避免了高温端换热器对直线电机造成的不利影响,并给出了实验结果。该热泵在-20~50℃的泵热温差下获得了1.4的整机COP。利用热声理论,本文对该热泵进行了理论计算,并与实验结果进行了对比,初步考察了热泵在不同泵热温差、不同输入电功以及不同运行频率的工作特性。     

理想斯特林热机循环原理及其效率的计算和实际工作效率的简单讨论

本文首先从热机效率的基本公式出发,阐述理想斯特林热机的工作原理,从中看到斯特林热机独特的工程设计对效率计算的影响,使其效率达到理想卡诺循环效率;其次给出实际斯特林热机工作时的热损耗的来源分析;最后结合有关论文的结论,给出工质为范德瓦耳斯气体时的效率与体积比的关联.     

一类不可逆热机的热经济学优化性能

基于一类不可逆热机的一般循环模型,以每单位成本的功率输出作为热经济学目标函数,研究投资成本、燃料成本、其它费用成本和几种主要不可逆性对热机性能的影响。导出热机效率和热经济学目标函数间的基本优化关系。由此计算了最大热经济学目标函数及其对应的热机性能参数,给出了在不同传热规律下热机的基本优化关系。确定了热机的最佳工作区域和重要性能参数的界限。     

斯特林热机的基本优化关系及功率和效率界限

1前言近年来,有些学者应用有限时间热力学研究斯特林热机的优化性能,获得一些比经典热力学界限更有意义的新性能界限。但至今为数还较少,应继续开展研究。特别是有人提出“21世纪是斯特林热机的世纪’巾一］。本文将进一步研究受热阻、热漏和回热损失三种主要不可逆因素影响的斯特林热机的优化性能,导出热机的基本优化关系及功率和效率界限。结果表明,热漏的存在使斯特林热机的优化性能与无热漏时的有质的差异,而在热阻和回热损失的基础上再考虑热漏的影响,其结果将可反映出实际热机观测性能的主要特征【’,‘］,从而对实际更有指…     

让热声引擎像内燃机一样高效

内燃机是一种高效的热机．在小轿车中,这类发动机的效率（即输出功与燃料释放的热能之比）已经达到了２５％—４０％的高水平．内燃机通常以四冲程（吸气、压缩、爆胀和排气）方式工作．它的循环需有阀门系统（包括曲轴、弹簧、推杆和突轮等）支撑．热声引擎是将热能转换成声能的热机,它的结构比内燃机简单得多．过去,热声引擎的效率较低．最近,美国洛斯·阿拉莫斯国家实验室的Ｂａｃｋｈａｕｓ等,对其结构作出了实质性的改进,从而使发声效率提高到了３０％．在热声引擎中,除了声振荡输出器外,没有任何运动部件,也没有滑动密封（这…