热泵的功效和工作示意图

我们知道,水泵是可以用来保持某处水位较高或较低(或获得相对高水位或低水位)的一种机器.与此相似,我们可以把用来保持某处温度较高或较低(或获得相对高温或低温)的一种机器称为热泵,其工作原理为"做功泵热".即外界做功W,从低温热源(采暖用时为大气、致冷用时为低温室)泵取热量Q,向高温热源(采暖用时为高温室、致冷用时为大气)放热Q1.则由热力学第一定律,Q1=W+Q2.这类机器的功效用外界做单位功时高温室所获得的或从低温室所泵走的热量来量度,称为泵热系数,即演绩系数(Performance coefficient),用ε表示.     

图解热传导

在热传导过程中,高温物体放热,低温物体吸热,在不计热损失时,高温物体放出的热量等于低温物体吸收的热量,高温物体放热降温,低温物体吸热升温,当高温物体的温度和低温物体的温度相等时热传导停止.     

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。     

Bi2Te3 合金低温热电性能及冷能发电研究

利用机械合金化和冷压烧结法制备得到n型和p型Bi₂Te₃基热电材料,在80—300 K温度范围测量了电导率、Seebeck系数,结果表明其具有良好的低温热电性能.采用Bi₂Te₃基热电材料制备出半导体热电器件,并配合附属设备搭建出一套半导体温差发电装置.利用液氮汽化时释放的冷能,对半导体热电器件的发电性能进行实验研究,得出这种半导体热电器件输出电压、输出功率与电流关系式,测得最大的输出功率达到1.33 W,从而证明了冷     

低温VM制冷机实验研究进展

VM制冷机是一种结构紧凑的热驱动斯特林型制冷机,主要靠工作热源间的温差在系统内产生制冷所需压力波动。通过对系统内部往复运动的排出器设置合适的相位角,VM制冷机可以实现从高温热源和低温热源吸热,向中间热源放热。此外,VM制冷机还具有磨损和振动小、寿命长等优点。到目前为止,气耦合脉冲管型的两级VM制冷机已经能够获得2.49K的无负荷温度,在4.2K可提供36m W制冷量。在总结单级和多级低温VM制冷机的实验进展的基础之上,进一步探讨了低温VM制冷机的应用领域,为低温VM制冷机的发展及实际应用提供了参考。     

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.     

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。     

热学问题二则

1.一很长的细管与一长度为l的粗管成直角地焊接在一起,如图所示 (见21页)。将细管垂直插入密度为pf的液体中,再把水平粗管的末端密封起来。随后,使该装置以匀角速度ω绕垂直细管旋转。已知外界大气的压强与密度分别为Pa和pa,温度保持不变,并认为空气是理想气体,求液体在垂直管中上升的高度。 (忽略空气密度随高度的变化,不计毛细现象和表而摩擦。) 2.热机在一循环中对外作功为A,从热源吸热为Q1,则其效率;致冷机在一循环中接受外功为A(>0),从冷源吸热为Q2, 则其致冷系数　。设在致冷循环中工质高温热源放热为Q1(>0),看来ε又可写作: (上接…     

引入熵分析热力学循环的效率

本文从熵的定义和基本性质入手,首先引入T—S图计算卡诺循环的效率,其次利用dS/dV分析经历p=aVb m过程的理想气体的吸热或放热情况,最后运用上述结果求解了一个特殊热力学循环的效率.     

天然气驱动VM循环热泵的热力学分析

天然气驱动VM循环热泵采用天然气作为高品位驱动能源,无工质替代问题,对缓解夏季电力供应紧张和环境污染等问题具有重要的意义。本文建立了热力学模型,分析结果表明:对于理想循环,热泵性能系数随着高温热源和低温热源温度的升高而增大,随着中间温度热源温度的升高而减小,并且热源温度变化对性能系数的影响从大到小依次为低温热源、中间温度热源和高温热源;对于理论循环,在运行区间,随着转速的增加,制冷量增大,而性能系数降低,但制冷量和性能系数都随着平均压力的增加而增大。     

R245fa有机朗肯循环发电系统运行性能实验研究

有机朗肯循环(ORC)利用低温热源实现热电转化的技术特点,是实现余热有效回收利用的重要途径。基于R245fa为循环工质的ORC发电系统,研究低温热源温度变化对系统循环热效率与发电效率的影响。结果表明:在冷却端温度不变的工况下,热源温度的提高使循环蒸发压力上升,膨胀比增大,等熵效率提升,膨胀做功能力增强,系统循环热效率、熵效率、发电效率均增大。夏季运行,冷却水进水水温为(30±1)、(35±1)℃,热源温度从89.6℃升至112.5℃时,系统发电效率分别由6.9%、5.8%升到8.7%、7.4%,系统■效率分别由43.4%、38.8%升到62.7%、62.3%。     

一维晶格中费曼棘齿-棘爪热机

研究了一维晶格中费曼棘齿-棘爪热机模型. 用粒子的概率主方程来描述粒子在晶格中的动力学特性, 推导出热流、 功率和效率的表达式. 通过数值计算分析势垒高度、 外力和温比对热流以及热机功率和效率的影响. 研究表明: 在粒子稳态概率流为零时, 存在非零的热流从高温库流入低温库, 类似于经典不可逆卡诺模型中的热漏; 热漏的存在使得热机的效率远远小于卡诺效率, 功率与效率之间为闭合的关系曲线, 热机为不可逆热机; 对热机性能参数进行优化, 可以使热机工作在最优性能状态下.     

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…     

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.     

带有Dzyaloshinski-Mariya相互作用的两比特XXZ模型的纠缠量子热机

以带有Dzyaloshinski-Mariya 相互作用的两比特XXZ模型为工作物质构建纠缠量子热机. 在量子热力学平衡态下, 采用Kieu的形式描述了做功与热传递.对于不同的各向异性参数, 分析了热机循环中量子纠缠与热传递、做功以及机械效率等热力学量之间的关系. 结果表明: 在这个纠缠体系中, 热力学第二定律依然成立; 机械效率的等值线图是环状曲线; 当各向异性参数Δ较小时, 热机在C₁ > C₂ 和C₁ < C₂ 两区域运行, 当增大Δ值时, 热机只在C₁ > C₂ 区域运行. 关键词： 量子热机 并发度 机械效率     

P-V图的妙用

热力学第一定律是包括热量在内的能量守恒和转化定律。它指出:外界传递给系统的热量Q,一部分使系统的内能E增加,一部分用于系统对外做功A.其公式为 Q=△E A(其中 △E=E末-E初)符号规定:系统吸热,Q为正,放热为负,系统内能增加,△E为正,减少为负;系统对外做功,A为正,外界对系统做功,A为负.[1] 热力学第一定律是热力学的基本定律之一,应用十分广泛.但在应用该定律公式时,不少学生往往对热量、功以及内能变化三个量的符号混淆不清,运算经常发生错误.怎样才能使学生克服符号的差错呢?我觉得,只要在5!导学生掌握热力学第一定律的物理实质的…     

辐射对流传热对不可逆太阳能Braysson热机性能的影响

建立高温端同时辐射对流传热、低温端对流传热的不可逆太阳能Braysson热机循环新模型,探索有限速率热传导和绝热过程不可逆性等对热机循环性能的影响,基于热力学分析方法,导出热机输出功率和效率的解析表达式,数值计算结果揭示了等压温比、内不可逆参量及与热传导系数和面积有关的匹配参量等对热机性能特性的影响,所得结论不仅能导出其它不可逆太阳能热机的优化性能.且可为太阳能热机的参数设计和性能评价提供新理论参考.     

热力学与传热学的共性理论基础——可逆与不可逆过程普适的有效能方程

回顾总结了热力学与传热学共性理论基础研究的系列成果,从正视热力学第二定律、"熵产"理论在实际应用中存在的问题入手,以势能理论为依据,用相对环境平衡态的势能为基准态势能定义了能量中的有效能和无效能。这种定义具有与""相同的性质,又能从定义式直接写出有效能函数的表达式。继而利用热力学第一定律方程,推导出了普适的有效能方程、有效能率方程,并与熵方程、■耗散方程和方程进行了比较。前者方程各项都只与状态有关,都能独立计算出来,而后三个方程都有一项与不可逆过程有关的补缺项。把有效能率方程应用于传热过程,导出了传热效率的表达式;应用于实际热机系统,导出了传热与热力耦合系统的输出功率、输入热流率、效率、换热器传热系数以及热源参数之间的关系,并举例应用于系统优化设计。本文构建的热力学和传热学共性理论,为热机与换热器耦合进行热力系统综合分析和协调优化提供了理论基础。     

关于理想气体任意准静态过程吸热、放热问题的来稿综述

一、前言 在热力学过程的分析中,如果已知系统的过程图线或过程方程,如何判别任一元过程中吸热还是放热?这是一个有意义的问题.尤其是在循环过程效率η的计算问题中,由于决定η值的Q1和Q2分别是过程中单纯吸热部分和单纯放热部分的算术和而非一段过程中吸热放热的代数和,因而如何正确地判别各段过程中吸热、放热的问题就成为计算热机效率问题的关键. 最近几年来,本刊收到论述理想气体在任意准静态过程(本文论及的过程均属准静态过程)中吸热、放热问题的文章或来信共21篇(已发表两篇).来稿中有的是从不同角度采用不同方法提出判别法则,有的…     

周期性双势垒锯齿势中温差驱动的布朗热机

研究了周期性双势垒锯齿势中, 布朗粒子在外力作用下沿空间坐标方向交替地和高、低温热库接触构成的布朗热机的热力学性能. 考虑布朗粒子动能的变化以及高、 低温库之间热漏的存在, 通过数值计算分析势垒高度、势比、外力等参数对布朗热机效率的影响. 研究表明：当考虑热漏时, 布朗热机始终是不可逆的, 效率小于卡诺效率; 并且当热漏很小时, 势比的增大在一定程度上可提高布朗热机的效率; 其功率与效率之间的关系曲线为闭合线. 当不考虑热漏时, 其功率与效率之间的关系曲线为开型线, 但由于布朗粒子动能的变化引起的不可逆热流, 热机的效率依然小于卡诺效率. 关键词： 布朗热机 双势垒锯齿势 热漏 热力学性能