不可逆费米奥托制冷循环性能分析

基于回热式不可逆奥托制冷循环和理想费米气体的状态方程,导出以费米气体为工质的奥托制冷循环的输入功、制冷量、制冷系数等重要性能参数的表达式,以此讨论费米气体的量子简并性、回热及内不可逆性对循环性能的影响,给出以理想费米气体为工质的回热式不可逆奥托制冷循环的性能特征。所得结果有助于进一步了解经典气体奥托制冷循环与量子气体奥托制冷循环的区别和联系。     

玻色气体的量子简并性对不可逆布雷顿制冷循环性能的影响

基于不可逆布雷顿制冷循环模型和理想玻色气体的状态方程,导出以玻色气体为工质的布雷顿制冷循环的输入功、制冷系数、制冷量等重要参数的表示式,由此讨论玻色气体的量子简并性和不可逆绝热过程对循环性能的影响,揭示以玻色气体为工质的不可逆布雷顿制冷循环的一般性能特性,从而导出一些重要结论．进而给出几种特殊情况下循环的性能特性．得到的结果有助于进一步了解经典布雷顿制冷循环和量子布雷顿制冷循环之间的区别和联系．     

量子斯特林制冷机的回热特性

基于理想玻色气体的状态方程 ,分析以理想玻色气体为工质的量子斯特林制冷机具有非理想回热特性 ,导出循环的制冷系数和制冷量的表达式 ,并对结论进行一些有意义的讨论 ,所得结果将对低温气体制冷机的研究提供一些理论依据     

以理想费米气体为工质的量子制冷循环

本文基于理想费米气体的状态方程，分析了以理想费米气体为工质的量子Ericsson制冷循环中的回热特征，推导出其制冷循环的制冷系数表达式。并在高温和低温条件下对制冷系数进行了讨论。这将对低温制冷机的研究提供理论依据。     

铁磁质斯特林制冷循环的优化分析

铁磁质斯特林制冷循环的优化分析林国星，严子浚（厦门大学物理系厦门３６１００５）关键词：铁磁质，制冷循环，优化分析一、引言磁制冷机在制冷效率和可靠性方面都优于传统的气体制冷机，且可减少环境污染，得到了世界各国普遍重视。而磁斯特林制冷循环是磁制冷机研制中...     

以理想玻色气体为工质的量子Ericsson制冷循环

文中基于理想玻色气体的状态方程 ,分析了以理想玻色气体为工质的量子 Ericsson制冷循环中的回热特征 ,推导出其制冷循环的制冷系数表达式。并在高温和低温条件下对制冷系数进行了讨论。这将对低温气体制冷机的研究提供理论依据。     

量子斯特林制冷循环性能研究

建立了以无数个无限深势阱中的粒子为工质的不可逆量子斯特林制冷循环模型。势阱中粒子在能级上的分布由吉布斯分布函数决定。该制冷循环由两个等能量过程与两个等势阱壁宽度过程组成,具有高低温热源间的热漏和不完全回热因素。导出了性能系数、致冷率、熵产率和生态学目标函数性能解析式,制冷率与生态学函数的关系曲线是回原点的扭叶型。分析了热漏系数与不完全回热因子对性能系数、制冷率和生态学函数的影响。     

气体轴承斯特林制冷机研究进展

气体轴承斯特林制冷机是相同制冷量下体积最小、重量最轻、效率最高和可靠性最高的制冷机。为了满足高温超导器件等电子器件对斯特林制冷机需求,开展了10W@77K气体轴承斯特林制冷机的性能和环境适应性研究。在此基础上,设计制作了-100~-20℃温区、5W@77K和15W@77K气体轴承斯特林制冷机样机并进行了测试。10W@77K制冷机在输入功率为166.1W时达到10.55W@77K(热端温度30℃),制冷系数达到6.35%,通过了高低温贮存、高低温冲击、高低温工作以及机械振动、机械冲击等环境适应性实验。-100~-20℃温区制冷机在150W输入功率下获得38W@-80℃的制冷量,制冷系数为25.3%。15W@77K制冷机在输入功率为260W时获得了15.6W@77K的制冷量(热端温度35℃),制冷系数为6%。5W@77K制冷机在输入功率为90W时获得了5.1W@77K的制冷量(热端温度35℃),制冷系数为5.67%。该系列气体轴承斯特林制冷机的良好性能和环境适应性使得其可广泛应用于超导接收前端、斯特林低温冰箱和小型液氮系统等场合。     

不可逆自旋量子制冷循环参数的优化设计

基于量子主方程和半群逼近方法，研究以许多无相互作用的自旋-1/2系统为工质的、由两个绝热和两个等磁场过程组成的不可逆量子制冷循环的一般性能特性。导出循环的性能系数、制冷率和输入功率等重要性能参数的表达式。应用数值求解，对受有限循环时间约束的制冷率进行了优化，计算了最大制冷率和相应的最佳性能参数，确定了性能系数的最佳区域和工质温度及两个等磁场过程时间的优化范围。进而详细分析了高温下循环的优化性能，所得结果被进一步推广，以致可直接用来描述由自旋-J系统为工质的量子制冷循环的性能。     

不可逆量子自旋布雷顿制冷机最优性能

本文建立了以无相互作用1/2自旋系统为工质的不可逆量子布雷顿制冷循环模型,循环由两个等磁场过程和两个不可逆绝热过程组成。模型考虑了热阻、内摩擦、旁通热漏三种不可逆损失。应用有限时间热力学理论、量子主方程和量子半群方法,本文导出了该制冷机的循环周期、制冷率和制冷系数。应用数值计算和图例,给出了量子布雷顿制冷机的制冷率和制冷系数最优性能,并分析了量子摩擦和旁通热漏对其最优性能的影响。     

Influence of quantum degeneracy on the performance of a gas Stirling engine cycle

Based on the state equation of an ideal quantum gas, the regenerative loss of a Stirling engine cycle working with an ideal quantum gas is calculated. Thermal efficiency of the cycle is derived. Furthermore, under the condition of quantum degeneracy, several special thermal efficiencies are discussed. Ratios of thermal efficiencies versus the temperature ratio and volume ratio of the cycle are made. It is found that the thermal efficiency of the cycle not only depends on high and low temperatures but also on maximum and minimum volumes. In a classical gas state the thermal efficiency of the cycle is equal to that of the Carnot cycle. In an ideal quantum gas state the thermal efficiency of the cycle is smaller than that of the Carnot cycle. This will be significant for deeper understanding of the gas Stirling engine cycle.     

Performance characteristic of a Stirling refrigeration cycle in micro/nano scale

The aim of the paper is to present the performance characteristics of a Stirling refrigeration cycle in micro/nano scale, in which the working substance of cycle is an ideal Maxwellian gas. Due to the quantum boundary effect on the gas particles confined in the finite domain, the cycle no longer possesses the condition of perfect regeneration. The inherent regenerative losses, the refrigeration heat and coefficient of performance (COP) of the cycle are derived. It is found that, for the micro/nano scaled Stirling refrigeration cycle devices, the refrigeration heat and COP of cycle all depend on the surface area of the system (boundary of cycle) besides the temperature of the heat reservoirs, the volume of system and other parameters, while for the macro scaled refrigeration cycle devices, the refrigeration heat and COP of cycle are independent of the surface area of the system. Variations of the refrigeration heat ratio r_R and the COP ratio r_ε with the temperature ratio τ and volume ratio r_V for the different surface area ratio r_A are examined, which reveals the influence of the boundary of cycle on the performance of a micro/nano scaled Stirling refrigeration cycle. The results are useful for designing of a micro/nano scaled Stirling cycle device and may conduce to confirming experimentally the quantum boundary effect in the micro/nano scaled devices.     

耦合高压斯特林制冷效应的复合磁制冷循环的数值模拟

本文借助计算流体力学软件, 对复合磁制冷机进行整机数值模拟分析. 以复合磁制冷机为建模原形, 分别计算了主动式磁制冷循环以及复合磁制冷循环. 利用模型计算分析了利用系数, 工作频率对主动式磁制冷的制冷效果影响, 同时模拟计算了不同相位角、不同频率下的复合磁制冷机的制冷效果, 计算得到适合复合磁制冷循环的最佳匹配相位角. 模拟计算结果对后续实验台的设计搭建有很好的指导作用.     

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.     

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.     

1.5W/80K斯特林制冷机试验研究

分置式斯特林制冷机由于存在气体力的作用而增加了设计的难度和质量的不一致性。文中主要是在试验的基础上,研究调试试验参数如充气压力、工作频率、弹簧刚度等对制冷机性能的影响,得出的一些结论对今后调试制冷机具有一定的指导意义。     

Quantum mechanical operator realization of the Stirling numbers theory studied by virtue of the operator Hermite polynomials method

Based on the operator Hermite polynomials method(OHPM), we study Stirling numbers in the context of quantum mechanics, i.e., we present operator realization of generating function formulas of Stirling numbers with some applications.As a by-product, we derive a summation formula involving both Stirling number and Hermite polynomials.