The performance characteristics of an irreversible quantum Otto harmonic refrigeration cycle

In this paper, an irreversible quantum Otto refrigeration cycle working with harmonic systems is established. Base on Heisenberg quantum master equation, the equations of motion for the set of harmonic systems thermodynamic observables are derived. The simulated diagrams of the quantum Otto refrigeration cycle are plotted. The relationship between average power of friction, cooling rate, power input, and the time of adiabatic process is analyzed by using numerical calculation. Moreover, the influence of the heat conductance and the time of iso-frequency process on the performance of the cycle is discussed.     

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。     

四能级量子制冷循环

本文提出以两个qubit量子纠缠系统为工质的四能级制冷循环模型, 基于量子热力学第一定律和热纠缠概念, 分析了在循环中系统与外界交换的热量、输入功、制冷系数等热力学参数与量子纠缠之间的关系, 结果表明: 制冷系数等高线图是环状曲线, 随纠缠比r增加而非单调变化; 当相互作用常数J比较小时, 量子制冷机运行区间在c₁>c₂, 当增加J值时, 制冷机运行区间在c₁>c₂和 c₁<c₂两个区域; 最大制冷系数ε_max随J值增大而增加.     

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。     

Parametric optimum analysis of an irreversible Ericsson cryogenic refrigeration cycle working with an ideal Fermi gas

An irreversible model of an Ericsson cryogenic refrigeration cycle working with an ideal Fermi gas is established, which is composed of two isothermal and two isobaric processes. The influence of both the quantum degeneracy and the finite-rate heat transfer between the working fluid and the heat reservoirs on the performance of the cycle is investigated, based on the theory of statistical mechanics and thermodynamic properties of an ideal Fermi gas. The inherent regeneration losses of the cycle are analyzed. Expressions for several important performance parameters such as the coefficient of performance, cooling rate and power input are derived. By using numerical solutions, the cooling rate of the cycle is optimized for a given power input. The maximum cooling rate and the corresponding parameters are calculated numerically. The optimal regions of the coefficient of performance and power input are determined. Especially, the optimal performance of the cycle in the strong and weak gas degeneracy cases and the high temperature limit is discussed in detail. The analytic expressions of some optimized parameters are derived. Some optimum criteria are given. The distinctions and connections between the Ericsson refrigeration cycles working with the Fermi and classical gases are revealed.      

量子简并性对气体斯特林制冷循环性能的影响

基于理想量子气体的状态方程，分析了量子气体斯特林制冷循环中的回热特征，推导出循环的制冷系数一般表达式.获得了在强简并和弱简并条件下循环的制冷系数，对全面理解气体斯特林制冷机的性能有所帮助. 关键词： 量子简并性 斯特林制冷循环     

Einstein制冷循环气泡泵的性能研究

基于Einstein制冷循环设计了气泡泵实验装置,以氨水为工质,对给定工况下气泡泵的性能进行研究。对沉浸比和加热功率对气泡泵的提升性能的影响进行分析,并将实验值与理论模型进行比较。结果表明:气泡泵的液体输送特性与气泡泵提升管管径、沉浸比、加热功率有关;气泡泵的液体流量随着加热功率增大、沉浸比的增大而增大,提升管内径对液体流量的影响不明显。实验结果与理论模型分析结果相一致。     

太阳能驱动的Einstein制冷循环热力性能分析

对太阳能驱动的Einstein制冷循环进行了详细的热力性能计算,并针对不同的蒸发温度、冷凝温度以及发生温度对系统COP的影响进行了分析计算,得出影响曲线。得出结论:通过改变运行工况来提高系统COP这条路行不通,要从根本上提高系统COP,只能通过对换热器的强化、系统部件的合理布置、以及新工质对的选取等方法来实现。     

低温空气制冷速冻系统性能的实验研究

对使用空气动压轴承的升压式空气制冷速冻系统进行了实验研究,分析了压气机进口压力、散热器冷边风量及回热器对系统性能的影响。实验结果表明:增大压气机进口压力和散热器冷边空气流量均可降低涡轮出口温度,提高系统制冷量;系统COP随着压气机进口压力的升高而增大,但是增大幅度逐渐减少;系统增加回热器后,涡轮出口温度最多可降低约67%,系统制冷量和COP最多约可增加45.5%,其中涡轮出口温度最低约可降至-50℃,系统COP最大可达0.7左右。     

Performance of a quantum heat engine cycle working with harmonic oscillator systems

A cycle model of an irreversible heat engine working with harmonic systems is established in this paper. Based on the equation of motion of an operator in the Heisenberg picture and semi-group approach, the first law of thermodynamics for a harmonic system and the time evolution of the system are obtained. The general expressions for several important parameters, such as the work, efficiency, power output, and rate of entropy production are derived. By means of numerical analysis, the optimally operating regions and the optimal values of performance parameters of the cycle are determined under the condition of maximum power output. At last, some special cases, such as high temperature limit and frictionless case, are dis-cussed in brief.     

Einstein制冷循环研究新进展

文中介绍了单压吸收式制冷的主要类型,对两种单压吸收式制冷循环进行了对比阐述。就Einstein制冷循环的研究进展进行了归纳总结,对目前研究Einstein制冷循环所面临的部分问题进行了分析,并对进一步研究提出展望。     

复叠系统低温级制冷剂的循环性能对比实验

通过实验测试,比较了不同冷凝温度和蒸发温度下复叠系统低温级常用制冷工质R13、R23、R503和RS08B的COP、压比及制冷量等循环性能,又结合各制冷工质的环境性能、热工性能,分析了现有常用复叠系统低温级制冷工质各自的优缺点,为新工质的开发及进一步的制冷性能对比实验工作提供了有益的帮助.     

磁制冷研究现状

在能源紧缺、全球气温上升、环境影响日趋严重的背景下,磁制冷作为一项高新绿色制冷技术,其发展前景为各国所看好。文中简要介绍了有关磁制冷样机的研究现状、磁制冷原理、磁制冷循环、磁制冷的关键技术,以及磁制冷的应用,并对磁制冷的趋势作出展望。     

Einstein制冷循环中气泡泵的试验研究

通过自行设计的可视化气泡泵实验装置,以氨水工质为研究对象,针对不同实验工况条件下的气泡泵的性能进行了实验研究。实验结果表明:气泡泵的液体流量随着提升管管径,沉浸比和加热功率有关,并且随着沉浸比和加热功率的增加而增大;沉浸比的增大而增大;气泡泵的效率也与沉浸比和加热功率有密切的关系:气泡泵的效率随着沉浸比的增加而增加,随着加热功率的增加表现为减小的趋势。     

Ecological optimization for an irreversible magnetic Ericsson refrigeration cycle

An irreversible Ericsson refrigeration cycle model is established, in which multi-irreversibilities such as finite-rate heat transfer, regenerative loss, heat leakage, and the efficiency of the regenerator are taken into account. Expressions for several important performance parameters, such as the cooling rate, coefficient of performance （COP）, power input, exergy output rate, entropy generation rate, and ecological function are derived. The influences of the heat leakage and the time of the regenerative processes on the ecological performance of the refrigerator are analyzed. The optimal regions of the ecological function, cooling rate, and COP are determined and evaluated. Furthermore, some important parameter relations of the refrigerator are revealed and discussed in detail. The results obtained here have general significance and will be helpful in gaining a deep understanding of the magnetic Ericsson refrigeration cycle.     

自复叠制冷循环中混合工质泄漏性能的研究

尽管自复叠制冷循环越来越广泛的用于深冷及普冷领域,对于循环中工质泄漏特性的研究却较少。以非共沸混合工质两相区的等温泄漏为基础,分析了在自复叠循环装置中各部件的泄漏对工质组成的影响,其中发生在冷凝器出口处、气液分离器和蒸发器出口处的泄漏对工质组成影响较大。以采用非共沸混合工质R600 a/CO2的自复叠低温冷冻箱为例,研究了不同泄漏点不同泄漏率的泄漏特性。结果说明当工质泄漏时混合工质组成和循环性能发生变化,在蒸发器出口处的泄漏对循环性能影响最大;当泄漏引起循环工质组成发生较大变化时,压缩机变容量和变压力比调节能力明显降低,此时系统不能满足设计工况的要求,工作性能变差。     

可利用低品位热源的Einstein制冷循环的可行性分析

基于原始设计,提出了一种改进型的Einstein制冷循环,使用Patel-Teja立方型状态方程及Reid-Pana-giotopolos混合规则,以数值模拟研究该循环可行性,并分析系统性能影响因素。冷凝/吸收温度为35℃时,系统性能系数最高可达0.27。     

非对称自旋-轨道耦合系统的多体量子相干含时演化

本文以具有非对称性自旋相互作用的三体自旋系统为研究对象,重点研究了三体量子相干含时演化规律.采用精确量子对角化和基于量子主方程的数值模拟方法,讨论了三体量子系统中多种量子相干组分及其退相干.研究发现,量子相干组分的含时演化与整个系统的初态量子特性紧密相关.当初态为可分离纯态时,在较短时间内,非对称相互作用有利于增加多体量子相干度.这些量子相干度因受噪声影响而逐渐衰减.当初态为类Werner态时,量子相干度的分布满足加和性,即三体量子相干度等于所有两体量子相干度之和.自旋之间非对称相互作用和环境噪声都会引起三体量子相干度大于所有两体量子相干度之和.这些结论有助于多体量子资源的制备.     

太阳能喷射制冷系统性能模拟及其应用

建立了太阳能喷射制冷系统性能模型,选取我国具有代表性的七个城市研究了太阳能喷射制冷系统的动态性能及其在我国应用的可行性和可靠性。结果表明在我国太阳能资源较丰富和太阳能资源一般地区使用太阳能喷射制冷系统,其平均总效率在0.38-0.5之间,太阳能保证率在0.2-0.55之间,采用这样的系统提供空调可减小空调能耗1/3左右。因此太阳能喷射制冷系统在我国应用其热力性能是可靠的,经济上是可行的。可见太阳能制冷系统在我国具有广阔的应用前景,是值得大力推广的节能与环保技术。     

新型冰箱压缩/喷射混合制冷循环的研究

提出一种新型冰箱压缩/喷射混合制冷循环,该循环相对冰箱传统的简单制冷循环改动较小,只引入了一个冰箱用喷射器,易于实现。针对此循环进行了理论分析和计算,结果表明,混合循环与简单循环相比:制冷系数增加6%—12%,容积制冷量增加10%—18%,尤其对于大冷藏室的双温和多温冰箱节能效果更好。进而论述了喷射器喷嘴的临界截面直径和出口截面直径的设计与制冷量和制冷设计工况之间的对应关系。