量子熱力學循環(huán)和布朗馬達及熱電裝置的優(yōu)化性能研究.pdf

1、廈門大學博士后學位論文量子熱力學循環(huán)和布朗馬達及熱電裝置的優(yōu)化性能研究姓名：林比宏申請學位級別：博士后專業(yè)：凝聚態(tài)物理指導教師：陳忠陳金燦20091001循環(huán)性能的影響，分析循環(huán)的固有回熱損失，導出性能系數(shù)、制冷率和輸入功率等循環(huán)的重要性能參數(shù)的一般表達式。對于給定的輸入功率，使用數(shù)值求解優(yōu)化循環(huán)的制冷率并計算最大制冷率和對應的性能參數(shù)，從而確定性能系數(shù)和輸入功率的最佳區(qū)域。特別是詳細討論了在強簡并、弱簡并和高溫極限情況下循環(huán)的優(yōu)化性能

2、，導出三種特殊情況下循環(huán)的優(yōu)化參數(shù)的解析表達式，同時，給出一些相應的優(yōu)化判據(jù)。本章所得的結論揭示了量子斯特林低溫制冷循環(huán)與以理想氣體為工質(zhì)的經(jīng)典斯特林制冷循環(huán)之間的聯(lián)系和區(qū)別。第四章，建立以玻色和費米氣體為工質(zhì)的不可逆量子布雷頓制冷循環(huán)模型，基于統(tǒng)計物理理論和理想量子氣體的熱力學性質(zhì)，導出循環(huán)的制冷率、制冷系數(shù)和輸入功率等重要性能參數(shù)的表達式。利用這些循環(huán)的重要性能參數(shù)的表達式，研究工質(zhì)的量子簡并性、循環(huán)的內(nèi)不可逆性和工質(zhì)與熱源之間的有

3、限速率熱傳遞對循環(huán)優(yōu)化性能的影響。基于數(shù)值計算方法，優(yōu)化一定輸入功率下循環(huán)的制冷率，計算出最大制冷率及其相應的制冷系數(shù)、工質(zhì)在各工況的溫度，給出制冷系數(shù)和輸入功率優(yōu)化界限，達確定循環(huán)的最佳運行區(qū)域。導出一些特殊情況下循環(huán)性能參數(shù)的解析表達式。第五章，考慮布朗粒子在一維非對稱的周期性勢場中運動，粒子受到外力的作用，并周期性地與兩個熱源接觸，將具有這些特征的布朗粒子視為微型熱機，稱之為布朗熱機。在布朗熱機中，同時考慮由于粒子的勢能和動能的改

4、變而引起的熱流。利用IjIN紐斯因數(shù)，確定在一維非對稱的周期性勢場中向前運動和向后運動的粒子流，導出輸出功率和效率的解析表達式，得到了最大輸出功率和最大效率的表達式，指出了布朗熱機總是不可逆，其效率甚至在準極限下也不可能達到卡諾熱機的效率。詳細討論了一些主要性能參數(shù)，如負載、勢壘高度、勢的不對稱性和兩熱源的溫比對布朗熱機性能的影響。本章獲得的結論說明了通過參數(shù)的改變可以控制布朗熱機運行于不同的區(qū)域。第六章，指出了由運動在空間不對稱和處于