兩種熱力循環(huán)系統(tǒng)的性能優(yōu)化研究.pdf

1、有限時間熱力學(xué)主要研究非平衡系統(tǒng)在有限時間中能流和熵流的規(guī)律。20世紀中后期，工程界和物理界人士先后把傳熱損失引入到經(jīng)典卡諾熱機循環(huán)的性能分析中，得出了新的更具有指導(dǎo)意義的重要理論結(jié)果，從而也就派生出了有限時間熱力學(xué)這一新的現(xiàn)代熱力學(xué)學(xué)科分支。近年來，有限時間熱力學(xué)已經(jīng)取得了長足的進展。有限時間熱力學(xué)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、化工、熱經(jīng)濟等方面具有廣泛的應(yīng)用，對開發(fā)新能源、改善生態(tài)環(huán)境、保護自然資源等都有重要的理論意義。 本論文研究了兩種熱

2、力循環(huán)系統(tǒng)的性能優(yōu)化，其創(chuàng)新之處在于考慮了多種不可逆因素，如有限時間傳熱、由摩擦等因素引起的內(nèi)不可逆性、熱漏等等，建立了更符合實際的熱力循環(huán)模型。引入了生態(tài)學(xué)優(yōu)化判據(jù)對熱力循環(huán)系統(tǒng)的性能參數(shù)進行優(yōu)化。通過理論分析和數(shù)值計算，做了如下工作： 第二章中探討了太陽能驅(qū)動內(nèi)不可逆熱機Carnot循環(huán)的性能特征?；谔柲茯?qū)動熱機循環(huán)理論模型，在這個循環(huán)模型中，高溫?zé)嵩匆暂椛浞绞桨褵崃總鹘o系統(tǒng)，而系統(tǒng)以對流方式傳給低溫?zé)嵩?。分析了該?nèi)不可

3、逆熱機分別在最大輸出功率和最大輸出功率密度的條件下熱機的性能參數(shù)之間優(yōu)化關(guān)系。利用數(shù)值分析，探討了最大輸出功率和最大輸出功率密度條件下的參數(shù)之間的優(yōu)化關(guān)系。通過對比較分析，較為深刻地分析了不可逆性(包括傳熱不可逆性和內(nèi)不可逆性)對太陽能驅(qū)動熱機性能的影響。本章結(jié)論對實際太陽能驅(qū)動熱機的優(yōu)化設(shè)計有一定的指導(dǎo)意義。 第三章中基于太陽能驅(qū)動外不可逆的熱機，導(dǎo)出生態(tài)學(xué)函數(shù)優(yōu)化后循環(huán)輸出功率和性能系數(shù)之間的優(yōu)化關(guān)系。對最大輸出功率條件下和

4、生態(tài)學(xué)函數(shù)優(yōu)化后所得到的結(jié)論進行了比較，所得結(jié)果對實際熱機系統(tǒng)的性能優(yōu)化設(shè)計有一定的指導(dǎo)意義。 第四章中以在高溫?zé)嵩捶呐ｎD傳熱規(guī)律而在低溫?zé)嵩捶木€性唯象傳熱規(guī)律并考慮了熱阻和熱漏的布雷遜熱機為模型，導(dǎo)出了該熱機的輸出功率、輸出功率密度和效率的表達式。討論了高溫換熱器的效率、低溫?zé)釋?dǎo)和熱漏對熱機各種性能參數(shù)的影響。所得結(jié)果可對實際熱機的優(yōu)化設(shè)計提供理論依據(jù)。 第五章中基于生態(tài)學(xué)優(yōu)化判據(jù)對一種不可逆空間太陽能Brayss

5、on循環(huán)的性能參數(shù)進行優(yōu)化計算。生態(tài)學(xué)目標(biāo)函數(shù)定義為能量輸出減去能量損失，而能量損失等于環(huán)境溫度乘以循環(huán)熵產(chǎn)率?？臻g太陽能動力系統(tǒng)由太陽能收集器和不可逆的Braysson循環(huán)兩部分組成。該Braysson循環(huán)與高溫?zé)嵩吹膿Q熱滿足牛頓傳熱規(guī)律，與低溫?zé)嵩吹膿Q熱則滿足熱輻射換熱規(guī)律。本章推導(dǎo)出包括循環(huán)的效率、輸出功率、生態(tài)學(xué)函數(shù)等在內(nèi)的性能參數(shù)的具體表達式，進一步在最大生態(tài)學(xué)函數(shù)的條件下，對熱機的各種性能參數(shù)進行了優(yōu)化分析，獲得了一些有意義