有限時間熱力學循環(huán)性能的研究.pdf

1、摘要摘要有限時間熱力學主要研究非平衡系統(tǒng)在有限時間中能流和嫡流的規(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意義的重要理論結果，從而也就派生出了有限時間熱力學這一新的現(xiàn)代熱力學學科分支.近年來，有限時間熱力學己經(jīng)取得了長足的進展。有限時間熱力學在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、化工、熱經(jīng)濟等方面具有廣泛的應用，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。本論文研究的是有限時

2、間熱力學的熱力學循環(huán)性能研究。研究方面將分為兩方面:經(jīng)典熱力學循環(huán)和量子熱力學循環(huán)。通過理論分析和數(shù)值計算，做7如下工作:第二章探討了太陽能驅動內(nèi)不可逆熱機循環(huán)的性能特征?；谔柲茯寗訜釞C循環(huán)理論模型，在這個循環(huán)模型中，高溫熱源以輻射方式把熱量傳給系統(tǒng)，而系統(tǒng)以對流方式傳給低溫熱源。分析了該內(nèi)不可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)

3、之間的優(yōu)化關系。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)對太陽能驅動熱機性能的影響。本章結論對實際太陽能驅動熱機的優(yōu)化設計有一定的指導意義。第三章探討了以無限深勢阱的極端相對論粒子為工質的量子卡諾熱機的性能特征.本章通過建立量子卡諾熱機循環(huán)模型，該量子卡諾熱機循環(huán)以無限深勢阱中極端相對論粒子為工質.推導出以無限深勢阱中的極端相對論粒子為工質的量子熱機的效率表達式，發(fā)現(xiàn)其效率表達式與經(jīng)典卡諾熱機的效率表達式

4、相似，只是極端相對論量子卡諾循環(huán)的效率表達式中系統(tǒng)哈密頓量的期望值相當于經(jīng)典卡諾熱機效率表達式的溫度。第四章研究了不可逆諧振子系統(tǒng)布雷頓熱機循環(huán)的性能優(yōu)化。基于量子主方程和半群方法，導出了不可逆諧振子系統(tǒng)布雷頓熱機循環(huán)的時間演化公式。推導出循環(huán)中兩等頻率過程所需的時間、輸出功、效率和輸出功率的一般表達式。在預先調(diào)試好循環(huán)周期的前提下，討論了效率和功率與低等頻率過程時間AbstractABSTRACTFinitetimethermodyn

5、amicsasasi咖ficantbranchofthemodemthermodynamicsismainlyaimedtoinvestigatetheregulationofenergyandentropyflowsofnonequilibriumsystemsinfinitetime.Sincethe1970sresearchintoidentifyingtheperformancelimitsofthermodynamicproc

6、essesandoptimizationofthermodynamiccycleshasseentremendousprogressmade勿scientistsandengineerswithfinitetimethermodynamics.Finitetimethermodynamicshasbeenwidelyappliedtomanyfieldssuchasindustrialandagriculturalproductionc

7、hemicalengineeringandthermaleconomics.Itisalsoimportantintheorytoopen叩newenergiesimproveecologicalenvironmentsandprotectnaturalresourcesetc.Finitetimethermodynamicshasgainedmanygreatachievementsinmanyresearchfieldspartic

8、ularlyintheinvestigationofoptimizingtheperformanceofthermodynamiccycles.Afinitetimethermodynamiccyclemaybeclassicalorquantum.Recentlyresearchintoquantumthermodynamiccycleshasbecomeanewbranchofresearchintofinitetimethermo

9、dynamiccycles.玩thisthesistheinvestigationofperformanceoffinitetimethermodynamiccyclesincludingclassicalthermodynamiccyclesandquantumthermodynamiccycleswillbepresentedbythefollowingchapters.Inchapter11theperformancecharac

10、teristicsoftheinternalirreversiblesolardrivenheatenginecyclearediscussed.Inthecyclemodeluseditsassumedthattheheattransferfrom山ehotreservoiristobeintheradiationmodewhiletheheatreleasedtothecoldreservoiristobeconvectionmod

11、e.Basedonacyclemodelofaninternalirreversiblesolardrivenheatenginetheoptimalrelationsamongtheperformanceparametersundermaximumpowerandmaximunpowerdensityconditionarederivedrespectively.Byusingnumericalsolutiontheefectsono

12、ptimalperformancecaused妙internalirreversiblitiesandexternalirreversilbiltiesofheattransfer二investigated.Theresultsobtainedundermaximumpowerandpowerdensityconditionarecomparedanddiscusse氏theconclusionsinthepresentchapterI