有限時(shí)間熱力學(xué)循環(huán)性能的研究.pdf

1、摘要摘要有限時(shí)間熱力學(xué)主要研究非平衡系統(tǒng)在有限時(shí)間中能流和嫡流的規(guī)律.20世紀(jì)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(jī)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(shí)間熱力學(xué)這一新的現(xiàn)代熱力學(xué)學(xué)科分支.近年來(lái)，有限時(shí)間熱力學(xué)己經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展。有限時(shí)間熱力學(xué)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、化工、熱經(jīng)濟(jì)等方面具有廣泛的應(yīng)用，對(duì)開(kāi)發(fā)新能源、改善生態(tài)環(huán)境、保護(hù)自然資源等都有重要的理論意義。本論文研究的是有限時(shí)

2、間熱力學(xué)的熱力學(xué)循環(huán)性能研究。研究方面將分為兩方面:經(jīng)典熱力學(xué)循環(huán)和量子熱力學(xué)循環(huán)。通過(guò)理論分析和數(shù)值計(jì)算，做7如下工作:第二章探討了太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)內(nèi)不可逆熱機(jī)循環(huán)的性能特征?；谔?yáng)能驅(qū)動(dòng)熱機(jī)循環(huán)理論模型，在這個(gè)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(duì)流方式傳給低溫?zé)嵩?。分析了該?nèi)不可逆熱機(jī)分別在最大輸出功率和最大輸出功率密度的條件下熱機(jī)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)

3、之間的優(yōu)化關(guān)系。通過(guò)對(duì)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(duì)太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)熱機(jī)性能的影響。本章結(jié)論對(duì)實(shí)際太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)熱機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)意義。第三章探討了以無(wú)限深勢(shì)阱的極端相對(duì)論粒子為工質(zhì)的量子卡諾熱機(jī)的性能特征.本章通過(guò)建立量子卡諾熱機(jī)循環(huán)模型，該量子卡諾熱機(jī)循環(huán)以無(wú)限深勢(shì)阱中極端相對(duì)論粒子為工質(zhì).推導(dǎo)出以無(wú)限深勢(shì)阱中的極端相對(duì)論粒子為工質(zhì)的量子熱機(jī)的效率表達(dá)式，發(fā)現(xiàn)其效率表達(dá)式與經(jīng)典卡諾熱機(jī)的效率表達(dá)式

4、相似，只是極端相對(duì)論量子卡諾循環(huán)的效率表達(dá)式中系統(tǒng)哈密頓量的期望值相當(dāng)于經(jīng)典卡諾熱機(jī)效率表達(dá)式的溫度。第四章研究了不可逆諧振子系統(tǒng)布雷頓熱機(jī)循環(huán)的性能優(yōu)化?；诹孔又鞣匠毯桶肴悍椒?，導(dǎo)出了不可逆諧振子系統(tǒng)布雷頓熱機(jī)循環(huán)的時(shí)間演化公式。推導(dǎo)出循環(huán)中兩等頻率過(guò)程所需的時(shí)間、輸出功、效率和輸出功率的一般表達(dá)式。在預(yù)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(guò)程時(shí)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