有限时间热力学

摘要： 应用有限时间热力学理论基于已有文献建立的模型,以功率密度和有效功率为优化目标,分析工质比热随温度线性变化条件下,存在传热损失的内可逆矩形循环性能特性,得到循环无因次功率密度P_(d)、无因次有效功率W_(ep)与循环膨胀比γ和效率η之间的关系。结果表明,循环P_(d)-γ和W_(ep)-γ关系曲线均为类抛物线型,P_(d)-η和W_(ep)-η关系曲线均为扭叶型;热机在最大功率密度工作点的效率小于在最大功率工作点的效率,在最大功率密度工作点的热机能够拥有更小的尺寸参数;热机在最大有效功率工作点的效率大于在最大功率工作点的效率。

摘要： 基于有限时间热力学理论,在前人建立的不可逆往复式Brayton循环模型基础上,引入新的目标函数——功率密度(功率与最大质量体积之比),研究了不可逆往复式Brayton循环的功率密度最优性能,分析了最大温比、传热损失、摩擦损失和内不可逆性损失对循环功率密度与压缩比性能关系的影响,并分析了上述四者对循环功率密度与热效率性能关系的影响。比较了最大功率与最大功率密度准则下对应的循环热效率、最大质量体积比和最大压比。研究成果可为实际热机的设计提供参考。

摘要： 回热型超临界二氧化碳布雷顿循环在燃气轮机余热回收利用领域具有较大的发展和应用潜力,对其开展性能分析与优化具有重要意义。文中应用有限时间热力学理论,建立了变温热源条件下存在有限温差传热、不可逆压缩、不可逆膨胀等不可逆因素的回热型超临界二氧化碳布雷顿循环模型,分析了工质质量流率、压缩机与透平效率、总热导率对循环[火用]效率与循环压比特性关系的影响,然后在总热导率一定的条件下以[火用]效率最大为目标,对加热器、冷却器和回热器的热导率分配比以及循环压比、工质质量流率进行优化。结果表明:在文中取值范围内,经优化后的[火用]效率可比初始设计点提高37.96%。文中还给出了不同工质质量流率下[火用]效率达到最大时所对应的设计参数。

摘要： 应用有限时间热力学理论,建立了空间动力装置用内可逆闭式Brayton循环模型,导出了功率和热效率的表达式。采用数值计算的方法,首先在给定高温侧和中间侧换热器有效度的情况下,分析了循环各参数对功率最优性能的影响;然后在给定整个装置3个换热器的总热导率情况下,将功率作为优化目标,对换热器热导率分配进行了优化,得到了循环的最大功率,进一步优化低温热源温度,得到了二次功率最大值,分析了循环各参数对最大功率最优性能的影响。结果表明:存在一个最佳的低温热源温度和一对最佳的热导率分配,使二次功率达到最大;随着高温热源温度的增加,最大二次功率对应的最佳低温热源和最佳热导率增加;随着空间环境温度的减小和换热器总热导率的增加,最大二次功率对应的最佳低温热源和最佳热导率都减少。所得结果对实际空间动力装置的设计优化有一定指导作用。

摘要： 在已有文献建立的单级多单元热电发电机模型基础上,运用有限时间热力学理论,研究热电发电机有效功率最优性能,推导出有效功率表达式。通过数值计算,比较最大有效功率和最大功率条件下,热电发电机的效率,分析热电单元数和高温热源温度对热电发电机有效功率性能的影响。结果表明,最大有效功率下的效率高于最大功率下的效率;热电单元数和高温热源温度对热电发电机有效功率的影响较大,选择合适的热电单元数和高温热源温度能够提高热电发电机的性能。

摘要： 文章应用有限时间热力学理论,首先建立了逆水气变换(RWGS)化工流程模型,并分析了反应器入口压力和入口摩尔流率对整个化工流程性能的影响,接着以总熵产率最小和CO产率最大为优化目标,采用第2代非支配排序遗传算法(NSGA-II)对RWGS化工流程进行了多目标优化。结果表明:化工流程的最小总熵产率与最大CO产率两个目标无法同时达到最优;Pareto最优前沿包含了2个目标在不同权重下的最优解;与参考点相比,利用LINMAP决策的方法确定的最优解使总熵产率减小了3.5%,CO产率增加了3.5%。文中研究结果对实际RWGS化工流程的设计与优化有一定的理论指导意义。

摘要： 基于有限时间热力学理论,设计了一种冷却空气的通道结构,建立了基于热管散热的变温热源热电制冷器有限时间热力学模型.通过数值模拟方法对装置冷、热端热阻进行了分析,得到了沿管道流动方向制冷模块冷、热端温度和冷空气温度的变化规律;以制冷率密度和制冷系数为性能指标,分析了输入电流、入口温度、空气流速等关键运行参数和模块填充系数、热电单元长度、管道宽度和吸液芯厚度等设计参数对装置性能的影响,并讨论了空气间隙热漏影响.结果表明:入口温度为290 K时,0.2 m宽的管道管内冷空气温度每米流程下降约14 K;与同工况下不考虑空气间隙热漏情形相比,考虑空气间隙热漏时最大制冷率密度和最大制冷系数分别为0.48 W/cm^(2)和1.11,分别降低了4.00%和5.13%.

摘要： 建立一个不可逆量子狄塞尔制冷循环模型,循环工质为一维无限深方势阱中的粒子.该循环由两个绝热过程、一个等势阱宽度过程和等压力过程组成.考虑高低温热源间热漏,基于有限时间热力学和薛定谔方程,推导制冷系数与无量纲制冷率的表达式,分析性能参数与截止比、压缩比和热漏系数之间的关系.结果表明,制冷系数与截止比的关系曲线为类抛物线型,无量纲制冷率是截止比的单调递减函数.给定压缩比与热漏系数,制冷系数与无量纲制冷率的关系曲线都是类抛物线型,存在一个最佳无量纲制冷率,使制冷系数取极大值.

摘要： 运用有限时间热力学理论,基于原有不可逆能量选择性电子(ESE)热机模型,研究有效功率最优性能,分析各设计参数对有效功率特性的影响,比较最大有效功率、最大功率和最大效率条件下ESE热机的性能。结果表明,ESE热机的有效功率和效率都会随热漏的增加而减小;选择合适的能量宽度和过滤器通道能量值下限,可以使ESE热机设计于最大有效功率状态;以最大有效功率为优化目标时,可以通过牺牲较小的功率(效率)大幅提高ESE热机的效率(功率);有效功率是功率和效率的折中。

摘要： 基于高温气冷堆的热化学硫碘循环制氢是一种具有广阔应用前景的大规模制氢技术,如何对高温氦气流加热条件下的硫酸分解反应器进行热设计与优化是亟待解决的技术问题之一。为此,利用有限时间热力学理论建立了高温氦气加热的管式活塞流硫酸分解反应器模型,分析了反应器热源流动布置方式、结构参数、操作参数对反应器总熵产生率、SO2产率和SO3转化率的影响。结果表明:在相同的热源和反应物进口参数条件下,逆流式反应器相比顺流式反应器SO2产率更高、总熵产生率更低;在所研究的参数变化区间内,增加反应器转化管管径和管长,总熵产生率降低,SO2产率和SO3转化率增大。该研究结果对于实际硫酸分解反应器的最优设计与运行具有一定的理论指导意义。

摘要： 本文建立了存在传热损失、摩擦损失和工质变比热时的不可逆普适往复式循环模型,用有限时间热力学理论和方法分析其性能.由数值计算给出功率与压比、效率与压比和功率与效率的特性关系,并分析了摩擦损失、工质变比热和多变指数对循环性能的影响.所得到的结果包含了内可逆和不可逆Otto循环和Diesel循环的结果,但又有一定的拓展.

摘要： 本文针对一种由一个定容吸热、一个绝热膨胀和一个定压放热过程所组成的"三点式"热机循环--Lenoir 热机循环,应用有限时间热力学理论建立了定常流内可逆Lenoir 热机循环模型,导出了循环相应的功率、效率特性,以及在换热器总热导率一定的约束下的最优性能,并应用数值计算的方法对循环进行了性能分析,得到了循环高低温热源温比、总热导率变化对循环性能和优化结果的影响.所得结果对于Lenoir 热机设计和改进有一定的指导意义.

摘要： 应用有限时间热力学理论和方法建立了考虑传热、摩擦和内不可逆性损失的多孔介质(PM)发动机循环模型,研究了工质恒比热时循环的功率、效率最优性能和生态学最优性能.导出了循环功率、效率、熵产率和生态学函数等重要性能参数,采用数值计算方法,分析了循环内不可逆性、传热损失、摩擦损失和循环预胀比对循环最优性能的影响,结果表明:随着循环预胀比的增加,循环的最大输出功率、最大效率和生态学函数增加,因此PM发动机循环的性能明显要优于Otto循环的性能.

摘要： 本文应用有限时间热力学、量子主方程和量子半群方法,分析和优化以谐振子系统为工质的不可逆量子布雷顿热机的生态学性能.考虑有限速率传热、内摩擦和旁通热漏损失,导出了热机循环的生态学函数并给出了数值算例.应用数值计算和图例,给出了循环在内可逆(仅存在热阻损失)和各种不可逆(热阻加热漏,热阻加内摩擦,热阻、热漏和内摩擦)条件下的生态学函数与热效率的特性曲线,比较了最大输出功率点、最大热效率点、最大生态学函数点相应的输出功率、热效率、(火用)损失率,并分析了内摩擦和旁通热漏对热机循环生态学最优性能的影响.

摘要： 本文运用有限时间热力学理论,导出了恒温热源闭式不可逆中冷燃气轮机循环功率、效率和功率密度的解析式;分别以功率和功率密度为目标,优化了循环各换热器热导率分配、中间压比以及总压比,并对相应性能进行了比较.

摘要： 本文应用有限时间热力学理论分析了考虑传热损失、摩擦损失及工质非线性变比热的不可逆空气标准矩形循环性能,导出了循环功率与效率表达式,得到了循环功率与压缩比、效率与压缩比以及功率与效率的特性关系.通过分析可知工质非线性变比热特性、传热损失和摩擦损失对循环性能有较大影响,所得结果对该循环的应用具有一定的理论指导意义.

摘要： 文章通过运用有限时间热力学的方法,分析了复指数传热规律下不可逆热声热机的性能优化,通过引用中间变量推导出了在存在不可逆因素、复指数虚部及热漏流率对输出声功率与火用效率与之间的影响关系式,并对此关系式进行优化.此方法优化了在得到最大输出声功率时的火用效率低,或者是得到最大火用效率输出声功率低的缺陷的.并用数值计算认证了这一结论.研究结果有助于热声发动机的优化设计.

摘要： 在宏观世界没有可逆过程,因此把有可逆过程的熵增原理ds ≥ 0 作为热力学第二定律的表达式是不对的.同样在现实世界卡诺循环是不可能实现的.目前不可逆过程热力学的内容还不完善,应该加上有限时间热力学正循环和逆循环分析等相关内容.本文提出热力学第四定律可分析不可逆过程或不可逆循环.作者以动力型不可逆性和阻力型不可逆性为依据,提出了两种热力学第四定律表述方法,完善热力学理论,促进合理利用能源.

摘要： 给定循环总时间和耗油量的情况下,以存在传热、摩擦等内外不可逆性的Otto 循环热机为研究对象,研究了工质与环境之间的传热服从牛顿传热规律时,Otto 循环热机生态学函数最大时整个循环活塞运动的最优路径.利用最优控制理论得出了无加速度约束和限制加速度时对应于循环最大生态学函数时各冲程活塞最优运动规律及循环总时间的最优分配.限制加速度时各个冲程的活塞运动最优构型均由三段组成,均包含了一个初始最大加速段和一个末端最大加速段.给出了最优构型的数值算例,分析了传热规律和优化目标对活塞运动最优构型的影响.

摘要： 给定循环总时间和耗油量的情况下,以存在传热、摩擦等内外不可逆性的Otto 循环热机为研究对象,研究了工质与环境之间的传热服从牛顿传热规律时,Otto 循环热机生态学函数最大时整个循环活塞运动的最优路径.利用最优控制理论得出了无加速度约束和限制加速度时对应于循环最大生态学函数时各冲程活塞最优运动规律及循环总时间的最优分配.限制加速度时各个冲程的活塞运动最优构型均由三段组成,均包含了一个初始最大加速段和一个末端最大加速段.给出了最优构型的数值算例,分析了传热规律和优化目标对活塞运动最优构型的影响.

摘要： 一种用于冷却或加热包含液体或半液体类型的食品的至少第一容器(22)的热力学系统，包括采用热交换器流体的回路，并且至少具有：‑压缩机(2)，其具有用于所述热交换器流体的至少一个入口(I)和用于所述热交换器流体的一个出口(U)；‑连接到所述压缩机(2)的出口(U)的第一热交换器(3)；‑连接到所述第一热交换器(3)的出口的至少一个第一膨胀元件(4a)；‑第二热交换器(5a)，其能与所述第一容器(22)相关联并且具有连接到所述至少一个第一膨胀元件(4a)的出口的入口(5a')；‑返回管道(6)，其具有连接到第二热交换器(5a)的出口的入口部分(6')和连接到压缩机(2)的入口(I)的出口部分。

摘要： 本发明涉及核动力学，并可在含铅的液态金属冷却剂发电站中，尤其是在快中子反应堆中使用。所提供的具有设置在反应堆壳体的“热的”和“冷的”区域内的连续运行的氧气热力学活度传感器的核反应堆、监测冷却剂中氧气的热力学活度的方法和系统以及附加的定期运行的传感器能够对在任何规定的运行模式下的液态金属冷却剂中氧气的热力学活度是否维持在规定的数值进行持续监测。

摘要： 本发明公开了一种基于有限时间神经动力学的多旋翼无人飞行器的稳定飞行控制方法，实现过程如下：1)通过机载传感器获取飞行实时方位和姿态数据，并通过机载处理器对飞行器的运动学问题进行解析处理，建立飞行器动力学模型；2)根据有限时间变参收敛微分神经动力学设计方法,设计有限时间变参收敛微分神经网络求解器；3)利用获取的实时方位和姿态数据，通过有限时间变参收敛微分神经网络求解器求解飞行器各个电机输出控制量；4)将求解结果传递给飞行器各个电机调速器以控制无人飞行器运动。本发明基于有限时间变参收敛微分神经动力学方法，可快速、准确、实时地逼近问题正确解，可以很好地解决矩阵、向量、代数以及优化等多种时变问题。

摘要： 本发明公开了一种带有不确定动力学的吊车有限时间轨迹跟踪控制器及方法，包括：设计两个终端滑模观测器，其中一个观测器用来估计负载摆角，另一个观测器用来估计不确定动力学。然后，通过这些估计的信息，提出有限时间轨迹跟踪控制方法。利用Lyapunov方法以及LaSalle不变性原理证明了闭环系统的稳定性与收敛性。仿真结果表明所提控制方法的正确性与有效性。

摘要： 一种用于冷却或加热包含液体或半液体类型的食品的至少第一容器(22)的热力学系统，包括采用热交换器流体的回路，并且至少具有：‑压缩机(2)，其具有用于所述热交换器流体的至少一个入口(I)和用于所述热交换器流体的一个出口(U)；‑连接到所述压缩机(2)的出口(U)的第一热交换器(3)；‑连接到所述第一热交换器(3)的出口的至少一个第一膨胀元件(4a)；‑第二热交换器(5a)，其能与所述第一容器(22)相关联并且具有连接到所述至少一个第一膨胀元件(4a)的出口的入口(5a')；‑返回管道(6)，其具有连接到第二热交换器(5a)的出口的入口部分(6')和连接到压缩机(2)的入口(I)的出口部分。

摘要： 本发明涉及核动力学，并可在含铅的液态金属冷却剂发电站中，尤其是在快中子反应堆中使用。所提供的具有设置在反应堆壳体的“热的”和“冷的”区域内的连续运行的氧气热力学活度传感器的核反应堆、监测冷却剂中氧气的热力学活度的方法和系统以及附加的定期运行的传感器能够对在任何规定的运行模式下的液态金属冷却剂中氧气的热力学活度是否维持在规定的数值进行持续监测。

摘要： 本发明公开了一种基于有限时间神经动力学的多旋翼无人飞行器的稳定飞行控制方法，实现过程如下：1)通过机载传感器获取飞行实时方位和姿态数据，并通过机载处理器对飞行器的运动学问题进行解析处理，建立飞行器动力学模型；2)根据有限时间变参收敛微分神经动力学设计方法,设计有限时间变参收敛微分神经网络求解器；3)利用获取的实时方位和姿态数据，通过有限时间变参收敛微分神经网络求解器求解飞行器各个电机输出控制量；4)将求解结果传递给飞行器各个电机调速器以控制无人飞行器运动。本发明基于有限时间变参收敛微分神经动力学方法，可快速、准确、实时地逼近问题正确解，可以很好地解决矩阵、向量、代数以及优化等多种时变问题。

摘要： 本发明公开了一种带有不确定动力学的吊车有限时间轨迹跟踪控制器及方法，包括：设计两个终端滑模观测器，其中一个观测器用来估计负载摆角，另一个观测器用来估计不确定动力学。然后，通过这些估计的信息，提出有限时间轨迹跟踪控制方法。利用Lyapunov方法以及LaSalle不变性原理证明了闭环系统的稳定性与收敛性。仿真结果表明所提控制方法的正确性与有效性。

摘要： 本发明公开了一种基于理想气体的有限时间热力学实验平台及实验方法，实验平台包括气缸、气容、步进电机、水浴锅和数据处理系统，气容为密封的空腔容器，所述气缸与数个气容之间密封连通，气缸和气容共同置于所述水浴锅内；步进电机与气缸的活塞连接，驱动活塞运动；所述气缸的活塞上设置有位移传感器，所述气容上密封安装有压力传感器，所述位移传感器、压力传感器与数据处理系统通讯连接；所述数据处理系统接收位移传感器和压力传感器的测量数据，并能够绘制气体的P‑V曲线。本发明结构简单，操作方便，测量精度高，通过测量绘制气体的P‑V曲线，获得各待测热力学量，并能够构造热力学循环，测得循环功率和效率。

摘要： 本实用新型公开了一种基于理想气体的有限时间热力学实验平台，包括气缸、气容、步进电机、水浴锅和数据处理系统，气容为密封的空腔容器，所述气缸与数个气容之间密封连通，气缸和气容共同置于所述水浴锅内；步进电机与气缸的活塞连接，驱动活塞运动；所述气缸的活塞上设置有位移传感器，所述气容上密封安装有压力传感器，所述位移传感器、压力传感器与数据处理系统通讯连接；所述数据处理系统接收位移传感器和压力传感器的测量数据，并能够绘制气体的P‑V曲线。本实用新型结构简单，操作方便，测量精度高，通过测量绘制气体的P‑V曲线，获得各待测热力学量，并能够构造热力学循环，测得循环功率和效率。