闭式简单燃气轮机循环生态学有效功率特性

内可逆闭式简单燃气轮机循环(Brayton循环)模型是基于有限时间热力学理论和已有文献建立的热力学循环模型。以生态学有效功率为优化目标,研究了该循环的性能特性,导出了生态学有效功率的表达式,分析了不同热源温比下该循环的无因次生态学有效功率与压比、效率和无因次功率的关系,比较了该循环的生态学有效功率与其他多个目标函数的性能差异。结果表明:无因次生态学有效功率与压比和效率的关系呈类抛物线型,存在最优压比使无因次生态学有效功率最大;无因次生态学有效功率与无因次功率的关系呈扭叶型,任一给定的无因次生态学有效功率值都对应2个无因次功率值,实际设计时,热机应选择功率较大的工况点;如果将热源温比提高,则无因次生态学有效功率及其目标下的无因次功率、效率和最佳压比均提高;追求生态学有效功率以牺牲热机的部分功率来提升循环的热效率,可大幅度降低熵产率。研究成果可以为Brayton循环热机的设计和优化提供参考。

闭式内可逆Atkinson循环最大生态学有效功率性能

建立恒温热源内可逆闭式Atkinson循环模型,以循环的生态学有效功率为目标,对循环性能进行分析和优化,导出生态学有效功率表达式,研究热源温比对循环性能的影响,对比循环在最大生态学有效功率、最大有效功率、最大生态学函数和最大功率条件下的特性。结果表明,生态学有效功率与热效率特性关系为类抛物线形,随着热源温比增大,最大生态学有效功率及其对应的效率增大;生态学有效功率与功率(生态学函数)特性关系为扭叶形。除了最大生态学有效功率点外,对于任一给定生态学有效功率工作点,均对应两个功率(生态学函数)值,实际设计中,应该使热机工作于功率(生态学函数)较大的状态点;生态学有效功率反映出功率与熵产率之间的折衷以及功率与热效率之间的折衷。

三热源热布朗热变换器的生态学最优性能

建立了考虑传热损失的三热源热布朗热变换器的有限时间热力学模型,导出了热流平衡方程、供热率、供热系数(COP)和生态学函数的解析式。通过数值计算,研究了循环的生态学性能特性,说明了生态学函数作为优化目标时的优势。结果显示:外部传热仅会定量地降低循环的性能,而不会定性地改变循环的性能。增加换热器的总热导率可有效提升系统的性能。通过适当地调整热导率分配和内部参数,可以使三热源热布朗热变换器工作在最大生态学函数目标下。当以生态学函数代替供热率作为优化目标时,供热率减少较小,对应的COP提升较大。

内可逆闭式Braysson循环生态学有效功率特性

基于有限时间热力学理论和前人建立的恒温热源闭式Braysson循环模型,以生态学有效功率E_(η)为目标,研究了循环性能特性,推导出了E_(η)的表达式。通过数值分析的方法,分析了工质热容率C_(wf)、工质对数温比x和热导率分配u对E_(η)性能的影响,比较了循环工作在最大无因次生态学有效功率E_(η,max)、最大无因次功率P_(max)、最大无因次生态学函数E_(max)和最大无因次有效功率E_(P,max)条件下的性能差异。研究结果表明:在给定C_(wf)的情况下,存在最佳的工质对数温比(x_(opt))和热导率分配(u_(opt))使循环的E_(η)达到最大值;在分别给定x和u的情况下,E_(η)随着C_(wf)的增大而减小;当设计目标从其他目标转为E_(η)时,可以通过牺牲部分功率换取效率的提升。

传热对热布朗热泵性能的影响

本文建立了热布朗热泵的有限时间热力学模型.假设热源与黏性介质间服从牛顿传热规律,导出了供热率和供热系数的解析式.分析了传热对布朗热泵性能的影响,给出了布朗热泵的有效工作区域,并与宏观内可逆卡诺热泵的性能进行了比较.在总热导率一定的约束下,通过优化热导率分配得到了系统的最大供热率.结果显示新模型的供热率比非平衡热力学模型的供热率更小,且更接近实际.增强热源与黏性介质间的传热可以有效提升系统的性能.供热率关于热导率分配比存在极值,供热系数不受热导率的影响.当总热导率无穷大时,模型变为非平衡热力学模型.缩小热源间的温差可提高供热率,供热系数与热源温度无关.

三热源热布朗制冷机的生态学最优性能

本文将基于?分析的生态学函数引入到建立的三热源热布朗制冷机性能优化中,导出了反映?输出率和熵产率间最佳折衷的生态学函数。应用有限时间热力学理论,分析了牛顿传热规律下制冷机的生态学最优性能。通过与制冷率目标下的性能特性进行比较,说明了生态学函数目标的意义。结果表明:外部传热只影响性能参数的大小,不影响其优化关系。制冷率和生态学函数分别关于热导率分配比、外力和势垒高度存在极大值。当以生态学函数代替制冷率作为目标时,制冷率减小较少,而对应的制冷系数(COP)得到了巨大的提升。

联合热驱动布朗热泵循环的建模与性能分析

基于有限时间热力学理论,本文建立了具有中间热源的两级联合热驱动布朗热泵循环模型.该循环模型由两个热驱动布朗热泵串联组成.两热泵工作在温度恒定的三个热源间,热源与热泵间存在有限速率的传热过程.考虑热源与热泵间的传热损失,导出了系统的供热率和供热系数解析式,通过数值计算分析了设计参数对联合布朗热泵循环性能的影响.结果表明供热率随势垒高度单调递减,随外力和势垒不对称度单调增加.供热系数关于势垒高度、势垒不对称度和外力都有最大值.当顶部和底部热源温度一定时,中间热源温度与顶部热源温度越接近,供热率和供热系数越大.比较了工作在相同温度热源下单级布朗热泵循环与联合布朗热泵循环的性能,结果表明联合热泵循环的供热率更大,但是供热系数会相对减小.

广义不可逆热布朗热机的生态学优化

基于有限时间热力学理论,本文研究了不可逆热布朗热机的生态学性能。导出了系统生态学函数的表达式,分析和对比了热机分别在功率、效率和生态学函数目标下的性能特性。给出了热机的最优工作区域,并阐述了生态学函数作为目标时的重要意义。分别存在最优的势垒高度、热导率分配比和外力对应于热机的最大功率、最大效率和最大生态学函数。生态学函数对布朗热机具有较好的协调优化效果,当用生态学函数代替功率(或效率)作为目标时,输出功率(或效率)降低较小,而效率(或功率)提升较大。