具有非理想气体工质的内可逆Miller循环功率效率特性

应用有限时间热力学理论,研究非理想气体工质的内可逆Miller循环的最优性能,导出循环功率和效率与压缩比的一般关系。以循环功率和效率为目标函数,分析Miller循环比γM、传热损失系数B、循环最大温比τ和气体自由度d对循环特性的影响,比较非理想气体与理想气体不同比热模型条件下的性能差异。结果显示:随着γM增加,循环最大功率P_(max)和最大效率η_(_(max))增大,P_(max)对应的效率ηP_(max)先增大后减小,P_(max)对应的压缩比γP减小,η_(_(max))对应的压缩比γη先减小后增大;随着B增大,η_(_(max))、ηP_(max)和γη减小;随着τ和d增加,P_(max)、η_(_(max))、ηP_(max)、γP和γη均增大。比热模型对循环性能仅有定量影响,无定性影响;非理想气体比热模型条件下的循环功率和效率最小。

基于可逆循环的电池变截面通道液冷仿真研究

以280 Ah方形磷酸铁锂电池为研究对象,设计了符合大容量电池组产热特点的变截面对称型流道液冷板,建立了锂离子电池组液冷仿真模型,采用可逆循环的液冷冷却方式,研究了电池组在不同冷却方式下的冷却效果及冷却液入口温度、可逆循环的转向发生时间对电池组散热性能的影响。结果表明:变截面对称型流道有助于提高位于电池组中心位置电池的散热性能,平衡由于位置不同引起的温度不均匀性;液冷板内的冷却液采用双向可逆循环方式比仅有自然对流条件下的电池组表面最高温度降低了17.8℃;研究提出的液冷板结构中,冷却液入口温度主要影响电池组表面的最高温度,而可逆循环的转向时间主要影响电池组的温度均匀性。

工质线性变比热对内可逆Rallis循环功率效率性能的影响

应用有限时间热力学理论建立工质比热随温度线性变化时内可逆Rallis循环模型,导出循环的功率(P)和效率(η)的解析式。通过数值算例分析循环增压比(λ)、压缩比(ε)、预胀比(ρ)、传热损失(B)和工质比热随温度线性变化系数(k_(1))对P与膨胀比(σ)、η与σ以及P与η特性曲线的影响。结果显示:循环P-σ和η-σ特性曲线为类抛物线型,循环P-η特性曲线为扭叶型;存在最佳的膨胀比σ_(P)和σ_(η),分别使P和η达到最大值(P_(max)和η_(max));随着ε和λ的增大,P_(max)、σ_(P)、η_(max)、σ_(η)、η_(max)对应的功率(P_(η))和P_(max)对应的效率(η_(P))单调递增;随着ρ的增大,P_(max)、η_(max)、σ_(η)和P_(η)单调递增,σ_(P)不变,η_(P)单调递减;随着B和k1的增大,η_(max)和η_(P)单调递减,σ_(η)和P_(η)单调递增。将所得结论与恒比热内可逆Rallis循环的结论进行对比,结果显示:随ρ的增大,σ_(P)不变,恒比热时σ_(P)单调递增;η_(P)单调递减,恒比热时η_(P)单调递增。通过分析可知工质比热变化对Rallis循环性能的影响较为明显,所得结论对该循环的应用有一定参考意义。

内可逆Ericsson循环最大生态学有效功率性能

应用有限时间热力学分析方法,在已有文献建立的内可逆Ericsson循环模型基础上,以生态学有效功率为目标函数,研究循环的性能特性。通过数值计算,分析参数K/lnr_(p)(K是与回热时间系数有关的变量,rp是压力比)和传热系数对生态学有效功率与效率、温比和功率特性关系的影响,并对比循环在最大生态学有效功率、最大功率、最大有效功率和最大生态学函数条件下的性能差异。结果表明:生态学有效功率与温比和效率呈类抛物线型,生态学有效功率与功率呈扭叶型,循环的最大生态学有效功率及其对应的最优温比和功率随K/lnr_(p)增大或传热系数的降低而减小;以生态学有效功率为优化目标时牺牲部分输出功率,提高了效率,降低了熵产率,为实际热机性能优化设计提供一种新的方案。

变温热源内可逆Braysson循环性能分析与优化

用有限时间热力学理论建立了变温热源内可逆Braysson循环模型,导出了功率和效率的数学表达式,分析了循环参数对二者的影响,并通过优化热导率分配和热容率匹配来进一步优化循环功率和效率。结果表明:优化高、低温侧换热器热导率分配过程中,存在一个最佳工质对数温比,使得效率达到最大值;存在一组最佳热导率分配和最佳工质对数温比,使得功率和效率达到双重最大值;优化工质与热源间热容率匹配过程中,存在一组最佳热容率匹配、最佳工质对数温比和最佳热导率分配,使得功率达到三重最大值。因此通过同时优化热导率分配和热容率匹配得到的循环性能更接近实际情况,且此时循环功率存在三重最大值。研究成果可为Braysson循环的相关研究提供一定的参考。

不可逆Miller循环的功率效率特性

用有限时间热力学的方法考虑空气标准 Miller循环 ,导出存在摩擦及传热损失的空气标准 Miller循环的功率与压缩比、效率与压缩比 ,以及功率和效率的最佳特性关系 ;同时由数值计算分析了摩擦和传热对循环性能的影响特点。结论包含了各种特定条件下不同循环的特性 。

工质非线性变比热比不可逆Dual-Miller循环生态学目标函数优化

考虑工质非线性变比热比特性,存在气缸传热损失、活塞摩擦损失和其他内不可逆性损失,应用有限时间热力学理论分析和优化空气标准Dual-Miller循环性能,推导出了功率、效率和生态学目标函数等性能参数表达式,并由数值计算得到功率和效率与压缩比、功率与效率、生态学目标函数与功率和效率的特性关系,分析升压比和活塞冲程对各性能指标的影响,并分析比较各种不同优化目标下的性能特点。

广义不可逆Miller热机循环的性能优化

建立了考虑工质变温热容、热漏、有限时间传热、摩擦损失、非等熵绝热压缩和非等熵绝热膨胀过程的空气标准的不可逆Miller热机循环模型。应用有限时间热力学理论导出了该模型下的输出功率和效率的解析表达式。通过数值计算,得出了输出功率与效率之间的关系,并作图来反映它们的变化情况。讨论了热漏损失、摩擦损失、内不可逆性和工质变温热容对该热机各种性能参数的影响,同时给出了一些重要参数的优化范围。所得结果对实际Miller热机的优化设计提供了理论依据。

高温高负荷下Miller发动机扭矩提升的控制策略

为了解决Miller循环混动发动机在高温高负荷下爆震倾向明显增加而导致扭矩损失严重的问题,该研究通过台架试验,对进排气相位、喷油比例和喷油相位等关键控制参数进行了优化,并根据高温高负荷下发动机的工作特性,在发动机控制逻辑中引入温度修正。结果表明:进排气相位优化等措施成功抑制了爆震;优化后的发动机在1600 r/min高温全负荷工况下扭矩提升了18.5%;并且实现了对进排气相位、喷油参数和点火角的高温补偿,以及不同温度下控制参数的解耦,显著改善了高温高负荷下的动力性能衰减。

等温加热修正Diesel循环及其内可逆特性

提出一种新的Diesel循环,即等温加热修正的Diesel循环,并运用有限时间热力学理论建立内可逆修正Diesel循环模型,导出循环功率与效率、功率与压缩比和效率与压缩比的特性关系,研究循环温比、预胀比和传热损失对循环性能的影响,将修正后的循环性能与传统的Diesel循环性能进行比较。结果显示:循环功率与效率的关系曲线呈扭叶型,而功率与压缩比和效率与压缩比的关系曲线均呈类抛物线型;随着预胀比和循环温比的变大,循环性能明显提升;与传统的Diesel循环相比,修正后的循环性能更优。

εR最大时内可逆简单空气制冷循环的ε和R

利用有限时间热力学理论,以内可逆简单空气(Brayton)制冷循环为研究对象,选用品质因子(制冷率R与制冷系数ε之积Ω)作为优化目标,通过理论分析和数值计算,推导Ω与影响参数间的解析式。在高、低温侧换热器总量一定的条件下,对热导率的分配和压比的选择进行优化,给出制冷循环的最优性能。对相同参数下的最大Ω和最大R性能进行比较,分析循环温比、其他参数对制冷循环最优性能的影响。结果显示:将Ω作为优化目标,热导率分配和压比作为优化变量时,优化结果保证了制冷率和制冷系数之间的协调,是较优的折中方案。

不可逆量子矩形循环的功率、效率和有效功率分析与优化

应用有限时间热力学理论建立不可逆量子矩形循环模型,循环工质为无数个囚禁于一维无限深势阱中的极端相对论粒子。该循环由两个等势阱力过程、两个等势阱宽度过程组成,考虑工质与热源间的传热和高低温热源之间的热漏损失,导出循环的无量纲功率、热效率和有效功率的表达式,研究其最优性能。结果表明:无量纲功率与热效率的关系曲线呈扭叶形;量子矩形循环的最优工作区间处于最大功率和最高效率之间;随着热漏系数增大,热机的最优设计区间缩小;有效功率与热效率的关系曲线也呈扭叶形;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。

可逆简单空气制冷循环品质因子优化

本文利用经典热力学理论,以可逆简单空气制冷循环为研究对象,借用有限时间热力学提出的品质因子作为优化目标,通过理论分析和数值计算,推导出了品质因子与影响参数间的解析式.通过优化压比给出了制冷循环的最优性能,分析了循环温比对制冷循环最优性能的影响.结果表明,选用品质因子作为优化目标进行性能优化,存在最佳压比使得品质因子取得最大值,而且优化结果保证了制冷率和制冷系数之间的协调,是一种较优的折衷方案.

空气标准等温加热修正Brayton循环:(2)多目标优化

基于第1部分对循环功率和效率特性的研究,进一步以效率、生态学函数、功率和功率密度为优化目标,以压缩比为优化变量,利用NSGA-Ⅱ算法对内可逆空气标准等温加热修正Brayton循环进行不同目标组合的单、双、三和四目标优化,并利用偏差指数对3种决策方式的优化结果进行分析对比,从而寻找最优解集。结果表明三目标优化中偏差指数最小,为0.129 2。故多目标优化能更有效地找到最优解集。研究成果可为Brayton热机循环的优化设计提供一定参考。

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。

Miller循环中速柴油机燃烧和排放特性的模拟

为探索某船用中速柴油机在Miller循环条件下的燃烧和NOx排放特性,采用三维CFD计算程序模拟该机的缸内工作过程,探讨充量温度、喷油定时和几何压缩比等参数对燃烧和NOx排放的影响。研究结果表明:随着充量温度的降低,滞燃期曲轴转角和最高压力升高率持续增加,而指示油耗率和NOx排放率都呈现先降低后升高的趋势;在较低充量温度下,延迟喷油定时对滞燃期曲轴转角的影响不太大,而增加几何压缩比可以有效缩短滞燃期曲轴转角,进一步降低NOx排放;综合优化上述参数,得到的最优方案使该型柴油机额定负荷NOx排放降低52.4%,且在所计算的曲轴转角范围内指示燃油消耗率基本保持不变。

Miller循环汽油机稀薄燃烧及排放特性分析

针对稀燃过程对增压Miller循环直喷汽油机燃烧及排放的影响进行了试验研究,分析了稀燃协同废气再循环(EGR)对汽油机油耗率的影响规律,结合透明发动机对缸内稀燃过程进行了可视化分析。结果表明:当过量空气系数(λ)为1.55时,油耗率降低约7%,继续增大λ油耗率反升;稀燃导致强Miller效应,空燃比扩展能力受限,对油耗率的改善程度减小;在λ升高初期,滞燃期每延长曲柄转角(CA)1°,10%~90%燃烧持续期对应延长CA 1°。增大EGR率及提高λ均能有效降低燃油消耗率,且当量燃烧模式下EGR率为14%,相当于稀燃模式下λ=1.35对油耗率的贡献程度;使λ达到1.27时,在相同EGR率14%条件下,稀燃模式比当量燃烧模式油耗率降低可达7.5%。

传热和内不可逆性对太阳能热机循环性能的影响

本文建立太阳能热机系统的一般循环模型，探讨传热和内不可逆性因素对其循环性能的影响；在不同的热传递规律下优化系统的各主要性能参数，对系统的效率、集热器的工作温度和热机中高、低温热交换器的传热面积比作了较深入的分析，从而获得一些有意义的新结论。

不可逆卡诺循环

本文在内可逆卡诺循环理论的基础上，讨论和介绍不可逆卡诺循环的理论．并以两个实例来阐明不可逆卡诺循环与内可逆循环的主要差别，以及建立不可逆卡诺循环理论的重要意义．同时还讨论了不可逆卡诺循环的等效内可逆卡诺循环和等效可逆卡诺循环．最后指出目前一些文献中对不可逆卡诺循环的讨论所存在的一些问题．

变温热源不可逆布雷顿制冷循环制冷率和制冷系数优化

用有限时间热力学方法分析变温热源不可逆简单布雷顿制冷循环的特性,分别以制冷率和制冷系数为优化目标,优化了循环中换热器的热导分配以及工质和热源间的热容率匹配,并采用数值计算分析了压比、换热器总热导、压缩机和膨胀机效率、工质热容率等参数对最优制冷率和制冷系数的影响特点。所得结果对工程制冷系统设计有一定的指导意义。