线性唯象传热规律下热机内可逆热经济学研究

对符合线性唯象传热规律(q∝Δ(T-1))的热机内可逆热经济学做了进一步研究,导出了在给定条件下Novikov热机的最优利润解析式,并得到了最优利润和相应的效率同其它参数间的关系.

线性唯象传热规律时内可逆卡诺热机的角速度特性

以内可逆卡诺热机的极限循环为基础,考虑工质与热源间传热服从线性唯象传热规律q∝Δ(T-1),计算出热机运行的最大角速度。得出该传热定律下内可逆卡诺热机的功率、效率与循环角速度的关系,对合理选择热机工作点有一定的指导意义。

线性唯象传热规律下的内可逆不雷逊热机循环的功率、功率密度和效率的性能优化

以在高温热源服从牛顿传热规律而在低温热源服从线性唯象传热规律并考虑了热阻和热漏的布雷逊热机为模型,导出了该热机的输出功率、输出功率密度和效率的表达式。讨论了高温换热器的效率、低温热导和热漏对热机各种性能参数的影响。所得结果可对实际热机的优化设计提供理论依据。

线性唯象传热规律下热驱动二元分离过程的最小平均耗热量

假设热源温度随时间和空间变化,将热驱动分离过程当作工作于高、低温热源之间并产生焓流和能量流的热机来研究,分析了线性唯象传热规律(q∝Δ(T-1))下热驱动二元分离过程的最优性能问题.应用数值方法求解凸优化问题,应用拉格朗日函数求解平均最优控制问题,引入无量纲熵产率系数和无量纲焓流率系数表示分离体系物性及不同分离要求等对分离过程性能有较大影响的因素,得到了热驱动二元分离过程的无量纲最小平均熵产率和无量纲最小平均耗热量,并与牛顿传热规律(q∝Δ(T))下的结果进行了比较.

Q∝(ΔT^(-1))时不可逆卡诺热机的生态学性能优化

以反映热机功率与熵产率之间最佳折衷的"生态学"准则为目标,综合考虑热阻、热漏及工质内不可逆性,导出了线性唯象传热规律下不可逆卡诺热机的生态学最优性能,该结果对实际热机的设计工作具有一定的理论指导意义.

熵产生最小时不可逆Otto循环热机活塞运动最优路径

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,考虑工质与环境之间的传热分别服从牛顿传热规律q∝Δ(T)和线性唯象传热规律q∝Δ(T-1),以循环熵产生最小为目标对整个循环活塞运动的最优路径进行了研究.利用最优控制理论得出了两种传热规律下无加速度约束和限制加速度时对应于循环最小熵产生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,并与牛顿传热规律和线性唯象传热规律时最大输出功条件下的最优构型进行了比较.计算结果表明优化活塞运动规律后可使热机熵产生减小30%以上,这主要是通过减少功率冲程初始段传热损失引起的熵产生实现的.