基于最小热量传递势容耗散原理的导热优化

导热是一个不可逆过程,它的优化遵循最小热量传递势容耗散原理。本文根据该原理,对体点问题中的高导热材料布置进行了优化。当域内导热系数的积分为定值时,最小热量传递势容耗散对应于导热系数与当地热流成正比,即全场的温度梯度均匀。以温度梯度均匀化为准则,利用仿生优化方法得到了域内有均匀和非均匀热源时高导热材料的最优布置。

热力学耦合的相位描述及其最小耗散原理

对热力学耦合进行相位描述,并对线性非平衡态热力学的熵产率方程进行了相位拓展,建立了蕴含热力学耦合机制的全相位熵产率方程。广义力与广义流之间的相位关系,唯像地决定了热力学过程的性质。当广义力与广义流之间同相位时,为熵产率大于0的自发过程;当广义力与广义流反相位时,为熵产率小于0的非自发过程。孤立体系内负熵产率的过程可以在正熵产率过程的驱动下进行。而且当自发过程与非自发过程之间发生热力学耦合时,其交叉唯象系数小于0,两个过程的广义流之间的相位差半个周期,这时整个孤立体系的熵产率最小,即说明满足热力学耦合时体系的耗散率最小。

最小热量传递势容耗散原理及其在导热优化中的应用

基于热量传递现象的本质,从传热学的角度定义了热量传递势容和热量传递势容耗散函数,它们的物理意义相应为热量传递能力的总量和热量传递能力的耗散率.针对以提高导热效率为目标函数的导热过程优化,提出了最小热量传递势容耗散原理,即在总导热能力一定的条件下,当热量传递势容耗散为最小时的导热系数分布为最佳,即其导热效率最高.最后,举例说明了最小热量传递势容耗散原理在导热过程优化中的应用.

(火积)耗散原理在相变储热过程优化中的应用

为了强化相变储热单元的储热性能,基于(火积)耗散原理,数值分析了相变材料的熔点对储热单元的储热速率、(火积)耗散率及储热品质的影响。结果表明:对于单级相变储热单元,相变材料熔点越低,相变储热过程的传热速率就越高,而对应的(火积)耗散率就越大,储存热量的品质也越低。证明了(火积)耗散原理用于相变储热过程优化的可行性。对于两级相变储热单元的分析结果表明,合理的匹配两级相变材料的熔点,可以实现储热速率高于单一相变材料,且传热过程的不可逆性((火积)耗散率)低于单一相变材料。可见,多级相变材料的合理匹配,可以同时提高储热速率、降低储热过程的不可逆性。

基于能量耗散原理的盐岩动力特性及破坏特征分析

为研究盐岩的动力特性和破坏特征,利用带围压的分离式Hopkinson压杆(SHPB)试验装置,对盐岩进行不同围压(5,15和25 MPa)下的冲击试验,并基于能量耗散原理来研究盐岩动态力学性能以及破坏特征,分析整个试验过程中的能量传递与转化,探究围压和输入能量对试件吸能及破坏的影响。研究结果表明:在同一围压下,随着入射能的增加,盐岩硬化效应越明显,表现为能量反射率增高而透射能和吸收能降低;在相同或相近的入射能下,随着围压的升高盐岩的流塑性变得越明显,但在动力荷载下盐岩由流塑性向脆性转变,最后发生脆性破坏;随着吸收能的增加,盐岩的峰值应力因围压不同而表现出不同的变化趋势,低围压时,吸收能越大,峰值应力越高,而高围压时,吸收能越大,峰值应力却越小;在有围压状态下,盐岩的冲击破坏形态与其他的脆性岩石相似,但在破坏机制上存在很大差异。

试探析邓小平思想的耗散结构原理

本文尝试从耗散结构原理来探析邓小平建设有中国特色的社会主义理论思想.作者认为邓小平思想体系是一个开放系统;邓小平的改革是一场革命,它使开放系统远离平衡态;邓小平的改革进程是以非线性模式前进的;解放思想,实事求是体现了耗散结构论的系统从无序向有序发展是通过随机的涨落而实现的实质.

耗散结构原理在边防情报系统中的应用

阐述了耗散结构原理,分析了边防情报系统的耗散结构特性,提出了利用耗散结构原理改善边防情报系统有序性的方法,以期指导边防情报实际工作。

论耗散结构原理在企业竞争情报系统中的应用

简要介绍了耗散结构理论,提出耗散结构原理在企业竞争情报系统应用的条件,并根据耗散结构的形成条件对企业竞争情报系统提出了建议。

离散发热器件基于(火积)耗散率最小和最高温度最小的构形优化比较

建立了导热基座上圆柱体离散发热器件的三维湍流散热模型,基于构形理论,考虑空气变物性及可压缩性和黏性耗散,研究了器件材料的热导率、热源强度和流体流速对器件最高温度、基于(火积)耗散定义的当量热阻和平均Nu数的影响.结果表明:在总发热功率一定的条件下,以器件最高温度和当量热阻为性能指标进行热设计,均存在最优热源强度分布使得散热性能最优.当各热源强度相同且热源热导率小于基座热导率时,提高热源热导率可明显改善散热性能;将热源热导率沿流动方向从低到高布置可降低器件最高温度,而将热源热导率均匀布置可使当量热阻最小.所得结果可为实际热设计中不同材质和不同发热率的电子器件最优布置提供理论支撑.

矩形肋片热沉(火积)耗散率最小与最大热阻最小构形优化的比较研究

针对矩形肋片热沉,分别以最大热阻最小化和基于(火积)耗散定义的当量热阻最小化为优化目标,采用二维传热模型并结合有限元数值仿真对其进行构形优化,比较了两种目标下的热沉最优构形,并分析了全局参数(综合了对流换热系数、肋片占据的总面积及其热导率的函数)和材料占比对两种目标(最大热阻、当量热阻)及其对应最优构形的影响.结果表明:热沉外形固定时,两种目标下均不存在最优的肋片厚度;热沉外形自由变化时,两种目标下的最优构形存在一定的差异.此外,全局参数对两种目标下的最优构形均没有影响,而材料占比对两种目标下的最优构形均有较大影响.提高全局参数和材料占比均可以减小最大热阻最小值和当量热阻最小值,但对两种目标的减小程度不同.总体上,调节热沉结构参数使当量热阻最小,可以同时获得很好的局部极限性能;而调节热沉结构参数使最大热阻最小,获得的整体平均散热性能却较差.因此,对本文热沉模型进行优化时,以当量热阻最小化为优化目标更合理.

从耗散率函数看黏性与塑性间的内在联系

利用热力学的基本定律和内应变率空间中的最大Homilton耗散率原理,建立了黏性和塑性相统一的广义黏弹性本构理论.利用凸分析数学理论,阐明了内应变率空间中的最大Homilton耗散率原理等价于内应力空间中的最大Lagrange耗散率原理.当Homilton耗散率函数为内应变速率的一次欧拉齐次函数时,材料的黏性特性退化为塑性特性,最大Lagrange耗散率原理退化为Hill最大塑性功原理,因此,塑性是材料广义黏性的一种特例.选取不同的自由能函数和耗散率函数,利用最大Homilton耗散率原理和最大Lagrange耗散率原理,建立了准Maxwell模型、准Kelvin模型和准临界状态黏弹性模型,证明了广义Von Mises屈服准则、广义Von Mises线性运动硬化屈服准则和魏汝龙临界状态屈服准则是准Maxwell模型、准Kelvin模型和准临界状态黏弹性模型当耗散率函数为一次欧拉齐次函数时的特例.通过数值算例和图可以直观地验证上述结论的可靠性.

耗散结构与图书馆学

随着科学的发展,六十年代涌现出了一批新的横断科学——耗散结构、协同学、突变论。这些理论都是新的科学方法论。耗散结构理论是由比利时布鲁塞尔学派领导人普利高津于1969年在一次理论物理和生物学国际会议上发表的《结构、耗散和生命》论文中正式提出来的。目前,国内外学者正进一步探索耗散结构原理,并应用来研究化学、生物化学,生物学、生态学,及至社会、经济现象和情报、出版系统。

基于Hill原理的非相关联流动法则的机理研究

为了克服经典塑性力学中与摩擦相关的n阶齐次屈服函数的耗散功与应力状态无关,以及砂性材料的耗散功为零,后者与塑性发生时耗散功必须大于零的热力学第二定律相违背的缺陷,将真实空间的Hill最大耗散功原理推广到耗散空间的Hill最大耗散功原理.根据摩擦引起的能量耗散与真实空间正应力(或球应力)相关的机制,在耗散空间的屈服准则中引入与真实空间正应力(或球应力)相关的函数项,从而使塑性发生时材料的耗散功大于零.由于耗散空间中的屈服准则与真实应力相关,真实空间的屈服准则与塑性应变之间必须服从非相关联流动法则.

(火积)耗散极值原理在辐射换热优化中的应用

类比于导热和对流换热过程中(火积)的定义,在辐射换热中引入(火积)流和耗散的概念,由于辐射换热是不可逆过程,故在该过程中将部分被耗散.提出了辐射换热优化的(火积)耗散极值原理:对于具有一定约束条件的辐射换热过程,在给定温度边界条件的情况下,(火积)耗散最大时辐射换热过程最优(热流最大);在给定热流边界条件的情况下,耗散最小时辐射换热过程最优(温差最小).

基于[火积]耗散极值原理的蒸汽发生器构形优化

应用(火积)耗散极值原理和构形理论,采用解析方法对蒸汽发生器进行构形优化设计.结果表明:最优管道间距、烟气质量流率和最大(火积)耗散率都取决于无量纲管径、烟气的无量纲压降数和烟气流道的无量纲长度,而最优管道数量以及上升管和下降管的数量除了取决于这3个无量纲数,还取决于无量纲管道高度.当驱使烟气流动的压差增大且管径和烟气流道长度都减小时,最大(火积)耗散率增大,高温烟气的热量传递过程的平均热流变大,系统性能得到了提高.相比基于传热率最大的最优构形,基于(火积)耗散率最大的最优构形更能提高蒸汽发生器的整体传热性能.

基于(火积)耗散极值原理的轧钢加热炉壁绝热构形优化

与导热过程类比,对绝热过程(火积)耗散极值原理表述为:对于具有一定的约束条件并给定热流(热损失)边界条件时,当耗散最大时,则绝热过程最优(平均温差最大);在给定温度边界条件时,(火积)耗散最小,则绝热过程最优(平均热损失率最小).并基于构形理论,以(火积)耗散率最小为优化目标,在给定绝热温度边界条件下,对轧钢加热炉炉壁单层平板和圆柱体绝热层、多层平板绝热层分别进行构形优化,得到三种绝热结构的变厚度绝热层最优构形.结果表明:与等厚度绝热层和热损失率最小的绝热层最优构形相比,(火积)耗散率最小的绝热层最优构形与两者的构形是明显不同的;(火积)耗散率最小的绝热层最优构形能有效降低其平均热损失率,有利于提高其整体绝热性能.将(火积)耗散率极值原理应用到绝热系统的构形优化,有利于拓展(火积)耗散率极值原理的应用范围.

含非贯通裂隙砂岩的动力破坏特性研究

为研究动载作用下非贯通裂隙对岩石破坏特性的影响,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)对含不同裂隙数量及深度非贯通裂隙砂岩进行冲击试验,并基于分形理论和能量耗散原理分析其动力破坏特性。研究结果表明,动态峰值应力随裂隙数量及深度变化情况较复杂;峰值应变随裂隙数量增加而增加,随裂隙深度增加先增大后减小;动态弹性模量随裂隙数量增加先增加后减小,随裂隙深度增加而减小;不同工况试样的破坏模式分为张应变破坏、张应变-剪切复合破坏和压碎破坏3种,且裂隙数量对破坏模式的影响较裂隙深度大;试样破坏后的分形维数、单位体积耗散能和能量吸收率均随裂隙数量及深度的增加而增加,且分形维数与单位体积耗散能和能量吸收率均近似正线性关系。

江边水电站地下洞室群围岩稳定性数值分析

利用显式有限差分快速拉格朗日分析程序FLAC3D,在进行初始地应力反演的基础上,建立了四川江边水电站地下厂房洞室群的三维非线性地质力学模型。采用基于能量耗散原理的弾脆性本构模型,对设计开挖和支护方案进行了全过程模拟分析,得到了施工过程中洞室群围岩的位移、应力和塑性区分布特点,并与现场监测情况进行比对,根据分析结果提出了加强监测的位置、加强支护的部位,并建议主厂房下游边墙和主变洞上游边墙之间区域采用预应力锚索进行重点加强,最后对支护系统和建议的合理性进行评价,对地下洞室群的设计和施工起到了一定的指导作用。

不确定多时滞非线性系统的H∞鲁棒控制

针对一类更具一般性的含有不确定项的多时滞非线性系统,在不确定项范数有界的情况下,设计了鲁棒H∞状态反馈控制器和输出反馈控制器,给出了鲁棒H∞控制问题有解的充分条件,并利用微分对策原理和耗散性原理证明了这些充分条件.由于讨论的系统更广泛,所以设计的反馈控制器以及得到的H∞控制问题有解的充分条件比以往文献介绍的更具一般性.算例仿真说明了此H∞控制律的设计步骤和方法.仿真结果表明,此方法对不确定性参数在20%的范围内摄动时具有一定的鲁棒性,对干扰输入具有较强的抑制能力.