q∝(△(Tn))m传热规律下换热过程最小熵产生优化

对一类高低温两侧工质之间传热服从普适传热规律q^∝（△（T^n））^m的简单换热过程进行了研究,在低温侧工质温度初终态一定的条件下,以过程的熵产生最小化为优化目标,导出了加热侧工质温度变化的最优构型。采用数值计算求解给出了算例,并与传统的热流率一定和加热侧工质温度一定两种换热策略进行了比较。得出了对应于最小熵产生时的熵产率为常数不仅在牛顿传热定律q^∝△T、线性唯象传热定律q^∝△T^-1时成立,而且在传热规律服从q^∝（△（T^n））^m时也成立的结论。结果具有一定的普适性和包容性,对实际换热器的设计与工作具有一定的理论指导作用。     

传热规律、热漏和内不可逆性对吸收式热泵循环性能的影响

建立了考虑泵热空间到环境热源的热漏、工质循环的内部不可逆性以及工质与热源之间传热Q∝△(T^a)服从传热规律时的不可逆四热源吸收式热泵循环模型，导出了循环泵热率和泵热系数的一般关系；并导出了线性唯象传热定律时循环泵热率和泵热系数的基本优化关系、性能极值、循环中工质的最佳工作温度和换热器传热面积的最佳分配关系；通过数值耸例分析了传热规律、热漏和内不可逆性对循环性能的影响规律，比较了传热面积最优分配前后循环的最优性能。     

内可逆空气制冷机性能的生态学优化

基于[火用]分析的观点，运用有限时间热力学方法对内可逆空气制冷机进行生态学优化，导出了换热器热导最优分配时的最佳制冷功率、熵产率以及生态学（E）目标函数的解析式，进一步求得最大E目标值时的工质等熵温比（压比）界限及相应的制冷系数、制冷功率和熵产率；采用数值计算分析了热源温比、换热器总热导以及高温热源温度和环境温度之比对该制冷机生态学最优性能的影响。结果表明：生态学目标函数不仅反映了[火用]输出率和熵产率之间的最佳折衷，而且也反映了制冷功率和制冷系数之间的最佳折衷。     

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.     

内可逆正反向两热源循环复杂传热规律下的优化关系

考虑内可逆正反向两热源循环中工质与热源之间的传热服从复杂规律q∝(△Tn)m(包括了牛顿传热规律、线性唯象传热规律、辐射传热规律、Dulong-Petit传热规律、广义对流传热规律和广义辐射传热规律),导出内可逆卡诺热机功率与效率、内可逆卡诺制冷机制冷率与制冷系数和内可逆卡诺热泵供热率与供热系数间的基本优化关系特性.该文结果具有一定普适性和包容性,对实际热机、制冷机和热泵的设计工作有一定理论指导作用.     

辐射传热时有限热源多级连续卡诺热机系统的最大输出功

对高低温热源均为有限热源、工质与高温热源间辐射传热、工质与低温热源间线性传热的多级连续卡诺热机系统最大输出功的最优温度曲线进行了研究,利用最优控制理论和"伪线性传热"模型得出了其最优温度曲线为驱动流体温度随流速和过程时间成单调递减变化,求出了其最大输出功,并与低温热源为无限热源下的结果进行了比较.     

线性唯象传热规律下复杂系统的热力学优化

实际传热过程并不总是服从牛顿传热规律,传热规律对循环性能有很大影响.利用非平衡热力学中常用的传热规律--线性唯象传热规律,对复杂系统进行了研究.该复杂系统包括若干不同温度的热源、有限热容子系统和一个变换器(热机或制冷机).利用拉格朗日方程得到了变换器的工质最优温度和子系统的最优自由温度,求出了系统相应的最大功率输出,并与牛顿传热规律下的结果进行了比较,计算方法为计算实际复杂系统的温度分布和能量界限提供了一种途径.     

Dulong_Petit传热规律时加热气体的最优膨胀

给定初态内能、体积,末态体积以及过程时间时对Dulong-Petit传热规律[q ∝(△T)5/4]下加热气体膨胀的最优构型进行了研究,利用最优控制理论得出了最大膨胀功输出时膨胀过程的最优构型由两个瞬时绝热分支和一个E-L分支组成.给出了各分支之间转换点参数的求解方法,进行最优构型的数值计算,将得到的结果与线性唯象传热规律、牛顿传热规律和辐射传热规律下加热气体膨胀的最优构型进行了比较,结果表明,虽然4种传热规律时E-L弧部分的气体内能和体积随时间的增加都是逐渐增加的,且在整个E-L弧部分温度均低于外部热槽温度,但是不同传热规律时的E-L孤的形式是不同的,初始绝热过程的终点位置也不相同,故整个膨胀过程所做出的最大功也不相同.     

复杂热源下退耦合液氢慢化器的熵产分析

中国散裂中子源是我国重要的科学装置,退耦合液氢慢化器是其内部重要部件,对其进行计算和分析有着重要的意义。通过编译相应的UDF程序对ANSYS FLUENT软件进行二次开发,得到了复杂热源下退耦合液氢慢化器的仿真计算结果。计算更符实际的不均匀复杂热源,得到了不均匀的温度分布结果,温度峰值集中在容器底部一角。利用熵产理论对慢化工质进行热力学分析,得到流动熵产率和传热熵产率分布,其峰值主要集中在入氢管出口处的较小区域。同时计算了z轴不同高度上熵产率的平均值,得到了平均熵产率沿着z轴的分布规律。     

线性唯象传热规律下广义不可逆卡诺热机生态学性能系数优化

以反映热机循环输出功率和火用损失率之比的生态学性能系数(ECOP)为目标,用有限时间热力学理论和方法研究广义不可逆卡诺热机的循环性能。导出了线性唯象传热规律(Q∝Δ(T-1))下ECOP的解析式,通过数值计算分析了各种目标极值条件下ECOP与循环功率、效率、熵产率、生态学函数E之间的关系,主要研究了热源温比对最优性能的影响。     

有机朗肯循环工质热源转折温度的新求解法及应用

为获取热源和有机工质的最佳匹配规律,提高系统热力性能,提出求解工质热源转折温度的新方法及基于工质热源转折温度的工质与热源最优匹配新方法。首先,通过定义潜热熵差比推导出工质热源转折温度的理论公式,并采用蜻蜓算法进行精确求解;其次,与文献[14]对比,验证模型准确性;最后,对比工质热源转折温度与热源温度筛选最优工质。结果表明：选用的15种工质的热源转折温度与文献[14]的对比误差不超过1.62%,验证了工质热源转折温度求解公式的准确性;当热源温度确定时,选择热源转折温度小于热源温度的工质可获得最佳工况;当工质确定时,选择高于该工质热源转折温度的热源温度可获得最佳工况。     

内可逆往复式Maisotsenko-Brayton循环生态学性能优化

应用有限时间热力学理论,基于仅考虑传热损失的内可逆往复式Maisotsenko-Brayton循环模型,推导出了循环熵产率和生态学函数等重要参数表达式。通过数值计算,分析与研究了空气饱和器出口温度、循环最高温度和注水流率对循环性能的影响。将内可逆往复式Maisotsenko-Brayton循环与传统往复式Brayton循环进行比较,结果表明内可逆往复式Maisotsenko-Brayton循环性能优于传统往复式Brayton循环性能。     

广义不可逆卡诺热机的生态学最优性能

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、热漏及其它不可逆性对卡诺热机性能的影响，导出牛顿传热规律下循环的生态学最优性能，由数值计算分析比较了热漏、内不可逆性的影响特点。生态学优化以牺牲小部分输出功率为代价，较大地降低了循环的熵产率，而且在一定程度上提高了热机效率。因此，生态学目标函数不仅反映了输出功率和熵产率之间的最佳折衷，而且反映了输出功率和热效率之间的最佳折衷。     

以R32和R245fa为工质的重力热管传热特性

对以R32和R245fa为工质的长3m、管内径为40mm、管外径为44mm的重力热管开展了传热性能实验研究。热源为恒温水浴,冷源为固定进口温度和流量的冷水。实验得出了不同热源温度下的热管传热负荷、工质蒸发换热系数和冷凝换热系数,并与经典拟合公式的预测值进行了对比。实验分析对比表明,R32更适宜工作在热源温度为常温到50℃的工况,R245fa更适合工作在50~100℃的热管工况。     

内可逆四热源吸收式制冷机生态学最优性能

基于能量分析的观点,建立了反映四热源吸收式制冷机制冷率与熵产率之间最佳折中的生态学准则,分析了线性(牛顿)传热定律下内可逆四热源吸收式制冷机的生态学最优性能.导出了生态学目标与制冷系数的优化关系和最大生态学目标值及其相对应的制冷系数、制冷率和熵产率,确定了循环主要参数的生态学优化选择范围.数值算例分析了制冷率目标和生态学目标的相互关系,计算表明生态学准则对吸收式制冷机优化设计是一种具有长期效应的可选优化目标.     

部分填充多孔介质圆管中强迫对流传热与熵产的理论研究

为确定部分填充多孔介质圆管内传热最优的填充方式,对部分填充多孔介质圆管中的强迫对流传热开展研究。在圆管的外表面施加恒定热流,假设管内的流动和传热均处于充分发展段,分别采用达西-布林克曼模型和局部非热平衡模型描述管内流动与传热,获得管内速度场、温度分布、努塞尔数和熵产的解析解,重点讨论达西数、应力跳跃系数等相关参数对圆管中流动与综合换热性能的影响。结果表明:随着填充比的变化,部分填充多孔介质圆管中努塞尔数和熵产分别存在最大值和最小值。     

辐射传热定律下外燃机最大输出功优化

以活塞式外燃机为研究对象,考虑工质与外热槽间传热服从辐射传热定律[q∝△(T4)],以循环输出功最大为优化目标进行了优化。给出了辐射传热定律下的数值算例,并与牛顿传热定律下的结果进行了比较。结果表明,热导率增加,最优完全循环和半循环的输出功和效率均减小,与完全循环相比,最优半循环的压缩比、输出功和效率较大;结果还说明虽然两种传热定律下最优完全循环和最优半循环的欧拉-拉格朗日(E-L)弧部分的工质体积随时间的变化曲线均类似于正弦曲线,并且均由3部分组成,但不同传热定律下工质体积随时间的变化曲线是不相同的。     

CH4-ZnO太阳能热化学制氢过程的数值分析

以文献中提出的SynMet太阳能反应器为基础,利用数值软件计算并分析了腔体温度、反应物进口速度和CH4-Ar体积比对反应效率的影响.结果表明:当腔体温度在1450K以上,反应物进口速度低于1m·s-1时,反应效率可达到90%以上;相对于腔体温度和反应物进口速度,CH4-Ar体积比对反应效率的影响较小,基于经济及安全方面的考虑不应超过1:1.     

S型流道冷板的流体域熵产分析及流道优化

粘性流体在流动和传热过程中,由于粘性耗散和热传导的存在造成能量损失。为分析流体流动和传热过程的能量损失并得到冷板的最优流道形式,本文以某电子器件用S型流道液冷冷板为分析对象,通过数值模拟,得到S型流道液冷冷板的流体域熵产率随工质流量的变化规律,对流体域充分发展的直段和弯段内熵产率大小进行了比较,并在固定流量下,分析了熵产率大小沿工质流动方向上的变化情况。提出冷板流道优化方案,并从换热表现、压头损失和总能量损失三方面对不同流道形式的冷板进行了综合评价和比较,得到了冷板流道的最优形式,为工程实际提供参考。     

内可逆四热源吸收式热泵生态学最优性能

基于能量分析的观点，建立了反映四热源吸收式热泵泵热率与熵产率之间最佳折衷的生态学准则，分析了线性(牛顿)传热定律下内可逆四热源吸收式热泵的生态学最优性能，导出了生态学目标与泵热系数的优化关系和最大生态学目标值及其相对应的泵热系数、泵热率和熵产率，确定了循环主要参数的生态学优化选择范围。数值算例分析了泵热率目标和生态学目标的相互关系，计算表明生态学准则对吸收式热泵优化设计是一种具有长期效应的可选优化目标。