不可逆卡诺热机的性能界限

用有限时间热力学方法分析不可逆卡诺热机循环性能,考虑工质与高、低温热源间换热器的热阻损失和循环工质内部的不可逆损失,以循环周期为优化函数,导出不可逆卡诺热机最短循环周期与冷热源熵变化量的关系并得到了热力学第二定律的类比表达武,获得了最佳效率,热源熵变化量和循环周期的优化关系,由此对不可逆卡诺热机的效率、输出功率、冷热源熵变化率和工质在两个等温过程中的温度等参数作了较详细的讨论,所得结论可为不可逆卡诺热机的优化设计和最佳工况选择提供新的理论途径.     

工质比热匹配对有机朗肯循环不可逆损失的影响

有机朗肯循环可以将低品位热能转化为有用功。为了提高能量利用率应尽可能减小系统中的不可逆损失。蒸发器是主要的火用损部件,对其进行优化可以显著提高系统性能。为改善热源与热机系统耦合、减小蒸发器内火用损以提高热功转换效率,提出利用工质比热变化改善换热过程温度匹配的模型。固定换热器两侧流体出入口温度,定义变量k为流体在高温端与低温端比热的比值,其变化范围0.5~3.5,假设比热随温度线性变化。为分析不可逆损失与温差的关系提出"积分温差",证明了积分温差与不可逆损失之间的拟线性关系。列出可能的九种温度匹配情况,得到理论上最大和最小的不可逆损失。通过计算废热气体驱动有机朗肯循环的算例,证明了利用比热变化改善换热匹配的有效性。     

不可逆卡诺热机的性能界限

用有限时间热力学方法分析不可逆卡诺热机循环性能，考虑工质与高、低温热源问换热器的热阻损失和循环工质内部的不可逆损失，以循环周期为优化函数，导出不可逆卡诺热机最短循环周期与冷热源熵变化量的关系并得到了热力学第二定律的类比表达式，获得了最佳效率，热源熵变化量和循环周期的优化关系，由此对不可逆卡诺热机的效率、输出功率、冷热源熵变化率和工质在两个等温过程中的温度等参数作了较详细的讨论，所得结论可为不可逆卡诺热机的优化设计和最佳工况选择提供新的理论途径。     

柴油机尾气余热回收系统的能分析和火用分析

采用R245fa作为循环工质,利用有机朗肯循环回收柴油机尾气余热,从而提高柴油机的燃油经济性。对不同蒸发压力下的朗肯循环热效率和发动机不同工况下余热回收系统的火用效率以及系统各组件的火用损失率进行了计算和分析。研究结果表明,蒸发压力越高则朗肯循环效率越高,工质和尾气之间传热的不可逆损失和蒸发器出口较高的尾气温度使得蒸发器的火用损失率最大,采用余热回收系统回收发动机尾气余热,系统输出净功最高可达18.7 kW。     

复指数传热规律下不可逆热声发动机火用效率分析

分析热声发动机的循环过程,导出复指数传热规律下不可逆热声发动机的输出功率与温比、火用效率与温比的表达式,寻求了不可逆程度因子及热漏率对输出功率和火用效率的影响。结果表明:不可逆程度因子和复指数的虚部对发动机的输出功率影响较大,而火用效率虽然既受到不可逆程度因子的影响也受到热漏率的影响,但复指数虚部的取值变化对火用效率无关。     

考虑经济环境影响的有机朗肯循环区间不确定性多目标优化

针对热源温度和质量流量的参数波动特性,建立了有机朗肯循环的多目标优化模型,优化模型综合考虑了循环的热力性能、经济性能和环境性能的影响。目标函数是最大化系统输出净功和火用效率,最小化投资回收期和全生命周期的环境影响负载。循环的蒸发温度和冷凝温度为决策变量。引入了区间不确定性优化方法对热源参数波动的多目标优化模型进行求解,受热源参数区间变化的影响,区间不确定性优化参数对应的目标函数均为区间量,当热源参数变化幅度较大时,ORC系统的最优蒸发温度受热源参数变化幅度的影响较大,R141b的综合性能较优。使用区间不确定性多目标优化方法,可以简化优化过程,不需要再对热源变化引起的系统性能变化进行敏感性分析。     

不可逆量子斯特林热泵循环性能分析与优化

建立了以一维无限深势阱中极端相对论粒子为工质的不可逆量子斯特林热泵循环模型。考虑高低温热源之间的热漏,导出了循环的性能系数与无量纲泵热率的表达式。分析了循环性能与各性能参数之间的关系。研究发现,热泵的性能系数与无量纲泵热率都随粒子在状态1进处于激收态上的占有几度单调递减,性能系数与无量纲泵热率都是势阱宽度比的凸单调函数。无量纲泵热率关于性能系数的关系曲线为回原点的扭叶型,并确定了该不可逆量子斯特林热泵的最优运行区间。     

不可逆谐振子系统布雷顿热机循环性能优化

建立了一种不可逆谐振子系统布雷顿热机循环模型.基于量子主方程和半群方法,分析了不可逆谐振子系统布雷顿热机循环的时间演化公式.推导出循环在两等频率过程的时间、输出功、效率和功率的一般表达式,并获得了效率和功率与低等频率过程时间之间的关系曲线.通过数值解,对谐振子系统布雷顿热机循环的性能参数进行了优化分析.     

太阳能热管式吸热蓄热器的(火用)分析

从热力学的角度(火用)来分析热管式太阳能吸热蓄热器,结合实例计算热管式太阳能吸热蓄热器热平衡和(火用)平衡.得出热管式太阳能吸热蓄热器(火用)损失的主要原因是传热的不可逆性引起的(火用)损失.减少(火用)损失的关键措施是减小冷热源之间的传热温差、提高冷热源的温度水平.     

基于(火用)分析的流动工况及强化传热方式的选择

本文建立了无因次火用损失率的方程,并由此求解了空气、水、油三种典型工质的管内流动与换热的最佳雷诺数和最小火用损失率。结果表明,水、空气的最佳流动工况为湍流,而油的最佳流动工况为层流。同时,还用火用损失率表达式求解了内插扭带管、螺旋槽管两种不同管型中水的最佳雷诺数和最小火用损失率。结果表明,对于水宜选择螺旋槽的强化传热方式。     

存在热漏的内燃机与斯特林联合循环的有限时间的热力学研究

在分布式电站系统的应用研究中,根据总能系统和能量梯级利用的原则,基于有限时间热力学理论,建立了考虑热阻和热漏的内可逆内燃机循环与斯特林循环联合动力装置的热力学模型,导出了以压缩比、温度比等循环参数表示的联合循环功率和效率表达式。同时由数值计算分析了热漏等循环参数对循环性能的影响,以及循环功率与效率间的关系。所得结果对联合循环动力装置性能研究具有很重要的实际指导意义,同时对联合循环有限时间热力学理论做了进一步的扩充。     

基于线性加权评价法的碟式斯特林机多目标优化

在考虑了集热器的热损失,斯特林热机的热阻、热漏和回热损失的基础上,建立了不可逆太阳能斯特林热机模型。讨论了温度比、吸热温度等参数对整个系统无量纲功率和总?效率的影响,通过线性加权评价函数方法对系统的无量纲功率和总?效率进行多目标优化。研究得出:线性加权评价法求得的最佳温比的数值范围为x_2opt＜x＜x_1opt其可使功率与总?效率达到最佳折中;通过使太阳能斯特林热机达到最佳吸热温度T_H,增大聚光比C和回热器效率ε_R,减小集热器的对换系数h和导热桥损系数k₀,可提高太阳能斯特林热机的无量纲功率与总?效率。     

Experimental study of a micro-scale solar organic Rankine cycle system based on compound cylindrical Fresnel lens solar concentrator

In the present study, a micro-scale solar organic Rankine cycle power generation system was developed. The system comprises of a solar collection system based on compound cylindrical Fresnel lens concentrator and an organic Rankine cycle power generation system integrated with a scroll expander. YD320 and R245 fa were used as the heat transfer fluid and the working fluid, respectively. The effects of the evaporation pressure, the degree of superheat, and the mass flow rate of the working fluid were analyzed to evaluate the solar collection efficiency, the electric power output, the thermal efficiency and exergy efficiency of the system. The results illustrate that both the increasing evaporation pressure and decreasing superheat degree have positive impacts on solar collection efficiency. The electric power increases as the evaporation pressure increases, while the thermal efficiency and the exergy efficiency decrease. However, the system overall efficiency decreases slowly due to the increase of solar collection efficiency. The electric power increases with the increment of the working fluid mass flow rate. The increasing mass flow rate has no visible impact on the thermal and exergy efficiencies of organic Rankine cycle subsystem, whereas a slightly increase of the thermal and exergy efficiencies of the integrated system. The electric power decreases with the increase of the superheat degree, whereas the thermal and the exergy efficiencies of the system increase. The system works more suitably with a higher degree of superheat for the small mass flow rate condition.     

烧结余热发电系统的热力学分析和系统优化

提高余热利用率和发电净功率是余热机组优化设计与运行的目标。通过对济钢烧结厂余热发电系统热平衡和平衡计算及结果的分析,指出了降低余热锅炉出口废气损和内部换热损可有效提高余热利用率和增加汽轮机输出有用功,提出了热力循环系统的改进方法。通过编程分别对两种余热发电热力循环系统的余热利用率、余热损和发电净功率进行了计算对比分析,研究了三种技术指标随主蒸汽压力的变化规律,确定了余热锅炉主蒸汽压力的选择范围。上述研究结果可为低压余热发电系统的优化设计与运行提供较为科学的依据。     

热管式换热器的热力学分析

目前对热管式换热器的研究大都是基于能量守恒定律,从传热学角度研究其传热性能,从热力学能量利用角度进行的研究相当少。本文以热力学第二定律为基础,用(火用)参数对气—气、气—水组合型热管式换热器进行了(火用)优化分析。提出了冷、热流体参数的优化选择方案,并且从热力学观点研究了这种类型换热器的工作效率。此外,本文也为换热器的(火用)分析提供了一个可行的研究方法。     

Optimal performance regions of an irreversible energy selective electron heat engine with double resonances

A theoretical model for irreversible double resonance ESE(energy selective electron) device with phonon induced bypass heat leakage which is operating as heat engine system is proposed. The thermodynamic performance is optimized and the impacts of heat leakage and structure parameters of the electron system on its performance are discussed in detail by using FTT(finite time thermodynamics). Moreover, performances of the ESE system with multiple optimization objective functions, including power output, thermal efficiency, ecological function and efficient power, are explored by numerical examples. New optimal performance regions and the selection plans of optimization objective functions of the ESE system are obtained. It reveals that the characteristic of power versus efficiency behave as loop-shaped curves in spite of the heat leakage which will always decrease the efficiency of the electron engine. By properly choosing the design parameters, the ESE engine can be designed to operate at optimal conditions according to different design purpose. The preferred design area should be located between the optimal effective power condition and the optimal ecological function condition.     

相变贮热系统的热力学分析

本文基于热力学第二定律,对相变贮热系统进行了分析,得到了两个热力学优化参数,即最佳贮热介质温度和最佳传热单元数;同时运用了压朋损失和焓朋损失这两个不同的概念,讨论了由此而对最佳传热单元数(即换热器尺寸大小)的影响;还比较了显热贮存系统和相变贮热系统之间贮热性能的差别。     

气体斯特林热机循环的生态学优化研究

本文应用了一种回热式不可逆气体斯特林热力学循环热机模型,它不仅考虑了热传导引起的不可逆性,一也考虑了回热损失引起的不可逆性．并运用生态学优化准则,来优化此气体热机的性能,使其达到最佳运行模式．获得了在最大生态学函数条件下的最佳效率、输出功率和熵产生,并与在最大输出功率条件下的结果进行比较．这里所讨论获得的结果对气体斯特林热机的优化设计和合理利用能源都将有理论上的指导意义．