热力学优化理论的研究进展

介绍近年来在不可逆热机理论、回热式燃气轮机循环分析、类热机装置分析和广义热力学优化理论研究中的一些进展,并简要阐述其发展方向.     

热机循环的时序波型分析

热声热机是一种新型热机,与经典热机一样都是一种周期性的振荡结构,依据其波动特点可分为驻波型、行波型和行、驻混合波型,从波动特性出发,分析了周期性振荡结构的热机的示功图特点,压力、体积振荡的相位决定了循环的方向和示功图的丰满程度,驻波型的热声机由于热声器件的影响而发生相位偏离,从而具有了能量的传递与转换能力;而行波型热声机也由于热声器件的影响发生相位偏移,使波动结构中具有了一定的驻波成份,经典热机中不存在纯粹的驻、行波结构,而是2种波型的混合;只是由于卡诺循环接近于驻波相位,所以示功图狭长,而斯特林、布雷顿循环接近于行波相位,所以示功图比较丰满,热声热机与经典热机一样都是行、驻混合波型,从而通过周期振荡特点以及热力学循环,为经典热机循环和热声热机循环建立起联系的桥梁．     

有限热容不可逆四热源吸收式制冷机的优化

将吸收式制冷机视为由不可逆卡诺热机驱动不可逆卡诺制冷机的联合循环系统,应用有限时间热力学理论建立了既考虑内、外不可逆性影响,又考虑有限热容影响的、更接近于实际系统的热力学模型。引入两个内不可逆性参数,分别用于描述热机循环的内不可逆性和制冷循环的内不可逆性。利用所建模型,由拉格朗日乘数法推导出吸收式制冷机的基本优化关系、相应的优化设计条件以及工质的最优工作温度。还利用这些关系式进行了一些分析和讨论,得到了一些有益于实际吸收式制冷机优化设计与改进的简化关系式和重要结论。     

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。     

热机不可逆过程中不可逆因子研究

通过引入内、外不可逆因子,深入地讨论了热机热力循环中不可逆程度对热机循环过程的影响.论述了不可逆因子不是建立热机热力循环模型所必需的,是为了描述热机热力循环过程的不可逆程度定义的一个参数,是由所建立的热机模型决定的一个函数,从而澄清了对不可逆因子的某些模糊认识.对于不可逆因子的计算提出了一种新的方法,由算例可以看出,不可逆因子的计算,只要建立的热机模型恰当,在一定的条件下都可以找到计算表达式.最后得出结论:不可逆因子不是一个简单的常数,是由热机热力循环模型所决定的复杂的函数.当建立起热机热力循环模型并给定热机有关参数后,不可逆因子可以计算出来,从而定量的研究不可逆程度对循环性能的影响,以及影响热力循环不可逆性的各种因素.     

有限热容不可逆四热源吸收式制冷机的优化

将吸收式制冷机视为由不可逆卡诺热机驱动不可逆卡诺制冷机的联合循环系统,应用有限时间热力学理论建立了既考虑内、外不可逆性影响,又考虑有限热容影响的、更接近于实际系统的热力学模型。引入两个内不可逆性参数,分别用于描述热机循环的内不可逆性和制冷循环的内不可逆性。利用所建模型,由拉格朗日乘数法推导出吸收式制冷机的基本优化关系、相应的优化设计条件以及工质的最优工作温度。还利用这些关系式进行了一些分析和讨论,得到了一些有益于实际吸收式制冷机优化设计与改进的简化关系式和重要结论。     

用熵讨论任意循环的极限效率

热机的循环效率极大值问题可由卡诺定理给出结论,既所有循环工作的热机,以卡诺循环的效率为最大,关于它的证明,历来有多种方法,如运用热力学第二定律或Ｐ－Ｖ图进行证明,而直接引入态函数熵,利用封闭系统的熵增加原理和Ｔ－Ｓ图的外切及分解卡诺循环法,该该问题进行验证,可得出同样的结论,且方法更为简便。     

非线性传热规律和有限时间热力学准则的关系

讨论了非线性传热时，热源间热机工作参数在有限时间选择的热力学准则。     

二次再热机组热力系统辅助成分能损分析与矩阵计算方法

针对二次再热机组热力系统辅助热经济性分析方法进行了研究,经过严格的理论分析和数学推导,导出了适合非再热机组热力系统、一次再热机组热力系统和二次再热机组热力系统经济性定量分析的扩展型能效分布矩阵方程,并应用该方程对二次再热机组热力系统的主要辅助成分进行了分析计算,算例证明了该方法的有效性。     

二次再热火电机组热力系统热经济性矩阵分析方法

结合等效热降理论和矩阵,经过理论分析,给出了适于二次再热机组热力系统经济性定量分析的扩展型能效分布矩阵方程。通过实例进行验证,表明基于该矩阵方程的分析方法适用于一次、二次再热机组的热经济分析计算,具有通用、精确和适于计算机计算的特点。     

Progress in optimization of mass transfer processes based on mass entransy dissipation extremum principle

The mass entransy and its dissipation extremum principle have opened up a new direction for the mass transfer optimization. Firstly, the emergence and development process of both the mass entransy and its dissipation extremum principle are reviewed. Secondly, the combination of the mass entransy dissipation extremum principle and the finite-time thermodynamics for optimizing the mass transfer processes of one-way isothermal mass transfer, two-way isothermal equimolar mass transfer, and isothermal throttling and isothermal crystallization are summarized. Thirdly, the combination of the mass entransy dissipation extremum principle and the constructal theory for optimizing the mass transfer processes of disc-to-point and volume-to-point problems are summarized. The scientific features of the mass entransy dissipation extremum principle are emphasized.     

600MW机组热力系统优化设计探讨

在保证机组运行安全、可靠的前提下，对热力系统进行了优化，合理地减少了备用设备和备用容量，降低系统阻力及工质损失。从而达到了降低能耗和初投资，减少运行成本的目的。     

区间优化的仿生算法研究

基于区间分析和仿生算法提出了一种新的区间优化方法.根据区闻大小动态取甩ε0,ε1的值,不会使区间由于不断缩小而计算精度降低.数值算例表明新算法不仅可以获得最优解区间,而且可搜索到全局最优解.本文的区间优化仿生算法,使优化计算快速高效,且编程容易.     

内燃机理论循环有限时间热力学理论的发展

简要回顾了有限时间热力学理论的发展，着重介绍了内燃机理论循环的有限时间热力学理论，比较全面地论述了近二十年有限时间和有限尺寸约束条件下的内燃机热力过程和装置的性能优化问题，以及内燃机工作过程有限时间热力学分析的发展趋势。     

戊酮-2与脂肪醇系列溶液的超额焓模型

超额焓是现代科学研究和工程设计的重要基础数据,目前尚难以准确地预测.作者曾指出,溶液的性质取决于组成溶液的所有分子间的有机联系和相互制约,这种协同作用不是同种分子间或异种分子间个体相互作用的简单叠加,而是表现出一种整体的复杂的协同性行为.与纯液体相比,溶液的组成和性质之所以特殊,在于分子交互组成特殊的群聚体,在于分子间作用力特殊的协同作用.据此,构成超额焓的三系数模型.在此基础上,用Wiener指数定量表征模型关键参数,建立了戊酮-2与C3～C8脂肪醇组成的系列溶液超额焓的双参数模型,用实验数据进行了检验.结果表明,新模型计算值接近作者提出的三参数模型计算值,稍优于刘国杰提出的三参数模型计算值.     

水和水蒸汽的热工参数计算及其程序编制

本文以热力学基本理论为基础，结合当前的最新研究成果，对水和水蒸汽热力学参数关联式进行分析与研究，并在此基础上编制了相关的实用FORTRAN语言程序     

矿井通风阻力的热力学计算

应用工程热力学理论推导出矿井通风阻力的热力学计算公式 ,该公式比较全面地反映了空气内能的变化、空气的可压缩性及风流与矿井进行的热量交换等对阻力计算精度的影响 ,理论上更加完善 .该公式中所有的参量均易测定 ,比应用传统的伯努利方程计算通风阻力更符合工程实际 .     

作物灌溉制度设计的多目标优化模型及方法

在指出单一目标作物非充分灌溉制度不足的基础上 ,建立了考虑作物种植风险指标时作物非充分灌溉制度的多目标优化模型 ,并提出多目标模糊优选动态规划理论和多维动态规划相结合的方法 将该法用于作物灌溉制度的模拟优化设计 ,应用表明 ,该模型能够在提高水分生产率的同时 ,有效降低作物的种植风险 ,使优化的结果更加符合农业生产实际 ,在干旱地区有着广泛的应用前景     

导气式自动机闭锁系统优化设计

目的　对导气式自动机的导气装置和闭锁机构进行系统的优化设计, 以满足开锁能耗小并保证运动可靠性和平稳性的要求． 方法　应用正交试验法和逐步逼近法相结合的分步优化新方法, 解决该复杂系统的优化． 结果　得到了比原方案更好的导气装置参数和开闭锁曲线． 结论　该方法可应用于导气式自动机导气装置和闭锁机构的设计     

“Volume-Point” heat conduction constructal optimization with entransy dissipation minimization objective based on rectangular element

By taking equivalent thermal resistance, which reflects the average heat conduction effect and is defined based on entransy dissipation, as optimization objective, the “volume to point” constructal problem of how to discharge the heat generated in a fixed volume to a heat sink on the border through relatively high conductive link is re-analyzed and re-optimized in this paper. The constructal shape of the control volume with the best average heat conduction effect is deduced. For the elemental area and the first order construct assembly, when the thermal current density in the high conductive link is linear with the length, the optimized shapes of assemble based on the minimization of entransy dissipation are the same as those based on minimization of maximum temperature difference, and the mean temperature difference is 2/3 of the maximum temperature difference. For the second and higher order construct assemblies, the thermal current densities in the high conductive link are not linear with the length, and the optimized shapes of assemble based on the minimization of entransy dissipation are different from those based on minimization of maximum temperature difference. For the same parameters, the constructs based on minimization of entransy dissipation and the constructs based on minimization of maximum temperature difference are compared, and the results show that the constructs based on entransy dissipation can decrease the mean temperature difference better than the constructs based on minimization of maximum temperature difference. But with the increase of the number of the order, the mean temperature difference does not always decrease, and there exist some fluctuations. Because the idea of entransy describes the heat transfer ability more suitably, all of the heat conduction constructal problems may be re-optimized based on it. Supported by the Program for New Century Excellent Talents in University of China and the Foundation for the Author of National Excellent Doctoral Dissertation of China (Grant No. 200136)