不可逆半导体固态热离子制冷器性能分析和优化

建立了考虑外部有限速率传热过程和热源间热漏的不可逆半导体固态热离子制冷器模型,基于非平衡热力学和有限时间热力学理论导出了热离子制冷器的制冷率和制冷系数的表达式;对比分析了不可逆热离子制冷器与可逆热离子制冷器的发射电流密度特性、电极温度特性以及制冷系数特性;研究了不可逆系统的制冷率与制冷系数最优性能,得到了制冷率和制冷系数的最优运行区间;通过数值计算,详细讨论了外部传热以及内部导热、热源间热漏损失、热源温度、外加电压、半导体材料势垒等设计参数对热离子装置性能的影响。在总传热面积一定的条件下,进一步优化了高、低温侧换热器的面积分配以获得最佳的制冷率和制冷系数特性。结果表明,由于存在内部和外部的不可逆性,热离子装置的发射电流密度及制冷系数都会明显降低;不可逆半导体固态热离子制冷器的制冷率与制冷系数特性呈扭叶型;合理地选外加电压、势垒等参数,可以使制冷器设计于最大制冷率或最大制冷系数的状态。     

有限热源吸收式制冷机的热力学建模与分析

考虑了有限热容、有限速率传热以及工质内部耗散的影响,建立了吸收式制冷机的热力学模型.在该模型中,吸收式制冷机被等价为一个不可逆卡诺热机驱动不可逆卡诺制冷机的联合循环系统.为描述循环的内不可逆性,引入了两个内不可逆性参数Ihe和Ir.其中,Ihe用于描述热机循环的内不可逆性,Ir用于描述制冷循环的内不可逆性.通过对给定供热率下热机热效率和给定制冷率下两热源制冷机性能系数解析表达式的推导,并根据等价系统的定义,获得了吸收式制冷机给定制冷率下性能系数的解析表达式,利用该表达式详细地分析了各参数对性能系数的影响.所得公式和分析结论对实际系统的理解、设计以及分析具有一定的理论指导作用.     

线性唯象传热定律下不可逆四热源制冷循环最优性能

在恒温热源内可逆四热源吸收式制冷循环的基础上，考虑环境热源到制冷空间的热漏、工质的内部耗散以及工质与外部热源问的热阻损失，建立传热服从线性唯象定律的不可逆吸收式制冷循环的模型，导出循环的制冷率和制冷系数的基本优化关系、最大制冷系数及相应的制冷率和最大制冷率及相应的制冷系数，给出了最佳换热面积，并通过数值计算分析了设计参数对循环的制冷率、制冷系数的影响。所得结果对实际吸收式制冷机的设计和运行有一定的指导意义。     

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.     

线性唯象传热下的斯特林制冷机的Ω函数优化

以线性唯象传热规律为基础,建立了不可逆斯特林制冷机的相关模型,结合热阻、热漏、回热损失等一些不可逆因素,将能使性能系数和制冷率达到平衡的Ω函数作为目标,对斯特林制冷机进行有限时间热力学优化。数值计算的结果表明:不可逆因素A1和热漏越小,Ω函数所取得的极值越大。在温比相同的条件下,制冷率和性能系数不能在同一工况下取得最大值,故而通过协调优化,使Ω函数在某一工况下存在极大值,进而实现制冷循环性能最佳,并最终对实际斯特林制冷机的发展和改进提供理论指导意义。     

内可逆四热源吸收式制冷循环的热经济性能优化

应用内可逆四热源吸收式制冷循环模型，分析吸收式制冷机受传热不可逆性影响时的热经济性能。在牛顿传热定律下，导出了循环的最佳热经济性目标和制冷系数的基本优化关系和最大热经济性目标及相应的制冷系数与比制冷率；通过数值算例，得出循环参数对循环的热经济性目标、制冷系数和比制冷率的影响关系。     

热漏对内可逆四热源制冷系统的影响

在恒温热源内可逆四热源吸收式制冷循环的基础上，建立不可逆吸收式制冷循环的模型，考虑环境热源到制冷空间的热漏以及工质与外部热源间的热阻损失，导出牛顿定律下循环的制冷率和制冷系数的基本优化关系、最大制冷系数及相应的制冷率和最大制冷率及相应的制冷系数；并通过数值计算分析了循环参数对循环的制冷率、制冷系数的影响。     

开式简单布雷顿制冷循环热力学优化 2.性能优化

为对开式简单布雷顿制冷循环的热力学性能进行优化,根据本文第一部分建立的热力学模型,采用数值计算的方法,分别给出了空气制冷循环制冷率分析和优化结果,在输入功率、装置总的流通面积和总的热导率约束条件下制冷系数分析和优化的数值计算结果。研究结果表明,存在最佳的压缩机入口压降使制冷循环时的制冷率最大;当给定循环输入功率和装置总尺寸时,存在压缩机最佳入口压降使制冷循环时的制冷系数(制冷率)最大,存在最佳的高低温侧换热器热导率分配使制冷系数最大;最大制冷系数(制冷率)对压缩机压比有最大值。     

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。     

汤姆逊效应对热电发电机驱动热电制冷机装置性能的影响

建立了包含汤姆逊效应的热电发电机驱动热电制冷机(TEG-TEC)装置热力学模型,运用非平衡热力学理论和数值计算方法进行了性能分析,对比考虑和不考虑汤姆逊效应2种情况,分析了汤姆逊效应对装置性能的影响。结果表明,汤姆逊效应使TEG-TEC装置性能降低,且降低幅度随热电发电机高温热源温度或制冷空间温度升高而减小。当热电发电机热节点温度和热电制冷机冷节点温度分别取450K和285K,热电单元比取0.5时,汤姆逊效应使制冷率降低29.98%,使制冷系数降低23.02%,使极限制冷温差降低11.35%。考虑到汤姆逊效应的影响,应当将有限数量的热电单元适当多地分配到热电发电机中。文中结论为实际TEG-TEC装置的设计和运行提供了理论指导。     

基于正交试验的涡流管冷效特性分析

为改善涡流管制冷效应,通过正交试验设计和极差分析法,分析多因素交互性作用对涡流管性能的影响规律和作用机制。结果表明：冷热端管径比对涡流管制冷效应影响最大,其次是喷嘴数、热端管长径比和喷嘴偏转角度,每个参数最优值分别是冷热端管径比为0.5、喷嘴个数为6、热端管长径比为5、喷嘴偏转角度为0°;制冷温降随喷嘴个数增多先增大后减小,随冷热端管径比增大而增强,随长径比和偏转角度增加逐渐减弱;涡流管结构优化后,其制冷性能得到明显改善,制冷温降随入口压力变化明显,相比优化前最高提升了305%。     

有机郎肯循环复合系统中喷射器能量分析

有机郎肯循环利用太阳能、地热能和余热驱动,是回收余热、实现能源可持续发展的一个很好途径。有机郎肯循环可与喷射制冷循环结合,可同时提供电能和冷量。喷射器内部流体的不可逆混合引起的能量损失,是该系统最大部分的能量损失。着眼喷射器内部流场分布和机理,分析工作参数和几何参数对其性能的影响,以优化喷射器设计,减小系统能量损失,提高带有喷射器的有机郎肯循环复合系统的效率和节能潜力。结果显示,提高引射压力和出口压力会导致喷射器内部更多能量损失,制约整体系统的性能;在给定工况下,可通过钝化喷嘴内壁面、喷嘴处于最佳位置使喷射器达到最大喷射系数、最优性能,和最小的能量损失。     

有机朗肯循环复合系统中喷射器能量分析

有机朗肯循环利用太阳能、地热能和余热驱动,是回收余热、实现能源可持续发展的一个很好途径。有机朗肯循环可与喷射制冷循环结合,可同时提供电能和冷量。喷射器内部流体的不可逆混合引起的能量损失,是该系统最大部分的能量损失。着眼喷射器内部流场分布和机理,分析工作参数和几何参数对其性能的影响,以优化喷射器设计,减小系统能量损失,提高带有喷射器的有机朗肯循环复合系统的效率和节能潜力。结果显示,提高引射压力和出口压力会导致喷射器内部更多能量损失,制约整体系统的性能;在给定工况下,可通过钝化喷嘴内壁面、喷嘴处于最佳位置使喷射器达到最大喷射系数、最优性能,和最小的能量损失。     

热阻、热漏和内不可逆性对两级吸收式制冷循环性能的影响

建立考虑工质与外部热源间的传热损失、内不可逆性损失及外部热源热漏损失的不可逆两级吸收式制冷循环模型,给出制冷系数和制冷率的一般关系。在6个换热器总热导率一定时,对循环性能进行优化,导出循环制冷率和制冷系数的基本优化关系,并得到制冷率和制冷系数的极值。通过数值算例,分析热阻、热漏和内不可逆性损失对循环性能的影响规律。     

H型鳍片管束传热及流阻特性的数值模拟

在对H型鳍片管束的鳍片肋效率、流体物性以及管外壁温度与肋基温度差异分析的基础上,采用数值模拟技术研究了H型鳍片管束各结构参数对管束传热特性、流阻特性及综合性能的影响.结果表明:Nu随鳍片节距和厚度的增大先减小后增大,随鳍片开缝宽度和纵向管间距的增大而增大,随横向管间距的增大而减小;Nu随鳍片高度的增大,在低Re时与鳍片高度成正比关系,在高Re时与鳍片高度成反比关系;Eu随鳍片厚度、高度以及纵向管间距的增大而增大,随鳍片节距、开缝宽度以及横向管间距的增大而减小;综合因子j/f随鳍片高度、开缝宽度的增大而增大,随鳍片厚度、横向和纵向管间距的增大而减小,随鳍片节距的增大先减小后增大.     

复杂热源下不可逆诺维科夫热机最大功率输出

考虑实际热机工作下的旁通热漏和内部耗散等不可逆因素,建立了包括连续均匀分布、三角形分布、二次分布和帕累托分布等四种不同的统计概率分布高温热源温度下的广义不可逆诺维科夫热机模型,导出了热机最大输出功率及相应的热效率和熵产率随高温热源温度、内部不可逆性等因素变化的关系式。结果表明：热漏和内部耗散分别对热机性能有着不同的影响,热漏使统计热源温度分布下最大功率输出对应的热效率减小,同时也增大了熵产率,但对热机的最大功率输出无影响;内部耗散不可逆性使热机的最大输出功率及相应热效率均明显减小,但使熵产率先增大后减小;熵产率随高温热源温度的标准差增大而减小。研究结果对太阳能发电厂性能提升具有一定理论指导意义。     

百叶窗板翅式换热器换热与阻力性能数值模拟研究

为了解决百叶窗板翅式换热器的内部性能优化问题,通过对层流稳态下换热器燃气侧的典型流动换热单元进行建模及流动换热分析,得到了单元体内部速度、流线及温度的分布特性,并通过对换热系数、科尔本传热因子、进出口单位压降、范宁摩擦系数的比较,获得了不同燃气入口速度下翅片间距及翅片角度对换热器换热性能及流动阻力的影响。结果表明:在百叶窗翅片角度及其他尺寸参数不变时,当百叶窗间距为0. 7 mm时其换热性能最优,阻力随间距增大而减小;在翅片间距等参数不变而角度变化时,换热性能与阻力均随角度增大而增大,当百叶窗角度从15°增加至30°时,换热性能的增加幅度较为明显。     

不可逆吸收式热泵循环的基本优化关系及性能分析

在恒温热源内可逆四热源吸收式热泵循环的基础上，建立了线性(牛顿)传热定律下考虑泵热空间到环境热源的热漏、工质的内部耗散以及工质与外部热源间的热阻损失的不可逆吸收式热泵循环模型。导出了总换热面积一定的条件下循环的泵热率和泵热系数的基本优化关系、最大泵热率和相应的泵热系数、最大泵热系数和相应的泵热率、以及循环中最佳工质工作温度和最佳换热面积分配关系；并通过数值算例分析了循环参数对循环最优性能的影响规律。     

太阳能热泵供暖系统的热经济性分析

基于有限时间热力学理论和集热器线性热损失模型,建立了太阳能热泵供暖系统的热力学模型,并对该系统进行了热经济分析.研究在给定供热率和初投资的约束条件下,以系统的供热系数COHF,作为热经济性目标函数,得出了在目标函数取最大时系统最佳的运行性能系数和设计参数.同时还研究了初投资对系统运行以及设计参数的影响,得出了对应给定供热率系统的最佳初投资及其相应的设计参数.     

闭式内可逆回热布雷顿热电冷联产装置(火用)分析

应用有限时间热力学理论和方法建立了闭式内可逆回热布雷顿热电冷联产装置模型,导出了装置无量纲(火用)输出率和效率的解析式。通过数值计算分析了回热器热导率对(火用)输出率和(火用)效率的影响,发现存在临界压比,同时优化了压比,研究了热电比、制冷和供热温度等设计参数对最优(火用)输出率和(火用)效率以及相应最佳压比的影响,发现最优(火用)输出率时的设计压比要大于最优(火用)效率时的设计压比,最优(火用)输出率和(火用)效率均随冷用户温度的升高而减小,分别存在最佳的热用户温度使(火用)输出率和(火用)效率取得最大值,热用户温度对装置最优(火用)性能的影响比冷用户温度更为明显。