基于熔融盐加热的甲烷蒸汽重整制氢反应器的熵产生率和氢气产率分析

太阳能热化学储能能够有效解决太阳能时间和空间分布不均的问题。在工业甲烷蒸汽重整反应器模型的基础上,利用有限时间热力学理论建立了基于熔融盐加热的甲烷蒸汽重整反应器（steam methane reforming reactor heated by molten salt,MS-SMRR）模型,得到了MS-SMRR的设计参数,并分析了MS-SMRR的几何参数和操作参数对氢气产率和总熵产生率的影响规律。结果表明：在氢气产率一定时,逆流参考反应器比顺流参考反应器的总熵产生率低,且消耗的熔融盐少;增大熔融盐进口温度和减小反应混合物进口压力能够显著提高MS-SMRR的氢气产率。研究结果对实际MS-SMRR的优化设计具有一定的理论指导意义。     

3D堆叠芯片硅通孔的电-热-力耦合构形设计

建立了3D堆叠芯片硅通孔(TSV)单元体模型,在单元体总体积和TSV体积占比给定时,考虑电-热-力耦合效应,以最高温度、(火积)耗散率、最大应力和最大形变为性能指标,对TSV横截面长宽比和单元体横截面长宽比进行双自由度构形设计优化.结果表明,存在最佳的TSV横截面长宽比使得单元体的最高温度、(火积)耗散率和最大应力取得极小值,但对应不同优化目标的最优构形各有不同,且TSV两端电压和芯片发热功率越大,其横截面长宽比对各性能指标的影响越大.铜、铝、钨3种材料中,钨填充TSV的热学和力学性能最优,但其电阻率较大.铜填充时,4个指标中最大应力最敏感,优先考虑最大应力最小化设计需求以确定TSV几何参数,可以较好兼顾其他性能指标.     

基于■耗散率最小的燃气涡轮叶片冷却构形优化

基于构形理论,以■耗散率最小为优化目标,对燃气涡轮基元级叶片进行构形优化,得到量纲一当量热阻最小的基元级叶片最优构形。结果表明:在基元级叶片总横截面积和空腔占比一定的条件下,存在最佳空腔直径与叶片厚度比使得基元级叶片量纲一当量热阻取得最小值,但不存在最佳空腔边距与叶片厚度比、最佳叶片厚度与长度比使得基元级叶片量纲一当量热阻取得最小值。在叶片结构强度允许的前提下,提高空腔占比,减小空腔与叶片表面的距离,保持基元级叶片狭长均有利于提高基元级叶片的整体传热性能。■耗散率最小和最大温差最小的基元级叶片最优构形是明显不同的,■耗散率最小的构形优化比最大温差最小的构形优化更能有效地降低基元级叶片的平均传热温差,提高其整体传热性能。此外,通过对基元级叶片冷却空腔进行多尺度构形优化,其整体传热性能也得到明显提高。     

基于NSGA-Ⅱ算法的变温热源内可逆简单MCBC的性能优化

基于前人所建立的变温热源内可逆简单等温加热修正的闭式布雷顿循环（modified closed Brayton cycle,MCBC）模型,分析了压气机压比等参数对循环性能的影响。分别以无因次功率和无因次生态学函数为优化目标,以压比和各个换热器的热导率分配为优化变量,对变温热源内可逆简单MCBC进行单目标优化。最后基于NSGA-Ⅱ算法,以无因次功率、热效率和无因次生态学函数为优化目标,以压比和各个换热器的热导率分配为优化变量,对变温热源内可逆简单MCBC进行多目标优化,并分析了相关参数的灵敏度。结果表明：常规燃烧室（regular combustion chamber,RCC）和收敛型燃烧室（converging combustion chamber,CCC）外侧流体的入口温比对单目标优化结果的影响存在着明显的相互关系;与单目标优化得到的结果相比,多目标优化得到的最优解对应的偏差指数更小,其中通过香农熵决策得到的偏差指数最小;优化变量变化±10%对最优无因次功率、最优热效率、最优无因次生态学函数及其对应的等温压降比的影响很小,其变化范围均不超过5%。     

具有非理想气体工质的往复式Brayton循环多目标优化

基于前人建立的不可逆往复式Brayton循环模型,在考虑多种不可逆损失项和非理想气体比热模型的情况下,以压缩比为优化变量,对无因次功率、效率、无因次生态学函数和无因次功率密度进行性能分析与多目标优化,并通过比较3种决策方式得到的的偏差指数,获得优化方案。结果表明：在进行单目标分析时,四个目标函数性能指数会随着不可逆损失项系数的增大而减小;多目标优化结果相比单目标优化更优,其设计方案更理想。     

空气标准等温加热修正Brayton循环：(1)功率效率特性分析

在已有文献建立的闭式等温加热修正定常流式Brayton循环模型基础上,提出了一种新的五分支Brayton循环,即空气标准等温加热修正Brayton循环,并运用有限时间热力学理论建立了内可逆空气标准等温加热修正Brayton循环模型,导出了其功率效率表达式,分析了最大温比和预胀比对功率与效率、功率与压缩比和效率与压缩比特性关系的影响,以及传热损失对功率与效率特性关系的影响,并将修正后的Brayton循环性能与传统的Brayton循环性能进行了对比。结果表明：循环功率与效率的关系曲线呈扭叶形,而功率与压缩比和效率与压缩比的关系曲线均呈类抛物线形;随着预胀比和循环温比的增加,循环性能明显提升;与传统的Brayton循环相比,修正后的循环性能更优。     

基于Matlab的板坯连铸凝固传热过程及热损失研究

基于Matlab数值计算,对板坯连铸凝固传热问题进行研究,得到随板坯厚度及其与结晶器弯月面距离变化的板坯温度场分布,通过拟合得到板坯凝固点末端位置与二冷总供水流量、过热温度和拉坯速度的关系式,分析二冷区水量分配比对结晶器和二冷区内单位长度板坯热损失率和板坯表面温度梯度的影响。结果表明：板坯温度随冷却阶段的不同其温度变化趋势显著不同;随着过热温度和拉坯速度的增大、二冷总供水流量的减小,板坯凝固点末端位置增大;拉坯速度对板坯凝固点末端位置的影响最为显著,其次是二冷总供水流量,过热温度对其影响较小。通过适当调整二冷区内水量分配比可实现降低板坯表面温度梯度和较少热损失率的折衷,从而在提高板坯质量的同时也提高其蓄能,以实现板坯连铸过程的节能。所得结果能对板坯连铸凝固过程的参数设计和动态运行提供依据和理论指导。     

三相异步电机定子与机壳温度的影响因素研究

以Y100L-2型三相异步电机为研究对象,建立了电机定子铁心二维传热模型,通过计算得到电机定子温升与机壳温升的变化规律.讨论了环境温度,电机负荷对电机温升的影响,得出了随着电机负荷和环境温度的增加,定子最高温度随之增大,以及机壳到定子之间的温升随环境温度变化非常小等结论.     

最大热阻最小化的环形高导热通道三维体点导热最优构形的解析解法

基于构形理论,采用解析解法,以最大温差最小为优化目标,对基于环形高导热通道和圆柱形单元体的三维“体-点”导热模型进行构形优化,得到无量纲最大热阻最小的三维圆柱体最优构形.结果表明:增大高、低导热材料导热系数比、高导热材料占比和单元体数目均有助于提高圆柱形构造体的导热性能,但当单元体数目较大时,圆柱形构造体的导热性能改善...     

普适定常流内可逆热泵循环模型的有限时间火用经济性能优化

用有限时间热力学理论分析了由一个定热容吸热过程、两个定热容放热过程和两个绝热过程组成的一类普适内可逆热泵循环模型的火用经济性能,导出了循环利润率、供热系数与温度比的关系式,由数值计算得到了利润率和供热系数的特性关系。所得结果包含了内可逆Carnot循环、Otto循环、Diesel循环、Dual循环、Atkinson循环和Brayton循环的有限时间火用经济性能。