摘要：基于构形理论和[火积]理论,以传热[火积]耗散率和总泵功率组成的复合函数为优化目标,在总换热率和总传热面积一定的条件下,对管壳式换热器有机工质蒸发过程进行构形优化,得到最小复合函数和最佳换热管外径.结果表明:管壳式换热器最优构形与初始设计结构相比,传热[火积]耗散率和复合函数分别降低9.54%和1.56%,总泵功率增加22.40%.这说明换热器综合性能的提高是通过较大程度地降低流体流动性能和显著减小传热不可逆性来实现的.增大总换热面积和工质质量流率、减小工质进口温度以及选择合适的总换热管数和热水质量流率均有助于进一步提高换热器的综合性能.[火积]耗散率和泵功率复合函数最小的换热器最优构形与换热率和泵功率复合函数最小的最优构形是完全不同的.将[火积]理论应用到有机工质管壳式换热器的构形优化中,为其结构优化设计提供了新的指导.

摘要：在第(1)部分导出循环功率密度表达式的基础上,应用NSGA-Ⅱ算法,以循环压缩比为优化变量,引入功率、热效率、功率密度和生态学函数为目标函数,对不可逆往复式Brayton循环进行不同目标组合的单、双、三和四目标优化,并比较了LINMAP、TOPSIS和Shannon Entropy 3种决策方式下多目标优化的结果。结果显示,多目标优化得到的偏差指数小于单目标优化得到的偏差指数,当以P^(-)、E^(-)和P_(d)^(-)或P^(-)和E^(-)为优化目标时,采用TOPSIS决策方式得到的偏差指数为0.1309;当以P^(-)和η为优化目标时,采用LINMAP决策方式得到的偏差指数为0.1309。这3种优化方案得到的结果偏差远小于单目标优化得到的结果偏差,其设计方案更接近于理想方案。研究结果可为实际热机优化提供参考。

摘要：建立考虑传热耗散率和总泵功率的线性加权复合函数,在总冷凝率和总传热面积一定的条件下以复合函数最小为目标,对有机工质的管壳式冷凝器进行构形优化,得到最小复合函数和冷凝管最佳外径。结果表明:冷凝器最优构形与初始设计结构相比,总耗散率提高了10.70%,而总泵功率和复合函数分别降低了54.94%和6.46%。这说明复合函数牺牲了一定的传热性能,使得冷凝器流动性能显著提高,最终使得其综合性能得到提高。选择合适的冷凝管数目可实现复合函数二次最小化。将理论应用到有机工质管壳式冷凝器的构形优化中,为其结构优化设计提供了新的指导,这一方法可进一步推广到有机工质循环系统的优化设计中。

摘要：量子斯特林热机工质为一维势阱中的粒子,其循环由两个等内能过程和两个等势宽过程组成,分别对应经典斯特林热机的两个等温过程和两个等容回热过程。建立二能级系统量子斯特林热机的量子力学模型,研究工质系统量子态的演化规律。通过求解Schr?dinger方程,分析量子斯特林热机循环的量子力学机理。考虑热漏的影响,得到热机的最大输出功和最大热效率。数值计算表明输出功与热效率之间的关系曲线是回原点的柳叶形,与经典斯特林热机循环输出功和效率之间的关系曲线形状相同。在最大输出功和最大热效率之间的曲线,是量子斯特林热机的最佳运行区段。研究结果有助于了解量子斯特林热机的最优热力性能,为量子斯特林热机的最优设计和模型评估提供依据。

摘要：本文在简要回顾化学反应过程有限时间热力学研究的基础上,从海基合成燃油系统的碳、氢源捕获子系统各单元(包括电化学海水酸化单元,酸化海水CO2捕集单元,氢气(H2)获取单元)、燃料催化合成子系统各单元(包括"长链烃裂解"合成燃油技术路径中逆水气变换单元反应器、费托合成单元反应器,"短链烃聚合"合成燃油技术路径中CO2氢化合成低碳烯烃单元反应器、烯烃齐聚单元反应器)性能研究方面介绍了其热力学分析与优化研究进展.研究工作结合热力学、传热学、流体力学、化学反应动力学、最优控制理论和多目标优化方法,建立模型,优化性能,探索海基合成燃油系统关键单元的热设计与优化问题.由浅入深,从建立热源温度完全可控的一维活塞流反应器模型到建立考虑真实热源载热工质的二维拟均相反应器模型;由可逆模型到不可逆模型,从建立经典平衡态热力学模型到建立考虑多种不可逆因素的有限时间热力学模型;由单目标优化到多目标优化,从熵产生率最小和比熵产生率(对目标产物产率平均的熵产生率)最小的单目标优化到综合考虑目标产物产率最大和熵产生率最小、出口平均转化率最高和最大径向温差最小的多目标优化.本文取得了一些具有重要理论意义和实用价值的研究成果,可为海基合成燃油系统的设计与优化提供科学依据和理论指导.下一步的发展方向是实现两个子系统和全系统与关键单元集成的构形热力学优化.

摘要：应用有限时间热力学理论,建立了空间动力装置用内可逆闭式Brayton循环模型,导出了功率和热效率的表达式。采用数值计算的方法,首先在给定高温侧和中间侧换热器有效度的情况下,分析了循环各参数对功率最优性能的影响;然后在给定整个装置3个换热器的总热导率情况下,将功率作为优化目标,对换热器热导率分配进行了优化,得到了循环的最大功率,进一步优化低温热源温度,得到了二次功率最大值,分析了循环各参数对最大功率最优性能的影响。结果表明:存在一个最佳的低温热源温度和一对最佳的热导率分配,使二次功率达到最大;随着高温热源温度的增加,最大二次功率对应的最佳低温热源和最佳热导率增加;随着空间环境温度的减小和换热器总热导率的增加,最大二次功率对应的最佳低温热源和最佳热导率都减少。所得结果对实际空间动力装置的设计优化有一定指导作用。

摘要：基于有限时间热力学理论,本文建立了具有中间热源的两级联合热驱动布朗热泵循环模型.该循环模型由两个热驱动布朗热泵串联组成.两热泵工作在温度恒定的三个热源间,热源与热泵间存在有限速率的传热过程.考虑热源与热泵间的传热损失,导出了系统的供热率和供热系数解析式,通过数值计算分析了设计参数对联合布朗热泵循环性能的影响.结果表明供热率随势垒高度单调递减,随外力和势垒不对称度单调增加.供热系数关于势垒高度、势垒不对称度和外力都有最大值.当顶部和底部热源温度一定时,中间热源温度与顶部热源温度越接近,供热率和供热系数越大.比较了工作在相同温度热源下单级布朗热泵循环与联合布朗热泵循环的性能,结果表明联合热泵循环的供热率更大,但是供热系数会相对减小.

摘要：本文从最常见的热源间热机装置简化出热源间以工质定常流动实现定常能量转换的热机模型,沿用γ、π、(?)等概念,并以工质吸、放热的传热面积之和定义了适合于该物理模型的“功率密度ω”概念,导出了η_0-ω谱函数及最小传热面积原理,揭示了上述热机内在的基本流、阻、势关系。所得结论比活塞机模型更有工程实用价值。文中以查得的实际工程资料与设计方案对本文结论提供了旁证。针对蒸汽动力装置的实际过程提出了兼顾输出功率与热效率用有限时间热力学方法选择和评估实际动力装置,与热工参数最优化结果相比,效果令人满意。

摘要：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。

摘要：用有限时间热力学方法分析变温热源不可逆简单布雷顿制冷循环的特性,分别以制冷率和制冷系数为优化目标,优化了循环中换热器的热导分配以及工质和热源间的热容率匹配,并采用数值计算分析了压比、换热器总热导、压缩机和膨胀机效率、工质热容率等参数对最优制冷率和制冷系数的影响特点。所得结果对工程制冷系统设计有一定的指导意义。