内可逆工质恒比热Meletis-Georgiou循环有限时间热力学建模与性能优化
工程热力学第二章lm
理想气体
O2, N2, Air, CO, H2
三原子分子（H2O, CO2)一般不能当作理想气体 特殊可以，如空调的湿空气，高温烟气的CO2
理想气体状态方程
Ideal-gas equation of state
宏观试验与微观分析均可导出理想气体状态方程
pv RT
克拉贝龙方程
四种形式的理想气体状态方程
i 1
n
mi m
R0 M
i
i 1
n
g i Ri
R
R0 M
R0
i 1
n
1
ri m i
i 1
n
ri Ri
分压力与比热容
分压力
pi g i
i
p gi
M M
i
p gi
Ri R
p
比热容
c
i 1 n
n
g ici
c
i 1
ri c i
Mc M
工程热力学
Engineering Thermodynamics
北京航空航天大学
作业
思考题 2－5 习题 2－5，2－6，2－9，2－15，
简单可压缩系统的能量转换与传递
可逆过程的膨胀功
2
w
pdv
1
2
可逆过程的热量
如何求出 膨胀功 和热量？
q Tds
1
第二章 理想气体的性质
1000 5 ( 1) 1.013 10 1.0 28 pVM m 760 2.658kg RmT 8.3143 1000 293.15
热力学的奇迹热力学循环与热功
热力学的奇迹热力学循环与热功热力学的奇迹：热力学循环与热功热力学是研究热能转化与传递规律的学科，它是自然科学中重要的一支。
在人类的探索中，热力学起到了至关重要的作用，为我们揭示了许多关于能量转化的奥秘。
本文将介绍热力学循环和热功，展示热力学在工程和科学领域中的应用。
一、热力学循环热力学循环是一种能量转化的过程，其中热量从一个热源传递到工作介质，再由工作介质传递到冷源。
常见的热力学循环包括卡诺循环、斯特林循环和黄金循环等。
1. 卡诺循环卡诺循环是一种理想化的热力学循环，它由四个步骤组成：等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩和绝热压缩。
在卡诺循环中，工作介质通过与热源和冷源接触，实现了能量的转化。
卡诺循环被认为是最高效的热能转化过程，被广泛应用于发电厂和热工系统中。
2. 斯特林循环斯特林循环是一种可逆热力学循环，也是一种外部燃烧机械热机。
在斯特林循环中，工作介质通过与热源和冷源进行热交换，实现能量的转化。
斯特林循环通常用于制冷和发电等领域，它具有高效率、低噪声和环保的特点。
3. 黄金循环黄金循环是一种改良的斯特林循环，它利用金属中的化学反应释放出的热量，实现能量的转化。
黄金循环被广泛应用于太空航天等高科技领域，具有高功率密度和长寿命的特点。
二、热功热功指的是通过热能转化而产生的功。
在热力学中，热功是指热量在热力学循环中被转化为机械功的过程。
热功可以表示为热力学循环所做的功，也可以表示为单位热量所做的功。
热功的计算通常使用热效率来衡量，即热功输出与输入热量之比。
热功的计算公式为：热功 = 输入热量 - 输出热量热功在实际工程和应用中具有重要意义。
在发电厂中，热力学循环通过燃烧燃料产生高温高压的蒸汽，再通过汽轮机实现能量转化，最终产生电能。
热功的提高可以提高发电效率，降低能源消耗。
此外，热功在制冷和空调系统中也起到至关重要的作用。
制冷系统通过吸收热量，使空气温度降低，从而实现制冷效果。
热功的提高可以提高制冷效率，减少能源消耗，保护环境。
第5章 有限时间热力学
中南大学能源科学与工程学院
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结论： 1.若不增加不可逆传热温差所造成的损 失，降低 可提高制冷率 R Q 。 方法：增大蒸发器面积或传热系数以 提高 k 2 ,降低 等； 2. 在 及 R Q相同的条件下，为减少不 可逆损失应减小 ，在环境温度 TH 不变 的条件下，应提高冷源温度。
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第二节 内可逆卡诺循环的效率
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内可逆卡诺循环： 不考虑工质的粘性摩阻，工质在循环 过程内部是可逆的。然而，工质在吸热 过程和放热过程中与热源间存在温差。
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图1 内可逆卡诺循环
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工质在吸热和放热过程中的吸热量 Q1和放热量Q 2 分别 (1)
1
(18)
得到最佳x和y。
中南大学能源科学与工程Biblioteka 院中南大学能源科学与工程学院
例：50MW汽轮机发电机组，所配置锅炉HG220/100-1型锅炉。
TH 1356 .6K
PN 0.33
K1 5429 .4kW / K K 2 8516 .0kW / K
TL 278K
由牛顿法求的y=0.98，从而有：
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二 蒸气压缩制冷循环工质与热源间的最 佳温差
研究对象：蒸气压缩式制冷机
T d e
T1
c
TH
TL
a 0
T2
b S
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有限时间热力学的主要研究内容：
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ 卡诺热机的最佳效率与功率间的关系； 卡诺热机的效率与最大功率间的关系； 循环工质与热源间的工作温度； 功率与效率的谱分析； 制冷循环的有限时间热力学分析； 动力循环的有限时间热力学分析； 斯特林机的有限时间热力学分析； 其他循环与过程的有限时间热力学分析。
0060 第2章 热力学第一定律 第2节 可逆过程 第3节 第一定律 第4节 等容过程与等压过程
2 热力学第一定律 2.2 可逆过程 思考：两次等压压缩过程？
Physical Chemistry University of Science and Technology Beijing
2 热力学第一定律 2.2 可逆过程stry University of Science and Technology Beijing
2 热力学第一定律 2.2 可逆过程 总结：
(1) 功与变化的途径有关。始终态相同，但 途径不同，所作的功也大不相同。 (2) 可逆膨胀，体系对环境作最大功； (3) 可逆压缩，环境对体系作最小功。
Physical Chemistry University of Science and Technology Beijing
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2 热力学第一定律 2.4 等容过程与等压过程的热量探讨 等压过程的热Qp
Physical Chemistry University of Science and Technology Beijing
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2 热力学第一定律 2.2 可逆过程 从准静态过程到可逆过程 体系经过某一过程从状态1变到状态2之后， 如果能通过原过程的反向变化，使体系和 环境都恢复到原来的状态而未留下任何痕 迹，则该过程称为热力学可逆过程。否则 为不可逆过程。 可逆过程中的每一步都接近于平衡态，可以 向相反的方向进行，从始态到终态，再从 终态回到始态，系统和环境都能恢复原状 。
2 热力学第一定律 2.4 等容过程与等压过程的热量探讨 等压过程的热Qp
2024年大学物理课件卡诺循环福州大学李培官
大学物理课件卡诺循环福州大学李培官大学物理课件——卡诺循环1.引言卡诺循环是热力学领域中最基本的理想热机循环，由法国物理学家尼古拉·卡诺于1824年提出。
卡诺循环具有高效、简洁、普适的特点，被广泛应用于各种实际热机的设计与分析。
本文以福州大学李培官教授的大学物理课件为蓝本，对卡诺循环进行详细阐述。
2.卡诺循环的基本原理卡诺循环包括四个基本过程：等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩和绝热压缩。
在一个卡诺循环中，工作物质从高温热源吸收热量，在等温膨胀过程中做功，然后通过绝热膨胀过程降低温度，接着在等温压缩过程中向低温热源放热，通过绝热压缩过程回到初始状态。
3.卡诺循环的热效率卡诺循环的热效率η表示为：η=1T2/T1其中，T1和T2分别为高温热源和低温热源的绝对温度。
根据卡诺定理，任何工作在相同高温热源和低温热源之间的热机，其热效率都不可能高于卡诺循环。
因此，卡诺循环的热效率为最大效率，也称为卡诺效率。
4.卡诺循环的实际应用虽然卡诺循环是一个理想化的热机循环，但在实际工程中，许多热机的设计与分析都借鉴了卡诺循环的原理。
例如，汽车发动机、蒸汽轮机、制冷空调等设备的工作原理都与卡诺循环有着密切的关系。
通过优化热机的工作过程，使其接近卡诺循环，可以提高热机的效率，降低能源消耗。
5.结论卡诺循环作为热力学领域的基础理论，对于理解和分析实际热机的工作原理具有重要意义。
本文以福州大学李培官教授的大学物理课件为参考，对卡诺循环进行了详细的阐述。
通过对卡诺循环的研究，可以为我国能源领域的科技创新和节能减排提供理论支持。
参考文献：[1]李培官.大学物理[M].福州:福州大学出版社,2010.[2]丰.热力学与统计物理[M].北京:科学出版社,2008.[3].能源与环保[M].上海:上海交通大学出版社,2015.需要重点关注的细节是卡诺循环的热效率。
卡诺循环的热效率是热力学领域中的一个重要概念，它为理解和分析实际热机的工作原理提供了理论依据。
可逆热力学循环的研究与性能分析
可逆热力学循环的研究与性能分析引言：热力学循环是能量转换的重要方式之一，而可逆热力学循环则被认为是能量转换效率最高的循环方式。
本文将探讨可逆热力学循环的研究和性能分析，以期进一步了解其在能源领域的应用前景。
一、可逆热力学循环的定义与原理可逆热力学循环是指在理论上可以完全逆转的热力学循环过程。
其基本原理是根据热力学第一定律和第二定律，通过合理的能量转换方式，使得系统在循环过程中不产生任何熵增。
这种循环过程所达到的效率称为可逆循环效率。
二、可逆热力学循环的类型与特点1. 卡诺循环：卡诺循环是最早被提出的可逆热力学循环模型，其特点是由两个等温过程和两个绝热过程构成。
卡诺循环的效率被称为卡诺效率，是所有可逆循环中效率最高的。
2. 斯特林循环：斯特林循环是一种由等温膨胀和等温压缩两个过程组成的可逆循环。
它的特点是工作流体在膨胀过程中与热源接触，而在压缩过程中与冷源接触，能量转换效率较高。
3. 布雷顿循环：布雷顿循环是蒸汽动力机的基本循环，由等压加热、等压膨胀、等温冷凝和等温压缩四个过程组成。
布雷顿循环在工业和交通领域得到广泛应用。
三、可逆热力学循环的性能分析1. 效率分析：可逆热力学循环的效率是衡量其能量转换效率的重要指标。
通过对循环过程中各个环节的能量损失进行分析，可以评估循环的性能，并提出改进措施。
2. 热力学分析：利用热力学原理对循环过程中的熵变、功和热量进行计算，可以得到循环的热力学性质，如热机效率、制冷系数等。
这些参数对于循环的设计和优化具有重要意义。
3. 实验验证：通过实验对可逆热力学循环进行验证，可以验证理论模型的准确性，并提供实际操作过程中的参考数据。
实验结果对于改进循环的效率和性能具有指导作用。
结论：可逆热力学循环是一种能量转换效率最高的循环方式，其研究和性能分析对于提高能源利用效率具有重要意义。
通过对不同类型的可逆循环进行研究和优化，可以实现能源的高效利用和环境的可持续发展。
因此，进一步深入研究可逆热力学循环的理论与实践，对于推动能源领域的创新与发展具有重要意义。
空调系统能效的有限时间热力学评价方法及算例
到[8]。
质量流量为 mref 的制冷剂逐时进入压缩机的状态 为 1，排出时为 2，由于压缩机压缩过程的不可逆性，产
生了过程的熵增和火用损失，其火用平衡方程为[9]：
窑×
窑× 窑×
e1+ w = e2 + icomp
（6）
压缩机逐时输入的火用量即有用功为：
窑×
窑× 窑× 窑× 窑×
ein,comp = w = mref × (h2 - h1)
（10）
图 1 空调系统工质的 T-S 图
1.1 冷凝器的火用分析
设总冷凝热为 Qcond，其逐时的冷凝量等于从 2 状 态到状态点 4 的焓降[5]。
Qcond=H 2-H 4
（1）
当室外环境温度变化时，冷凝温度随之变化。根
据 T-S 图，冷凝温度即 4 点的状态可以确定[6]。
窑× 窑× 窑×
Icond = mref ×icond
第 40 卷第 6 期 2021 年 6 月
文章编号：1003-0344（2021）6-057-4
建筑热能通风空调 Building Energy & Environment
Vol.40 No.6 Jun. 2021.57~59
空调系统能效的有限时间热力学评价方法及算例
陈飞虎 1、2 廖曙光 2 王程 2
（7）
不可逆压缩过程的熵增为：
窑× 窑× 窑×
sgen,12 = s2 - s1
（8）
则压缩机压缩过程的火用损失为：
窑×
窑× 窑× 窑× 窑×
Icomp = mref ×T 0× (s2 - s1)
（9）
理想可逆压缩时，压缩机耗功为：
窑× 窑× 窑× 窑×
CTHP循环系统有限时间热力学模型及分析
第36卷,总第210期2018年7月,第4期《节能技术》ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGYVol.36,Sum.No.210Jul.2018,No.4 CTHP循环系统有限时间热力学模型及分析金 鑫1,谭羽非1,赵 麒2(1.哈尔滨工业大学建筑学院,黑龙江 哈尔滨 150090;2.长春工程学院能源动力工程学院,吉林 长春 130012)摘 要:为解决凝汽电厂热电联产改造过程中因需使用减温减压器降温减压而造成的高品位能量的浪费问题,本文以将凝汽电厂减温减压器中的高品位能量利用起来,从而回收电厂循环冷却水的余热的汽机热泵联合循环(CTHP)系统作为研究对象,基于有限时间热力学的方法,以系统获得最佳供热能力为目标,以最小总热导率为约束条件,通过建立CTHP循环系统有限时间热力学模型,计算分析了CTHP循环系统热力学参数的变化规律,以及最佳供热率的相关影响因素。
结果表明,汽机低温侧蒸汽出口温度及性能参数a2、a3是对系统无量纲供热率最低的影响因素,该结论为CTHP循环系统设计及实际运行时的性能优化提供理论依据。
关键词:CTHP循环系统;有限时间热力学模型;最佳供热能力;优化;计算与分析中图分类号:TK112 文献标识码:A 文章编号:1002-6339(2018)04-0296-04 Finite Time Thermodynamic Model and Analysis of CTHP Cycle SystemJIN Xin1,TAN Yu-fei1,ZHAO Qi2(1.The School of Architecture,Harbin Institute of Technology,Harbin150090,China;2.The School of Energy and Power,Changchun Institute of Technology,Changchun130012,China)Abstract:The temperature and pressure combined reducer is used to reduce the temperature and pressure in the retrofit cogeneration of condensing power plant,which is a waste of the high grade energy.To solve this problem,the high grade energy in the temperature and pressure combined reducer should be used step by step and the waste heat of the circulating cooling water in the power plant should be recovered. This paper focuses on related factors of optimum heating rate of CTHP cycle system by establishing CTHP finite time thermodynamic model and limiting thermal conductivity.The result shows that the steam outlet temperature and performance parameters a2and a3at the low temperature side of the steam turbine have the most important impact on the dimensionless heating rate of the system,which is a guidance of the practical application and improvement of system performance.Key words:CTHP cycle system;finite time thermodynamic model;optimum heating capacity;optimiza⁃tion;calculation and analysis收稿日期 2018-01-20 修订稿日期 2018-02-12基金项目:国家自然科学基金资助项目(51578177);省自然科学基金资助项目(E2016029)作者简介:金鑫(1994~),女,硕士研究生,研究方向为供热节能。
热力学基础中的热力学循环
热力学基础中的热力学循环热力学循环是热力学的重要概念之一，用来描述热力学系统在经历一系列循环过程后最终回到初始状态的过程。
热力学循环在能量转换和工程应用中具有广泛的应用，例如汽车发动机、蒸汽动力机等。
本文将介绍热力学基础中的热力学循环包括卡诺循环和斯特林循环。
一、卡诺循环卡诺循环是热力学中最重要的理想循环之一，它是由法国工程师尼古拉·卡诺于1824年提出的。
卡诺循环由两个绝热过程和两个等温过程组成。
绝热过程中热量不可进入或传出系统，而等温过程中温度保持不变。
卡诺循环的循环过程如下：1. 等温膨胀过程（A→B）：系统从高温热源吸收热量QH，压力从PH降低到低温热源的压力PL。
2. 绝热膨胀过程（B→C）：系统不断膨胀，温度随着体积的增加而降低。
3. 等温压缩过程（C→D）：系统与低温热源接触，释放热量QL。
4. 绝热压缩过程（D→A）：系统压缩并回到初始状态，温度保持不变。
卡诺循环的优点在于其效率最高，可以用来作为理想热机效率的参照。
卡诺循环的效率由以下公式给出：η = 1 - (QL/QH)其中，η表示热机的效率，QL表示由系统释放的热量，QH表示由系统吸收的热量。
卡诺循环的效率只与温度有关，与工质的特性无关。
二、斯特林循环斯特林循环是另一种重要的热力学循环，由爱尔兰神父罗伯特·斯特林于1816年发明。
斯特林循环将工质气体在不同温度下的等温和绝热过程相结合，具有与卡诺循环相似的轮廓。
斯特林循环的循环过程如下：1. 等温膨胀过程：系统与高温热源接触，吸收热量QH，温度保持不变。
2. 绝热膨胀过程：系统绝热膨胀，温度随着体积的增加而降低。
3. 等温压缩过程：系统与低温热源接触，释放热量QL，温度保持不变。
4. 绝热压缩过程：系统绝热压缩并回到初始状态，温度保持不变。
斯特林循环的效率与卡诺循环类似，也只与温度有关。
斯特林循环常用于制冷和发电领域，具有较高的效率和可靠性。
三、结语热力学循环在热力学基础中起着重要作用。
热力学循环的特性
热力学循环的特性热力学循环是将热能转化为机械能的循环过程。
它是工程领域中重要的研究方向之一，广泛应用于能源转换、发电和制冷等领域。
热力学循环的特性取决于循环的形式和工质的性质，下面将介绍几种常见的热力学循环及其特点。
1. 卡诺循环（Carnot Cycle）卡诺循环是一种可逆循环，也是理想的热力学循环。
它由两个等温过程和两个绝热过程组成。
在卡诺循环中，工质在等温过程中吸收热能，然后在绝热过程中放出热能。
卡诺循环的效率最高，如无限接近绝对温标两者之差时即为最高效率，而根据测量结果估计实际热机的效率，其应越来越接近于卡诺效率。
然而，在实际应用中，卡诺循环存在一定的技术难度，无法完全实现。
2. 布雷顿循环（Brayton Cycle）布雷顿循环是一种常用于燃气轮机的循环形式。
它由四个过程组成，包括压缩、加热、膨胀和排气。
在布雷顿循环中，高温高压的工质通过燃烧获得能量，然后通过膨胀机将热能转化为机械能。
这种循环形式具有工作介质温度范围广、效率高以及运行稳定等特点。
3. 朗肯循环（Rankine Cycle）朗肯循环是常见的蒸汽动力循环，广泛应用于发电厂中。
它由四个过程组成，包括蒸汽发生、膨胀、冷凝和泵送。
在朗肯循环中，水蒸气被加热产生，然后通过膨胀机转化为机械能。
该循环形式具有水资源丰富、运行稳定、适应能力强的特点。
4. 热泵循环（Heat Pump Cycle）热泵循环主要应用于制冷和供暖系统。
它由蒸汽压缩和膨胀两个过程组成，通过吸收热能或释放热能来实现制冷或供暖。
热泵循环具有能源的高效利用、节能环保以及温度范围广等特点。
上述几种热力学循环中，卡诺循环是理论上的极限，而布雷顿循环、朗肯循环和热泵循环是实际应用中常见的循环形式。
这些循环形式在不同的工程应用中发挥着重要的作用。
除了以上介绍的几种热力学循环，尚有其他循环形式，如斯特林循环（Stirling Cycle）、奥托循环（Otto Cycle）等。
工质变比热对不可逆Otto循环性能的影响
工质变比热对不可逆Otto循环性能的影响
戈延林;陈林根;孙丰瑞
【期刊名称】《工程热物理学报》
【年(卷),期】2005()z1
【摘要】用有限时间热力学的方法分析空气标准Otto循环,由数值计算给出了存在不可逆损失和工质变比热时循环功率与压缩比、效率与压缩比以及功率和效率的特性关系,分析了工质变比热对不可逆Otto循环性能的影响特点,通过分析可知工质变比热特性对不可逆Otto循环性能有较大影响,在实际循环分析中应该予以考虑,本文所得结果对实际内燃机的设计有一定的指导意义。
【总页数】4页(P9-12)
【关键词】有限时间热力学;Otto循环;性能优化
【作者】戈延林;陈林根;孙丰瑞
【作者单位】海军工程大学动力工程系;海军工程大学研究生院
【正文语种】中文
【中图分类】TK123
【相关文献】
1.工质变比热对内可逆Meletis-Georgiou循环性能的影响 [J], 刘畅;陈林根;孙丰瑞
2.工质变比热和传热损失对内可逆矩形循环性能的影响 [J], 王超;陈林根;戈延林;
孙丰瑞
3.工质变比热和传热损失对Otto循环性能的影响 [J], 戈延林;陈林根;孙丰瑞因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
Maisotsenko往复式布雷顿循环有限时间热力学分析
朱 富丽 ， 陈林 根 。 ， 王 文华
（ １ ．海军工程大 学 热科 学与动力 工程研 究室，武汉 ４ ３ ０ ０ ３ ３
２ ．海军工程大学 舰船 动力工程军队重点 实验 室，武汉 ４ ３ ０ ０ ３ ３ ３ ．海军工程 大学 动 力工程 学院，武汉 ４ ３ ０ ０ ３ ３ ）
摘 要 ：应用有限 时间热力 学理论建 立了 Ｍａ ｉ ｓ ｏ ｔ ｓ ｅ ｎ ｋ ｏ往复式布 雷顿循环模 型 ， 给 出 了循 环功 率和 效率的计
பைடு நூலகம்
算 流程 ， 借助数值计算方 法分析 了传热损失和循环 注水流率等设计 参数 对循 环热力性能的影响。并与传统往
复 式 布 雷顿 循 环 进 行 比较 ， 证 明 了 Ｍａ ｉ ｓ ｏ ｔ ｓ ｅ ｎ ｋ ｏ 往 复 式 布 雷顿 循 环 性 能 的 优 越 性 。 所 得 结 果 对 实 际 Ｍａ ｉ ｓ ｏ ｔ —
第４ ６卷
第 ４期
热 力 透 平
ＴＨＥＲＭＡＬ ＴＵＲＢｌ ＮＥ
Ｖｏ １ ． ４ ６ ＮＯ ． ４
Ｄ ｅｃ ． ２ Ｏ１ ７
２ ０ １ ７年 １ ２月
文章编号 ：１ ６ ７ ２ — ５ ５ ４ ９ （ ２ Ｏ １ ７ ） Ｏ ４ — ０ ２ ２ ７ — ０ ６
Ｍａ ｉ ｓ ｏ ｔ ｓ ｅ ｎ ｋ ｏ往 复 式 布 雷 顿 循 环 有 Ｉ ｌ ｇ ｇ ＇ ， ］ 间 热 力 学 分 析
力学解析热力学循环与效率
力学解析热力学循环与效率热力学循环是指将热能转化为机械能的循环过程，通过热力学的分析和计算，可以预测循环的效率。
力学解析热力学循环是一种常见的方法，通过数学和物理原理的应用，可以准确计算出循环的性能参数。
本文将介绍几种常见的力学解析热力学循环以及如何计算其效率。
一、卡诺循环卡诺循环是热力学中最具效率的理论循环，它是由两个绝热过程和两个等温过程组成。
在卡诺循环中，热源和冷源之间的温度差将充分利用，使循环过程具有最高的效率。
卡诺循环的效率可以通过以下公式计算：η = (T1 - T2) / T1其中，η为卡诺循环的效率，T1为热源的温度，T2为冷源的温度。
根据这个公式，可以得出结论：卡诺循环的效率随着温差的增大而增大，也就是说，温差越大，循环的效率越高。
二、布丰循环布丰循环是一种比较常见的循环形式，它由两个等温过程和两个等焓过程组成。
布丰循环是一种理论循环，其效率比卡诺循环略低。
但在实际应用中，由于卡诺循环的难度较大，布丰循环更容易实现。
布丰循环的效率可以通过以下公式计算：η = (T1 - T2) / (T1 + r × cp)其中，η为布丰循环的效率，T1为热源的温度，T2为冷源的温度，r为压缩比，cp为气体的定压比热容。
在布丰循环中，效率的计算受到压缩比和定压比热容的影响。
三、循环效率的影响因素除了循环形式之外，循环效率还受到其他因素的影响。
其中，热源和冷源的温度差是影响循环效率的重要因素。
温差越大，循环的效率越高。
此外，压缩比的大小也会影响循环的效率，一般来说，压缩比越大，效率越高。
最后，气体的定压比热容也对循环效率有一定的影响，它表示在压力不变的情况下，气体单位温度升高时所吸收的热量。
定压比热容越大，循环效率越高。
四、实际循环与效率实际的热力学循环往往存在各种能量损失和热损失，所以其效率往往低于理论循环。
实际循环的效率可以通过以下公式计算：η = (Wnet / Qin) × 100%其中，η为实际循环的效率，Wnet为净工作输出，Qin为输入热量。
有限时间热力学概念
有限时间热力学是经典热力学的延伸和推广，是现代热力学理论的一个新分支．主要研究非平衡系统在有限时间中能流和熵流的规律．它既不同于20世纪30年代建立起来的不可逆热力学，又不同于工程热力学，有它自己鲜明的理论特征．现已广泛地应用于物理、化学和工程热物理等许多学科领域，建立了一系列相应的新理论．在有限时间热力学的发展过程中，内可逆卡诺循环模型、最大功率输出时的效率、基本优化关系、内可逆循环统一理论、不可逆循环理论等方面的研究起到了极其重要的作用。
有限时间热力学是不可逆热力学的一个新分支.虽然经典热力学的基本定律是用不可逆过程表达出来的, 但是该学科随后的发展离开不可逆过程, 集中于研究平衡系统.事实上, 经典热力学是关于平衡态和过程变量由一个平衡态变换到另一个平衡态的一种极限理论今天, 经典热力学对平衡态和可逆过程已给出相当完整的描述,提供了许多优化判据. 长期来, 这些判据已成为物理,化学和工程中热力学研究的通用货币或"公共财宝". 然而,时间是实际过程的一个重要参数,在经典热力学中却没有考虑, 以致一些非常一般的问题尚未得到解决。
例如, 在一给定时间内,由一台机器产生一定的功所需要的最少能量是多少, 经典热力学就无法作出回答. 有限时间热力学能处理显含时间和与速率有关的变量的过程, 可引进诸如输出功率, 制冷率, 泵热率, 输人功率, 嫡产生率,可用性损失率, 有限时间烟, 经济性能等许多更为重要的参量,同时可提供对实际过程更为有用的优化判据. 有限时间热力学不同于20世纪30年代建立起来的不可逆热力学. 不可逆热力学的中心点是建立一组与所研究的系统相关的热力学变量的动力学方程, 然后在各种假设下求解这一组方程. 以动力学方程为中心的不可逆热力学自然导致用微分方程来表示和对系统局城微分行为的考查. 而以过程变量的净变化为中心的有限时间热力学导致了积分方程, 变分原理和对系统的整体描述. 它是昂色格微分观点的一种积分补充. 虽然拉格朗日或哈密顿形式使方程变成微分的, 但至少一开始它的方程是积分方程而不是微分方程. 有限时间热力学的方法容易用来研究如热机, 制冷机以及其它能量转换等一些实际系统的性能. 当然, 不可逆热力学和有限时间热力学之间有许多内在联系.两者相辅相成, 互为补充. 有限时间热力学也不同于工程热力学. 在工程热力学中采用的模型总是对工程师想要建造或应用的特殊系统采取尽可能详细的描述. 这无疑是导致一种复杂的特定模型. 有限时间热力学中采用的模型仍然是一类包含确定实际系统典型特征的理想化模型. 因而构造能表示大量实际过程普遍特征的模型是有限时间热力学的中心任务. 各个普遍模型一般应该包含所要研究的实际系统的全部重要参数,而不是所有的各个细节, 否则将会使物理内容含糊不清,计算十分困难, 甚至无法进行. 理想化的可逆模型已经广泛地应用在经典热力学中. 例如, 著名的卡诺循环就是高度理想化的可逆热机模型. 而内可逆模型是可逆模型的直接推广, 它是有限时间热力学中常用的典型模型. 所谓内可逆模型, 指的是系统内部过程是可逆的, 而所有的不可逆性都发生在系统与外部环境之间. 有限时间热力学的主要工具是最优控制理论. 它用来解由可用性分析, 最小嫡产生, 不可逆运动方程的变分公式等所要求的最佳决策和最佳轨迹问题. 优化问题的复杂性直接与约束的种类和复杂性相联系. 对于各种不同的系统, 约束方程可以是代数的, 微分的, 积分的或徽积分的. 复杂模型的优化问题通常导致一组辆合的, 非线性微分方程. 从这样一组方程出发, 唯一的希望是进行定性分析和数值求解. 因此, 人们总是努力寻找和建立具有解析解的简单而普通的模型, 如内可逆卡诺循环模型就是典型的一例. 有限时间热力学的主要目的是寻找热力学过程的有限时间运行方式的普适极限. 有限时间过程除了比经典热力学提供的过程更为实际和普遍外, 还有助于人们更深刻地理解不可逆性如何影响热力学过程的性能. 有限时间热力学已经成功地应用于大量的间题,如分析热机, 制冷机, 热泵, 多热源循环, 有限热源循环, 分溜过程和化学反应系统的性能, 确定地球风能的上界, 揭示量子系统特征,探讨广义势, 有限时间可用性, 热力学长度, 计算机逻辑运算, 模拟退火等等重要问题. 特别, 内可逆循环模型已广泛地用来分析受传热不可逆性影响的各种热机, 制冷机和热泵的优化性能. 并在内可逆循环模型的基础上, 还建立了许多不同的不可逆循环模型. 这些模型包括各种损失机理, 如机械摩擦, 热漏, 热阻, 非理想回热以及工质的内部耗散等等深入研究各种不可逆循环的优化性能, 将会不断地促进有限时间热力学的发展.。
内可逆有机朗肯循环有限时间热力学优化
内可逆有机朗肯循环有限时间热力学优化陈炜健;秦晓勇;陈林根;夏少军【摘要】运用有限时间热力学理论建立了循环总换热面积一定时,考虑热源与循环工质的传热损失的亚临界简单内可逆有机朗肯循环模型.采用R245fa作为循环工质,分析了总换热面积、蒸发器面积比和循环工质的质量流率对循环净输出功率、热效率和热源出口温度的影响,发现合理选择上述参数可使循环的性能参数较优.所得结果对亚临界有机朗肯循环装置的设计和使用具有一定的指导意义.【期刊名称】《热力透平》【年(卷),期】2018(047)002【总页数】5页(P105-109)【关键词】亚临界简单内可逆有机朗肯循环;有限时间热力学;净输出功率;热效率【作者】陈炜健;秦晓勇;陈林根;夏少军【作者单位】海军工程大学热科学与动力工程研究室,武汉430033;海军工程大学舰船动力工程军队重点实验室,武汉430033;海军工程大学动力工程学院,武汉430033;海军工程大学热科学与动力工程研究室,武汉430033;海军工程大学舰船动力工程军队重点实验室,武汉430033;海军工程大学动力工程学院,武汉430033;海军工程大学热科学与动力工程研究室,武汉430033;海军工程大学舰船动力工程军队重点实验室,武汉430033;海军工程大学动力工程学院,武汉430033;海军工程大学热科学与动力工程研究室,武汉430033;海军工程大学舰船动力工程军队重点实验室,武汉430033;海军工程大学动力工程学院,武汉430033【正文语种】中文【中图分类】TK123近年来，中低温余热的回收利用问题受到了广泛的重视，有效地利用中低温余热可减小温室气体和热污染等对环境的影响，并能显著提高系统的能源利用率[1]。
但传统的能源转换技术不适合回收利用中低品质的热能[2]。
在中低温余热回收技术中，有机朗肯循环(organic Rankine cycle，ORC)技术能有效地提高中低温能源的回收效率[3-4]。
广义一维势中热声制冷微循环的性能分析
第50卷第3期中南大学学报(自然科学版) V ol.50No.3 2019年3月Journal of Central South University (Science and Technology)Mar. 2019 DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2019.03.028广义一维势中热声制冷微循环的性能分析鄂青1, 2，吴锋2, 3(1. 华中科技大学能源与动力工程学院，湖北武汉，430074；2. 武汉工程大学理学院，湖北武汉，430205；3. 海军工程大学动力工程学院，湖北武汉，430032)摘要：从工质粒子在不同声波势场条件下的量子力学行为入手，建立一套适用于各种一维势场条件的广义量子热声制冷微循环分析模型并推导出广义量子热声制冷微循环的性能参数表达式。
以几个典型的一维势场为例，计算分析工质粒子在不同势场中运动时的循环性能。
通过比较，确定当工质粒子工作于一维无限深势阱或谐振势阱条件下时，循环的性能系数和制冷率的综合性能比其他势场条件时的优。
研究结果表明：要使热声制冷机性能达到最优，必须对声场进行控制，使其能够在回热器中建立起一维无限深势阱或谐振势阱。
关键词：有限时间热力学；广义一维势；量子热声制冷机微循环；量子热力学中图分类号：TB65 文献标志码：A 文章编号：1672−7207(2019)03−0726−08Performance analysis for quantum thermoacoustic refrigeration micro-cycle working in generalized 1D potentialE Qing1, 2, WU Feng2, 3(1. School of Energy and Power Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China;2. School of Science, Wuhan Institute of Technology, Wuhan 430205, China;3. Institute of Thermal Science and Power Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430032, China)Abstract: A set of analysis model for generalized quantum thermoacoustic refrigeration micro-cycle working in various 1D potential wells was established started with the quantum mechanical behavior of working medium particles under different acoustic potential field conditions. And the performance parameter expressions of the generalized quantum thermoacoustic refrigeration micro-cycle were derived. Taking several typical 1D potentials as examples, the cyclic properties of working medium particles moving in different potential fields were calculated and analyzed. By comparison, it was show that when particle works in 1D infinite deep potential well or resonance potential well, the comprehensive performance of micro-cycle was better than that of other potential well conditions. The results show that, to achieve the optimal performance of the thermoacoustic refrigerator, the sound field must be controlled so that it can establish a 1D infinite deep potential well or resonant potential well in the regenerator.Key words: finite time thermodynamics; generalized potential well; quantum thermoacoustic refrigeration cycle;quantum thermodynamics有限时间热力学(finite time thermodynamics，FTT)[1−5]作为经典热力学的延伸，主要研究非平衡系统中能量流和熵流的规律。
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自有 限时 问热力 学 。 用 于 实 际热 机 的性 能 分 析和优 化 以来 ， 得 了一 系列成 果 。近年 来 ， 取 对
性 ；ａｉ Ｓｈｎ等 和 Ａ．ａｋｉ １ ｒｈ 等 分 别 在 不 计 任 何 Ｓ
损失 的前 提 下 研 究 了 Ｄ ａ、 ｌ ｒ 环 的功 率 密 ｕ ｌＭｉｅ 循 ｌ
传 热模 型时 Ｄｅｅ 循 环 的性 能 。 ｉ ｌ ｓ 转 子发 动 机 虽 然 不 如 往 复 式 内燃 机 使 用 广
析 了传 热损失 对循 环功 及其 相应 的最 优压 缩 比 的 影 响 ； ｌ ｋ和 Ｗｕ５研究 了 内可逆 Ｏｔ 环功 率 Ｂａ ｎ ｔ ｏ循
和平均 有效 压 力 优化 的问 题 ； 林 根等 导 出 轮 转子 ＭＧ发 动 机 的简 图 ¨ 如 图 １所
示 。它包括 圆 盘状 的定 子 外 壳 和 内部 转 动 的 转
体积 、 质量减 小 ， 程 ８— 过 ９为定容 放 热 ， 程９—１ 过
为定压 放热 。
子 。转 子转动 时 ， 动 机 内腔 形 成进 气 室 Ｖ 压 发 缩 室 Ｖ 膨胀室 Ｖ 、 排气 室 Ｖ 等 气室 ， 这些气 室 由转子外 表面 、 子 内表面 、 定 可径 向移 动 的隔板 和
在传热 损失 时 Ｏｔ ６、 ｉ ｅ 循 环 的功率 效率 特 ｔ ｊ Ｄｅ ｌ ｏ ｓ
收 稿 日期 ：０ ０—１ ２１ ２—２ ５
基金 项 目 ： 国家 自然 科 学基 金 （０ ０ ０ ３ ； 育 部 新 世 纪优 秀 人才 支 持 计 划 项 目 （ Ｃ Ｔ一０ １９ ５ ９ ） 教 Ｎ Ｅ ４—１０ ） 全 国 优 秀 博 士 学 位 论 文 作 者 专 项 ０６ ； 资 金 资 助 项 目（ ０ １６ ２０ ３ ）
Ｆｉ ｉｅ Ｔｉ ｅ Ｔｈｅ ｍ ｏ ｎａ ｉ ｏ ｅｉ ｇ ａ ｄ Ｏｐｔｍ ｉａ ｉ ｎ ｏ ｄｏ ｅ ｅ ｓｂｌ ｎｔ － ｍ ｒ ｄｙ ｍ ｃ Ｍ ｄ ｌｎ ｎ ｉ ｚ ｔｏ ｆＥｎ ｒ ｖ ｒ ｉ ｅ Ｍ ｅｅ ｉ－ ｏ ｇ ｏ ｃｅ ｗｉｈ Ｃｏ ｓａ ｔＳ ｃｆｃ Ｈ ｅ ｔｏ ｏ ｋ ｎｇ Ｆｌ ｄ ｌｔｓ Ｇｅ ｒ ｉ ｕ Ｃｙ ｌ ｔ ｎ ｔ ｎ ｐｅ ｉ ａ ｆＷ ｒ ｉ ｕｉ ｉ
（ 当 ： 时 ） 压缩 室容 积从 Ｖ ＝ ＋ ＋ ， ｃ △ 被压 缩到 ＝ ＝ 。 图 ２和 ３给 出 了 Ｍ Ｇ循 环 Ｔ—ｓ图 和 Ｐ— 图 。其 中 ， 程 １—２和 ３— 过 ４为 绝 热 压 缩 ， 程 过
２—３ 为膨 胀室 内一部分 气体 （ ） △ 和燃烧 室 （ 。 ） 内的气体 与压缩 室 内气体混 合 ， 过程 ４— ５为定 容 燃烧， 过程 ５—６和 ７—８为绝 热 膨 胀 ， 程 ６— 过 ７ 为 膨胀室 内气 体被 分 离 ， 体 的压 力 、 度 不 变 ， 气 温
排气 再 循 环 （ Ｇ 过 程 ， 采 用 压 燃 方 式 。 Ｅ Ｒ） 可 Ｇ ｏｇ ｕ ｅ ｒｉ ｏ 在不计 任何 损失 的情 况下 对 Ｍ Ｇ循 环进 行 了经典 热 力 学分 析 。本 文 将 在 文 献 ［ ５ １］
的基础 上 ， 建立 考虑传 热损失 的 内可逆循环 模 型 ， 并 对循环 性能进 行分 析和优化 。
Ｐ
子外壳上 另嵌 有 一 个 气 室 ， 为 燃 烧 室 Ｖ 称
一
隔
板 １ ２对称 分 布在 燃 烧 室两 边 ， 、 在任 意 时刻 只有 个进入 发动 机并 与转 子 接触 ， 一个 呈 抬 起状 另
图 ３ ＭＧ循 环模 型 Ｐ — Ｖ图 ５ ］
态 。进入 发动机 的隔板 将原 图 １ ａ中左侧 Ｖ 分 隔 成压 缩 室 Ｖ 和膨胀 室 Ｖ 两 部 分 。隔 板 ３将 右 侧Ｖ 分成进气 室 Ｖ 排气 室 Ｖ Ｘ 部分 ， 们分 Ｅ两 它 别通过 进 、 气 口与大气相 连 。最 初 ， 子封住 联 排 转 通发动 机 内腔 和燃烧 室 的通 道 （ ｏｔｅｄｎ ｅ Ｐ ｒ ｌａｉｇｔ ｔ ｏｈ
刘 畅， 陈林根 ， 丰瑞 孙
（ 军 工程 大 学 船 舶 与 动 力 学 院 ， 汉 ４ ０ ３ ） 海 武 ３ ０ ３
摘 要 ： 用有 限 时 间 热 力 学理 论 建 立 内可 逆 工 质 恒 比 热 Ｍｅ ｔ — ｅｒ ｏ （ 应 ｌ ｉ Ｇ ｏｇ ｕ ＭＧ） 环 模 型 ， 出循 环 各 点 温 ｅｓ ｉ 循 导
ｃｍｂ ｓｏ ｈｍ ｅ） 工 质 在 燃烧 室 经 历 定 容 燃 ｏ ｕｔ ｎｃ ａ ｂ ｒ ， ｉ 烧 过程 ； 转子继 续转 动 ， 工质 充人膨 胀室并 对转 子
析 了传 热损 失及 循 环 各 参 数 对循 环 性 能 与优 化 结 果 的 影 响 。所 得 结 果 对 实 际 ＭＧ发 动 机 的设 计 优 化 有 一 定
指导作 用。
关 键 词 ： 限 时 间 热 力 学 ； ｌ ｉ Ｇ ｏｇ ｕ循 环 ； 能 分 析优 化 有 Ｍｅ ｔ— ｅｒｉ ｅｓ ｏ 性 中 图分 类 号 ： Ｋ ２ Ｔ Ｉ 文 献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：６ ２— ５ ９ ２ １ ）２一 ｌ５— ６ １７ ５ ４ （０ １Ｏ ｏ １ ０
ｂ ｅ ｅｓａ ｌｓ ｅ ａ ｄ ｈｅ ｎ ｌ ｔ ａ ｆｒ ｕ ａ ｏ ｐ ｒｏ ｍａ ｅ ａ ａ ｔｒ ｉ ｃｕｄｎｇ ａ ｈ ｏｎｔ ｅ ｅ ａｕｒ ， ｗｏ ｋ ｅｎ ｔｂ ｉｈ ｄ ｎ ｔ ａ ａ ｙｉ ｌ ｏｍ ｌｅ ｆ ｅ ｒ ｎｃ ｐ ｒ ｍｅｅ ｓ ｎ ｌ ｉ ｅ ｃ ｐ ｉ ｔｍｐ ｒ ｔ ｅｓ ｃ ｆ ｒ ｏ ｔ ｔａ ｄ ｅｆｃｅ ｃ ｒ ｅ ｉ ｅ ｙ ｕｓｎ ｈｅ ｆｎｔ ｉ ｈ ｒ ｄ ｎ ｕｐｕ ｎ ｆ ｉｎ ｙ ａ ｅ ｄ ｒｖ ｄ ｂ ｉ ｇ ｔ ｉｅ ｔｍｅ ｔ ｅ ｍｏ ｙ ａｍｉ ｈ ｏｙ． Ｔｈ ｒｏ ｍａ ｃ ｆｔ ｅ Ｍ Ｇ ｙ ｌ ｓ ｉ ｉ ｃｔｅ ｒ ｅ ｐｅｆ ｒ ｎ ｅ ｏ ｈ ｃ ｃ ｅ ｉ ａ ａ ｙ ｅ ｎ ｐｔｍｉｅ ｎ ｌ ｚ ｄ ａ ｄ ｏ ｉ ｚ ｄ．Ｔｈｅ ｒｌ ｔ ｎ ｂ ｔ ｅ ｒ ｕ ｐ ｎ ｆ ｃｅ ｙ ｉ ｂ ａｎ ｄ ｂｙ ｄ ｔｉｅ ｍｅ ｃ ｌｅ ａ ｅａｉ ｅｗｅ ｎ ｗｏ ｋ ｏ ｔ ｕｔａ ｄ ｅｆ ｉｎｃ ｓｏ ｔ ｉｅ ｅａｌ ｄ ｎｕ ｒ ａ ｘ ｍｐｌｓ ｏ ｉ ｉ ｅ．
作 者 简 介 ： 畅 （ ９ ７一） 男 ， 士 研究 生 ， 刘 １８ ， 硕 主要 从 事 能 源 利 用 与 能 量 转 换 理 论及 装 置 的研 究 。
￥Ｉ 圜 Ｉ １
第 ２期
内可 逆 工 质 恒 比 热 Ｍｅ ｔ— ｅｒ ｏ 环 有 限 时 间 热力 学建 模 与 性 能 优 化 ｌ ｉＧ ｏｇ ｕ循 ｅｓ ｉ
Ｌ Ｕ ａ ｇ ， Ｃ Ｉ Ｃｈ ｎ ＨＥＮ ｉ ｇｅ Ｌ ｎ— ｎ，ＳＵＮ ｎ ｒ ｉ Ｆｅ ｇ—ｕ
（ ｌ ｇ ｆ ａ ａ Ａｒｈ ｅ ｔ ｒ ｎ ｏ ｒ ａ ａ Ｕ ｉ ｒｉ ｆ ｎ ｉ ｅ ｉｇ Ｗ ｕ ａ ３ ０ ３ Ｃ ｉ ） Ｃｏｌ ｅ ｏ ｖ ｌ ｃ ｉ ｃｕｅ ａ ｄ Ｐ ｗｅ ，Ｎ ｖ ｌ ｎ ｅ ｓ ｙ ｏ ｇｎ ｒ ， ｅ Ｎ ｔ ｖ ｔ Ｅ ｅ ｎ ｈ ｎ４ ０ ３ ， ｈｎ ａ Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａ ｎ ｏｅｅｓ ｌ Ｍｅ ｔ ． ｅ ｒｉ Ｍ ｓｒ ｃ ： ｎｅ ｄ ｒｖｒｉ ｅ ｌ ｉ Ｇ ｏｇ ｕ（ Ｇ）ｃｃｅｍ ｄ ｌ ｉ ｏ ｓ ｎ ｓ ｅ ｉｃｈ ａ ｏ ｏｋｎ ｕｄ ｈ ｓ ｂ ｅｓ ｏ ｙ ｌ ｏ ｅ ｗ ｔ ｃ ｎｔ ｔ ｐ ｃ ｅ ｔ ｆ ｒｉｇｆ ｉ ａ ｈ ａ ｉ ｆ ｗ ｌ
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泛 ， 随着 内燃 机 技 术 的发 展 ， 的 发 明不 断 产 但 新
生 ¨ ｊ 卜 。其 中 ， ｌｔ 和 Ｇ ｏｇｏ 出 了一种新 Ｍｅ ｉ ｅｓ ｅｒｉ ｕ提 的转子 发动 机概念 并取 得 专利 。 ， 发动 机 采用 。 该 辐 向对 称 的转 子结 构 使 运 行 更加 平 稳 ； 同时 引入
Ｔｋｎ ｅ ｗ ｒ ｕｐ ｔａｄ ｅｆｉｎｙ ａ ｏｊｃｉ ｓ ｅ ｅ ｆｏｔ ａ ｒｓｌ ｒ ｏ ｔｎ ｄ ｂ ｐｉｉ ｎ ｈ ａ ｉ ｔ ｏｋ ｏ ｔ ｎ ｆｃ ｃ ｓ ｂ ｔ ｅ ，ａｓｒ ｓｏ ｐｉ ｌ ｅｕｔ ａｅ ｂ ｉｅ ｙ ｏｔ ｚ ｇ ｔ ｇｈ ｕ ｉｅ ｅ ｖ ｉ ｍ ｓ ａ ｍ ｉ ｅ
度、 循环 功、 效率等性能参数表达式 ， 并对 ＭＧ循环性能进行 分析和优 化。应 用数值 计算 方法 ， 到循环功 与 得
效 率 特 性 关 系 ； 别 以循 环 功和 效 率 为 目标 ， 压 缩 比、 分 对 转换 比 、 膨 胀 比进 行 优 化 并 得 到 一 系列优 化 结 果 ； 过 分
第４ ０卷 第 ２期 ２１ ０ １年 ６月