兩類布朗熱機(jī)和制冷機(jī)的熱力學(xué)性能分析.pdf

1、布朗熱機(jī)（馬達(dá)），是一種利用非平衡的熱漲落來引起布朗粒子產(chǎn)生定向的粒子流，從而實(shí)現(xiàn)有用功輸出的裝置。由于它強(qiáng)烈地依賴著熱漲落，使得其只能在微觀納米尺度下才可能實(shí)現(xiàn)。因此，在當(dāng)今對(duì)小尺度能源的需求和裝置微型化趨勢的形勢下，其引起了人們廣泛的關(guān)注。本文基于隨機(jī)動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)理論主要研究了兩類連續(xù)型和分立型布朗熱機(jī)（制冷機(jī)）的熱力學(xué)性能特征及其優(yōu)化理論，具體內(nèi)容如下：
　　第一章，簡單介紹了布朗熱機(jī)的發(fā)展及熱驅(qū)動(dòng)的布朗熱機(jī)模型的理論基礎(chǔ)

2、，同時(shí)介紹了本文研究的主要內(nèi)容。
　　第二章，利用Fokker-Planck方程研究了布朗粒子在周期性連續(xù)棘齒勢和線性變化溫度場中運(yùn)動(dòng)所構(gòu)建的一類布朗熱機(jī)及制冷機(jī)模型，分析了此類布朗熱機(jī)及制冷機(jī)的熱力學(xué)性能。在最大功率和最大品質(zhì)因子的條件下，分別對(duì)熱機(jī)和制冷機(jī)性能參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。將所得結(jié)論與分段均勻溫度場分布的模型進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)后者的制冷系數(shù)低于前者。進(jìn)一步，討論了溫度場的邊界與棘齒勢不重合時(shí)，布朗熱機(jī)的性能參數(shù)與偏移量的關(guān)系。

3、r>　　第三章，利用主方程研究了與兩個(gè)溫源同時(shí)接觸的分立型費(fèi)曼棘齒-棘爪制冷機(jī)模型，分析了制冷機(jī)的熱力學(xué)性能特征。發(fā)現(xiàn)制冷系數(shù)和制冷率曲線為一閉合曲線，說明此制冷機(jī)是不可逆的。通過采用三個(gè)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)對(duì)制冷機(jī)進(jìn)行優(yōu)化，得到可通過恰當(dāng)?shù)剡x擇參數(shù)使得制冷機(jī)工作在最優(yōu)狀態(tài)。最后，簡單討論了此模型作為熱機(jī)的熱力學(xué)性能特征。
　　第四章，利用主方程研究了一類由簡單的三態(tài)模型構(gòu)造的布朗熱機(jī)和制冷機(jī)模型，在非穩(wěn)態(tài)情況下，分析了此模型的熱力學(xué)性能

4、，得到了性能參數(shù)隨時(shí)間和系統(tǒng)各參量的演化規(guī)律。發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)間趨于無窮大時(shí)，系統(tǒng)各性能參數(shù)趨于穩(wěn)態(tài)時(shí)的值。
　　第五章，研究了由兩個(gè)多方過程和兩個(gè)絕熱過程構(gòu)成的非卡諾制冷機(jī)模型。假設(shè)傳熱過程服從牛頓熱傳遞規(guī)律，推導(dǎo)出制冷機(jī)的制冷系數(shù)與制冷率的表達(dá)式，畫出了制冷率與制冷系數(shù)之間的特征曲線。并且通過數(shù)值模擬研究了在最大品質(zhì)因子下制冷機(jī)的制冷系數(shù)。分析了在長時(shí)間和短時(shí)間的熱接觸條件下制冷系數(shù)的優(yōu)化值，并與經(jīng)典的Curzon-Ahlborn(C