布雷頓循環(huán)和布朗馬達的優(yōu)化性能研究.pdf

1、有限時間熱力學(xué)是現(xiàn)代熱力學(xué)的一個重要分支，主要研究非平衡系統(tǒng)在有限時間中的能流和熵流的規(guī)律.它在開發(fā)新能源，發(fā)展新技術(shù)，保護生態(tài)環(huán)境等方面都具有重要意義。有限時間熱力學(xué)可以被應(yīng)用到許多研究領(lǐng)域，特別在熱力學(xué)循環(huán)的優(yōu)化設(shè)計方面已取得大量研究成果。而布雷頓循環(huán)是當(dāng)今能源轉(zhuǎn)換領(lǐng)域里的支柱型循環(huán)系統(tǒng)，具有重要的實際應(yīng)用價值。 本論文分為兩個部分，第一部分運用有限時間熱力學(xué)理論，圍繞布雷頓循環(huán)的幾種不同模型進行分析研究，所得結(jié)果為布雷頓循

2、環(huán)的優(yōu)化設(shè)計提供了理論依據(jù).第二部分，對兩種典型的布朗馬達模型作了分析研究，得出了一些有意義的結(jié)果。 在第一部分，研究了以理想氣體為工質(zhì)的布雷頓制冷循環(huán)和動力循環(huán)的性能特性，考慮絕熱過程和各換熱過程中的不可逆因素，對無回?zé)岷突責(zé)崾讲祭最D循環(huán)的性能進行分析比較，闡明了采用回?zé)徇^程的優(yōu)越性，確定了回?zé)崞鲄?shù)適用的范圍。建立了以量子費米氣體3He為工質(zhì)的回?zé)崾搅孔硬豢赡娌祭最D制冷循環(huán).對循環(huán)的回?zé)崽卣骱托阅芴匦赃M行了研究，綜合分析了絕

3、熱過程不可逆性和量子簡并性對循環(huán)性能的影響，確定了費米布雷頓制冷循環(huán)正常運行的壓強比界限。對幾種有趣的情況做了詳細討論。建立了以順磁鹽為工質(zhì)的二級磁化布雷頓制冷模型，從順磁鹽的熱力學(xué)性質(zhì)出發(fā)，導(dǎo)出了重要性能參數(shù)的表達式，如輸入功，制冷量，性能系數(shù)等.分析了中間磁化過程，回?zé)徇^程以及不可逆絕熱過程對循環(huán)性能的影響，對循環(huán)的制冷率和制冷系數(shù)進行了優(yōu)化分析，確定了循環(huán)的優(yōu)化工作區(qū)域以及工質(zhì)的最優(yōu)狀態(tài)參數(shù)。建立了一類太陽能驅(qū)動熱機的廣義循環(huán)模型

4、，它涵蓋了太陽能驅(qū)動卡諾，布雷頓，布雷森等熱機系統(tǒng)。詳細分析了各種不可逆因素對循環(huán)性能的影響，包括有限時間熱傳遞，不同傳熱規(guī)律，熱漏，熱機內(nèi)部不可逆性等因素.在給定太陽能供熱率情況下，以總效率為目標(biāo)函數(shù)對太陽能熱機系統(tǒng)的性能進行了優(yōu)化分析，確定了太陽能熱機系統(tǒng)的最佳工作狀態(tài). 在第二部分，介紹了布朗馬達(布朗微熱機)的背景知識與研究現(xiàn)狀.分析了兩種典型布朗馬達模型的運行機制.在第一個模型中，熱驅(qū)動的布朗微熱機的空間不對稱周期勢場