不可逆正、反向卡诺和布雷顿循环的有限时间（火用）经济性能优化

发布时间：2017-09-18 06:00

  本文关键词：不可逆正、反向卡诺和布雷顿循环的有限时间（火用）经济性能优化

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【摘要】：卡诺循环模型作为一种理论模型,自经典热力学开创之日起,一直起着十分重要的作用。布雷顿循环作为一种常见的循环,其热机循环被广泛应用于核能、太阳能、军事等领域;其制冷循环运用空气作为制冷剂,在注重环保的当下越来越具应用价值。因此,对这两类循环进行有限时间热力学分析及优化使其更接近工程实际是十分有必要的。本文在全面系统地了解和总结正反向卡诺和布雷顿循环有限时间热力学研究成果的基础上,通过数学建模、理论分析和数值计算,分别对不可逆卡诺热机循环、不可逆卡诺制冷机循环、不可逆布雷顿热机循环、不可逆布雷顿制冷机循环的有限时间火用经济性能进行了优化,得到了一些有重要理论意义和实用价值的研究成果。在对卡诺循环的研究中,本文综合考虑热阻、热漏及其它内不可逆性,分别导出了广义不可逆卡诺热机、广义不可逆卡诺制冷机在传热规律服从)(n??TQ和??TQ)(n时,热力循环的有限时间火用经济最优性能,导出了各种传热规律、各种不同损失项下各种热力循环的最优利润率与特性系数间的基本优化关系,并得到了最大利润率所对应的最佳特性系数界限。由数值算例对不同传热规律、不同损失情况下的卡诺热机及卡诺制冷机的性能变化规律进行了比较,得到的一系列关系曲线有助于更深入地了解传热规律、热阻、热漏、内不可逆性对有限时间火用经济性能的影响。在对布雷顿循环的研究中,本文考虑换热器、压缩机和膨胀机的不可逆性,研究恒温及变温热源条件下简单及回热式不可逆正、反布雷顿循环的最优性能,导出利润率解析式。用数值算例分析利润率与压比、换热器的热导率分配及热容率匹配的关系。对于恒温热源条件下的正、反不可逆布雷顿循环,可同时优化压比与热导率分配,从而得到利润率的双重最大值。对于变温热源条件下的不可逆布雷顿制冷循环,可同时优化热导率及热容率匹配,使利润率取得双重最大值。对于变温热源条件下的不可逆布雷顿热机循环,可同时优化压比、热导率分配及热容率匹配,使利润率取得三重最大值。此外,本文还分析了其他重要参数对不可逆正、反布雷顿循环的有限时间火用经济性能的影响。本文通过价格比,将正、反向卡诺及布雷顿循环的利润率目标与功率、制冷率、熵产率及生态学目标建立联系。
【关键词】：有限时间热力学 火用 经济性能优化 传热规律 不可逆循环 中冷回热循环 利润率
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK124;TB651
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 正、反卡诺循环的有限时间热力学研究进展12-14
• 1.2.1 卡诺热机循环的有限时间热力学研究进展12-13
• 1.2.2 卡诺制冷机循环的有限时间热力学研究进展13-14
• 1.3 正、反布雷顿循环的有限时间热力学研究进展14-15
• 1.3.1 布雷顿热机循环的有限时间热力学研究进展14
• 1.3.2 布雷顿制冷机循环的有限时间热力学研究进展14-15
• 1.4 有限时间火用经济分析法15-17
• 1.5 研究的内容及意义17-20
• 第二章 传热规律对广义不可逆卡诺热机有限时间火用经济性能的影响20-30
• 2.1 引言20-21
• 2.2 广义辐射传热规律下广义不可逆卡诺热机循环21-26
• 2.2.1 特性关系优化21-22
• 2.2.2 分析讨论22-26
• 2.3 广义对流传热规律下广义不可逆卡诺热机循环26-29
• 2.3.1 特性关系优化26
• 2.3.2 分析讨论26-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 传热规律对广义不可逆卡诺制冷机有限时间火用经济性能的影响30-40
• 3.1 引言30-31
• 3.2 广义辐射传热规律下广义不可逆卡诺制冷机循环31-35
• 3.2.1 特性关系优化31-32
• 3.2.2 分析及讨论32-35
• 3.3 广义对流传热规律下广义不可逆卡诺制冷机循环35-38
• 3.3.1 特性关系优化35-36
• 3.3.2 分析讨论36-38
• 3.4 本章小结38-40
• 第四章 不可逆布雷顿热机有限时间火用经济性能优化40-70
• 4.1 引言40
• 4.2 恒温热源下不可逆简单布雷顿热机循环火用经济性能优化40-46
• 4.2.1 利润率解析式40-42
• 4.2.2 循环分析与优化42-46
• 4.3 变温热源下不可逆简单布雷顿热机循环火用经济性能优化46-54
• 4.3.1 利润率解析式46-48
• 4.3.2 循环分析与优化48-54
• 4.4 恒温热源下不可逆回热布雷顿热机循环火用经济性能优化54-61
• 4.4.1 利润率解析式54-56
• 4.4.2 循环分析与优化56-61
• 4.5 变温热源下不可逆回热布雷顿热机循环火用经济性能优化61-68
• 4.5.1 利润率解析式61-63
• 4.5.2 循环分析与优化63-68
• 4.6 本章小结68-70
• 第五章 不可逆布雷顿制冷机有限时间火用经济性能优化70-107
• 5.1 引言70
• 5.2 不可逆恒温热源简单布雷顿制冷循环分析70-76
• 5.2.1 利润率解析式70-72
• 5.2.2 循环分析与优化72-76
• 5.3 不可逆变温热源简单布雷顿制冷循环分析76-84
• 5.3.1 利润率解析式76-78
• 5.3.2 循环分析与优化78-84
• 5.4 不可逆恒温热源回热布雷顿制冷循环分析84-90
• 5.4.1 利润率解析式84-85
• 5.4.2 循环分析与优化85-90
• 5.5 不可逆变温热源回热布雷顿制冷循环分析90-97
• 5.5.1 利润率解析式90-92
• 5.5.2 循环分析与优化92-97
• 5.6 不可逆恒温热源中冷回热布雷顿制冷循环分析97-105
• 5.6.1 利润率解析式97-100
• 5.6.2 循环分析与优化100-105
• 5.7 本章小结105-107
• 第六章 计算实例及结果分析107-111
• 6.1 引言107
• 6.2 实例模型与设计参数107-109
• 6.3 计算结果与分析109-111
• 第七章 结论与展望111-114
• 7.1 结论111-112
• 7.2 论文工作进一步展望112-114
• 符号说明114-115
• 参考文献115-123
• 致谢123-124
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果124

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本文编号：873766