热声发动机的多目标优化

作     者：章超明 

作者单位：武汉工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴锋

授予年度：2019年

学科分类：080703[工学-动力机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：热声发动机 热声微循环 有限时间热力学 多目标优化 

摘      要：热声机械是一种新型的动力转换装置,可靠性高、灵活性好,在民用科技、军事、航空航天、电子信息技术、生物医疗等多方面展现出巨大的潜力。同时,针对低品位能源利用以及环境友好性,可显著降低当今社会对石油能源的倚赖,从而有效缓解空气污染。本文在前人的工作基础上,应用有限时间热力学理论进行热声发动机的多目标协调优化,将?效率、输出功率、熵产率等纳入多目标的优化范畴,以寻求热机的热力学参数最佳折衷,并讨论了低品位能源——太阳能驱动的热声发动机的循环性能。其主要内容如下:1、针对理想条件下的热声微循环的多目标优化,在有限时间内对不可逆热机微循环模型的输出功率、?效率之间的关系进行了分析。讨论了?利润率、生态学目标等与振荡温度以及纵温梯度之间的关系,利用智能优化算法来寻找在理想循环下热声微循环的最佳工况以及功率、熵产之间最佳协调点。2、针对实际状态下的热声微循环的多目标优化,导出了有限时间内的实际的不可逆热机微循环模型的输出功率、?效率的解析式,推导并分析了?利润率、生态学目标相对于恒压吸热体积比及循环压比之间的特性关系。通过利润率和生态学目标来寻求?输入率、?输出率和功率、熵产率之间的协调平衡点,讨论了不可逆性对热机性能的影响。并通过加权和法建立多目标优化函数,分析了输出功率、循环熵产率之间的最佳耦合效果。3、针对热声整机循环的多目标优化,引入了热弛豫因子建立了复指数传热规律下的不可逆卡诺型热声热机的优化模型。推导出复指数传热规律下的功率目标和?效率目标,引入中间函数Z目标进行了耦合分析,采用最小-最大法对热机的Z目标和生态学E目标进行了多目标耦合优化,研究结果体现了输出功率、?效率以及熵产率的联合协调优化性能。4、针对太阳能驱动的热声发动机的热力学性能优化,推导出了太阳辐射热模型下的复指数传热热声热机的输出功率和整机全效率的优化解析式,讨论了内不可逆性对整机性能的影响。分析了温比因子对单一热效率的影响,讨论了集热器温度对整机热效率的影响,并总结出集热器端的最佳工作温度。