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热传导中的变分原理

工程热物理学报 2004年第3期25卷 457-459页

作者：程新广李志信过增元清华大学工程力学系传热强化与过程节能教育部重点实验室北京100084

采用力学中建立最小势能原理和最小余能原理的加权余量法,分别得到了热传导中势能型与余能型的变分原理。通过对势能型变分原理的分析发现,对于可逆的导热过程,“力”(热流)在“位移”(温度)上做的“功”完全转换为物体的“势能”,即热... 详细信息

采用力学中建立最小势能原理和最小余能原理的加权余量法,分别得到了热传导中势能型与余能型的变分原理。通过对势能型变分原理的分析发现,对于可逆的导热过程,“力”(热流)在“位移”(温度)上做的“功”完全转换为物体的“势能”,即热量传递势容。而在不可逆的稳态导热过程中,这个势能完全被耗散掉了,成为传递势容耗散。对于非稳态导热过程,则类似于粘弹性物体,热流在温度位移上做的“功”一部分转换为物体的传递势容,而另外一部分成为传递势容的耗散。

关键词：变分原理热量传递势容热量传递势容耗散

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导热优化:热耗散与最优导热系数场

工程热物理学报 2002年第6期23卷 715-717页

作者：程新广夏再忠李志信过增元清华大学工程力学系传热强化与过程节能教育部重点实验室北京100084

本文讨论了通过重新布置场内的导热系数分布来强化热传导的导热优化问题。针对边界上传热量一定的任意几何区域的稳态导热,在全场的导热系数积分为定值的条件下,以最小热耗散作为目标,利用变分方法导出了导热优化的基本准则;导热系数与... 详细信息

本文讨论了通过重新布置场内的导热系数分布来强化热传导的导热优化问题。针对边界上传热量一定的任意几何区域的稳态导热,在全场的导热系数积分为定值的条件下,以最小热耗散作为目标,利用变分方法导出了导热优化的基本准则;导热系数与局部热流密度成正比。该准则指导下的导热优化过程可获得热耗散最小的导热系数分布。实例证明了该方法是有效且合理的。

关键词：导热优化导热系数热耗散电子器件散热

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导热优化中的最小传递势容耗散与最小熵产

工程热物理学报 2005年第6期26卷 1034-1036页

作者：程新广孟继安过增元清华大学航空航天学院传热强化与过程节能教育部重点实验室北京100084

为了比较分析强化传热中存在的熵产最小化和传递势容耗散最小化两种不同的方法,针对体点问题,根据这两种方法对导热系数分布进行了优化。数值计算和理论分析的结果表明,根据最小传递势容耗散原理得到的结果优于最小熵产原理得到的结果... 详细信息

为了比较分析强化传热中存在的熵产最小化和传递势容耗散最小化两种不同的方法,针对体点问题,根据这两种方法对导热系数分布进行了优化。数值计算和理论分析的结果表明,根据最小传递势容耗散原理得到的结果优于最小熵产原理得到的结果。其原因在于传递势容耗散最小的优化目标是提高热量传递效率,而熵产最小的优化目标实际上是减少可用能损失。

关键词：最小熵产最小传递势容耗散强化传热导热系数

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圆筒内层流对流换热的最佳速度场及工程应用

清华大学学报（自然科学版） 2005年第5期45卷 677-680页

作者：苏欣孟继安程新广过增元清华大学工程力学系传热强化与过程节能教育部重点实验室北京100084

在粘性耗散一定的条件下,以热量传递势容耗散取得极值为优化目标,利用变分方法可以导出稳态层流对流换热的场协同方程。该文利用场协同方程,通过Fluent6.0对含有均匀内热源、边界条件与实际搅拌器相近的圆筒内水的对流换热进行数值求解... 详细信息

在粘性耗散一定的条件下,以热量传递势容耗散取得极值为优化目标,利用变分方法可以导出稳态层流对流换热的场协同方程。该文利用场协同方程,通过Fluent6.0对含有均匀内热源、边界条件与实际搅拌器相近的圆筒内水的对流换热进行数值求解,得到了由多个涡构成的、规则合理的速度场分布。在粘性耗散和圆筒体积一定的条件下,最佳速度场会随着圆筒长径比的不同而发生变化,而且在某些条件下得到的优化流型与工业中搅拌器的常用流型十分相似。这些优化流型对搅拌器的选择和设计具有一定的辅助意义。

关键词：对流换热场协同方程最佳速度场涡流搅拌流型

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层流对流换热中的势容耗散极值与最小熵产

工程热物理学报 2006年第1期27卷 100-102页

作者：吴晶程新广孟继安过增元清华大学航天航空学院传热与能源利用北京市重点实验室北京100084

在一定的约束条件下,存在一个最优的速度场,它能够使得温度场和速度场的协同程度最好,从而使得对流换热的整体传热性能达到最优。目前对传热效果的评价存在熵产最小化和势容耗散取得极值两种不同的准测。分别根据这两种优化准则,用变分... 详细信息

在一定的约束条件下,存在一个最优的速度场,它能够使得温度场和速度场的协同程度最好,从而使得对流换热的整体传热性能达到最优。目前对传热效果的评价存在熵产最小化和势容耗散取得极值两种不同的准测。分别根据这两种优化准则,用变分方法推导了在粘性耗散一定的条件下,稳态无内热源的层流对流换热的场协同方程,并对方腔内对流换热问题进行了优化。数值计算结果表明,势容耗散取得极值时的换热效果优于熵产最小的结果,因此势容耗散极值原理更适合做为对流换热的优化准则。

关键词：最小熵产势容耗散极值场协同方程对流换热

热质的运动和传递—最低热质能耗散原理和热质运动方程

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工程热物理学报 2006年第Z1期27卷 73-75页

作者：程新广朱宏晔过增元清华大学工程力学系传热与能源利用北京市重点实验室北京100084

过增元基于质能方程提出了热质的概念.在非平衡热力学中,存在最低能量耗散原理,根据该原理可以导出热传导,扩散及粘性流动等不可逆输运过程的方程式.当采用热质模型对传热现象进行描述时,发现热质的运动也满足最小作用量原理:最低热质... 详细信息

过增元基于质能方程提出了热质的概念.在非平衡热力学中,存在最低能量耗散原理,根据该原理可以导出热传导,扩散及粘性流动等不可逆输运过程的方程式.当采用热质模型对传热现象进行描述时,发现热质的运动也满足最小作用量原理:最低热质能耗散原理,根据该原理可以推导得出热质运动的动量守恒方程。

关键词：热子气最低热质能耗散原理热质运动方程

最小热量传递势容耗散原理及其在导热优化中的应用

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科学通报 2003年第1期48卷 21-25,59页

作者：过增元程新广夏再忠清华大学工程力学系北京100084

基于热量传递现象的本质,从传热学的角度定义了热量传递势容和热量传递势容耗散函数,它们的物理意义相应为热量传递能力的总量和热量传递能力的耗散率.针对以提高导热效率为目标函数的导热过程优化,提出了最小热量传递势容耗散原理,即... 详细信息

基于热量传递现象的本质,从传热学的角度定义了热量传递势容和热量传递势容耗散函数,它们的物理意义相应为热量传递能力的总量和热量传递能力的耗散率.针对以提高导热效率为目标函数的导热过程优化,提出了最小热量传递势容耗散原理,即在总导热能力一定的条件下,当热量传递势容耗散为最小时的导热系数分布为最佳,即其导热效率最高.最后,举例说明了最小热量传递势容耗散原理在导热过程优化中的应用.

关键词：传热学最小热量传递势容耗散原理导热能力导热系数导热优化导热效率

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层流场协同方程的验证及其性质

工程热物理学报 2005年第2期26卷 289-291页

作者：苏欣程新广孟继安过增元清华大学航天航空学院传热强化与过程节能教育部重点实验室北京100084

在粘性耗散一定的条件下,以热量传递势容耗散取得极值为优化目标,利用变分方法可以导出稳态层流对流换热的场协同方程。场协同方程的意义在于能够求解一定边界条件所对应的最佳速度场,从而实现最优的传热效果。本文采用二维方腔内空气... 详细信息

在粘性耗散一定的条件下,以热量传递势容耗散取得极值为优化目标,利用变分方法可以导出稳态层流对流换热的场协同方程。场协同方程的意义在于能够求解一定边界条件所对应的最佳速度场,从而实现最优的传热效果。本文采用二维方腔内空气的层流对流换热模型,通过将最佳速度场与其它流场的换热结果进行比较,初步验证了场协同方程的正确性,并对场协同方程的优化过程和原理进行了深入的分析。

关键词：对流换热场协同方程最佳速度场

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换热器强化的场协同原则

科学通报 2003年第22期48卷 2324-2327页

作者：过增元魏澍程新广清华大学工程力学系传热强化与过程节能教育部重点实验室北京100084

提高换热器的传热性能可以有两个层次,第1个层次是增加对流换热系数,第2个层次是改善换热器整体安排.围绕第2个层次讨论,提出了改善换热器中冷热流体温度场间的协同就能提高换热器的效能.换热器中冷热流体温度场的函数形式越接近,冷热... 详细信息

提高换热器的传热性能可以有两个层次,第1个层次是增加对流换热系数,第2个层次是改善换热器整体安排.围绕第2个层次讨论,提出了改善换热器中冷热流体温度场间的协同就能提高换热器的效能.换热器中冷热流体温度场的函数形式越接近,冷热流体的温差场越均匀时,称冷热流体温度场的协同越好.通过重新分布换热面积可提高叉流换热器的效能,当换热面积具有最佳分布时,叉流换热器的效能可与逆流换热器的效能相等. 多股流换热器中,顺流换热方式的换热量可以高于逆流换热方式,表明换热器的传热性能的高低取决于它们的温差场均匀性即冷热流体温度场协同程度,而不是取决于流动方式。

关键词：换热器强化换热场协同温差场均匀性传热性能