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基于开源软件的热力学循环PBL实验模块设计

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实验室科学 2022年第6期25卷 48-50,54页

作者：许媛欣赵力邓帅安青松天津大学机械工程学院天津300350

热力学循环是实现热功转换的重要途径,为学生分析和解决能源转化与利用的工程实际问题提供重要的理论基础。受客观条件制约,热力学循环实验在传统教学模式下很难开展,限制了学生对理论知识的理解和工程素养的提升。通过使用PYroMat开源... 详细信息

热力学循环是实现热功转换的重要途径,为学生分析和解决能源转化与利用的工程实际问题提供重要的理论基础。受客观条件制约,热力学循环实验在传统教学模式下很难开展,限制了学生对理论知识的理解和工程素养的提升。通过使用PYroMat开源软件取代传统、重复的物性查表操作,进行了基于问题学习法(PBL)的实验模块设计,学生通过编写程序可以灵活地进行多种循环构建,实现开放性的实验探索。该实验模块能够使学生投入更多精力到热力学循环性能分析中,激发其学习兴趣和探索精神,推动传统工科课程的“智能+”建设。

关键词：热力学循环开源软件基于问题学习法实验模块设计

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量子气体热力学循环性能的研究

量子气体热力学循环性能的研究

作者：毛之远南昌大学

学位级别：硕士

量子热力学是现代热力学的一个热点问题，主要研究各种量子系统为工质的热力学循环的性能。20世纪后期，一些学者将热力学研究延伸到以量子系统为工质的热力学循环系统中去，得到了一些不同于经典热力学循环的有意义的结果。近年来，量... 详细信息

量子热力学是现代热力学的一个热点问题，主要研究各种量子系统为工质的热力学循环的性能。20世纪后期，一些学者将热力学研究延伸到以量子系统为工质的热力学循环系统中去，得到了一些不同于经典热力学循环的有意义的结果。近年来，量子热力学取得了长足发展。量子气体热力学循环性能的研究对于低温情况下的热力学循环，特别是对于超低温制冷循环的研究具有重要的理论指导意义。量子热力学主要涉及以量子体系(如：谐振子体系和自旋体系等)为工质的热力学循环和以量子气体为工质的热力学循环。本论文主要研究以量子气体为工质的热力学循环的性能。第二章简要地介绍了量子热力学的产生和发展及研究现状。第三章探讨了几种以量子气体为工质的不可逆热力学循环的性能特征。根据量子气体的热力学性质和状态方程，导出量子气体的内能、熵、等容热容量和等压热容量等热力学量的表达式，进而分析不可逆卡诺循环，奥托循环和布雷顿循环的输出功和效率等性能参数。分析了量子气体的简并性对循环的性能的影响，阐明了以玻色气体为工质的不可逆奥托循环和布雷顿循环的输出功与效率均大于以经典气体为工质的不可逆奥托循环和布雷顿循环的输出功与效率，以费米气体为工质的不可逆奥托循环和布雷顿循环的输出功与效率均小于以经典气体为工质的不可逆奥托循环和布雷顿循环的输出功与效率。第四章研究了回热式不可逆奥托制冷循环和回热式斯特林热机循环的性能。基于量子气体的热力学性质和状态方程，本章分析了量子气体奥托循环和斯特林循环的回热特征。结果表明量子气体斯特林热机不具备理想回热条件，其效率低于经典气体斯特林热机的效率，循环的体积比对循环性能有重要影响。量子气体奥托制冷循环具备理想回热条件，以量子气体为工质的回热式不可逆奥托制冷循环的制冷系数总是小于以经典气体为工质的回热式不可逆奥托制冷循环的制冷系数，但是不可逆玻色气体奥托制冷循环的制冷量大于经典气体奥托制冷循环的制冷量，而不可逆费米气体奥托制冷循环的制冷量小于经典气体奥托制冷循环的制冷量。

关键词：理想量子气体热力学循环性能分析

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金属热力学循环算尺

应用化学 1984年第4期1卷 55-59页

作者：许孙曲江西冶金学院

本文研究了金属元素热力学循环的特性,获得了一个普适公式: △X=(2π/270)xΦiRx 根据这个公式,设计了一种金属热力学循环算尺,可用以计算66种热力学数据。文中论述了算尺的设计原理、简要叙述了它的结构和应用。

关键词：热力学循环金属元素普适公式圆周气态平衡常数温度系数金属金属材料

封闭热力学循环实现的必要条件及静态稳定性分析

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天津商业大学学报 1990年第4期27卷 16-22页

作者：何星

本文着重讨论了封闭热力学循环的控制性能,给出了封闭热力学循环实现的必要条件为:工质在循环中所经历的过程数应等于外部控制过程数与相变过程数之和。在这个基础上,建立了普适的封闭热力学循环的静态稳定性判据。对于一个可实现的封... 详细信息

本文着重讨论了封闭热力学循环的控制性能,给出了封闭热力学循环实现的必要条件为:工质在循环中所经历的过程数应等于外部控制过程数与相变过程数之和。在这个基础上,建立了普适的封闭热力学循环的静态稳定性判据。对于一个可实现的封闭热力学循环,当且仅当其闭环扰动传递矩阵的特征根的绝对值皆小于或等于1时,系统为静态稳定的。

关键词：稳定性分析稳定性判据特征根传递矩阵独立子系统热力学循环当且仅当绝对值程数理论基础

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包含负绝对温度的热力学循环和卡诺定理

厦门大学学报(自然科学版) 1983年第2期 183-191页

作者：陈丽璇陈天择严子浚厦门大学物理学系

本文讨论包含负绝对温度的热力学循环,指出可实现的十二种循环中只有六种是有用的,它们是不同温度领域中的热机、功机或热泵。合理地定义这些机器的性能系数或效率,便可将卡诺定理推广到包含负绝对温度的情形,且定理的数学表达式保持不... 详细信息

本文讨论包含负绝对温度的热力学循环,指出可实现的十二种循环中只有六种是有用的,它们是不同温度领域中的热机、功机或热泵。合理地定义这些机器的性能系数或效率,便可将卡诺定理推广到包含负绝对温度的情形,且定理的数学表达式保持不变。文中还指出单一负温热源的机器不是永动机。

关键词：热源热量负绝对温度机器热机负温发动机热力学循环性能系数空气调节设备热泵

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在正和负绝对温度之间运转的热力学循环

物理 1979年第6期 492-496页

作者：彭堃墀谢常德山西大学物理系

拉姆齐(Ramsey)在讨论负温热力学的有关问题时,曾指出:迄今还没有一种方法能在正温与负温之间构成一卡诺(Carnot)循环.Schopf进一步在公理热力学的基础上提出了一个更强的陈述,即热力学系统不可能绝热地和可逆地由正温范围变化到负温范... 详细信息

拉姆齐(Ramsey)在讨论负温热力学的有关问题时,曾指出:迄今还没有一种方法能在正温与负温之间构成一卡诺(Carnot)循环.Schopf进一步在公理热力学的基础上提出了一个更强的陈述,即热力学系统不可能绝热地和可逆地由正温范围变化到负温范围(或者相反).近年来 Tykodi在一篇文章中回顾了能够具有负温的热力学系统的性质后.提出至今还不能在一个正温和负温热库之间构成一卡诺循环,表明还存在着新的热力学原理,并作了一定推测,接着Tremblay.Danidlien和 White等人对有关问题展开了讨论.本文拟对负温热力学系统的特性及正温和负温热库之间运转热力学循环等问题作一基本分析及介绍。一、基本原理 A和B为具有不变湿度T_A和T_B的两个热库,设热库A比较热库B“热”,且对T_A及T_B温度的符号不作限制,即可为正亦可为负.工作物质在满足上述条件的两热库之间进行一热力学循环.显然此循环由两个等温过程和两个绝热过程构成.在每-循环中。工作物质在两个等温过程中分别从热库A和 B吸收的热量为9。和QR.按习惯规定,当热邑流入热库时为负号,反之为正号.由一般热力ej::原埋知道,坷个循环必须满足下列热力学的要求...

关键词：热库热量负温热力学循环正温

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清洁生产的热力学循环探讨

天津理工大学学报 2005年第1期21卷 17-20页

作者：吴承泽柴立和天津理工大学自动化与能源工程学院天津300191 天津大学环境科学与工程学院天津300072

通过对工业系统和热力系统的对比分析,提出运用热力学原理来诠释清洁生产的理论.在此基础上,对工业生产的三种模式和清洁生产的评价体系进行热力学解释,并将热力循环运用于清洁生产,试图从热力学原理中找到清洁生产理论的新突破.

关键词：清洁生产热力学循环工业生产熵

理想气体有限时间热力学实验平台的搭建与有限时间热力学的前沿研究

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物理实验 2024年第6期44卷 1-10页

作者：翟若迅马宇翰董辉孙昌璞中国工程物理研究院研究生院北京100193 北京师范大学物理与天文学院北京100875 北京大学物理学院北京100871

与热机有关的热力学循环研究促使了热力学基础理论的建立.目前在应用需求的驱动下,热力学研究从平衡态走向非平衡态,热力学循环理论也从准静态过程走向了有限时间过程,形成了有限时间热力学这一前沿科学领域.但是,在大学阶段的物理教学... 详细信息

与热机有关的热力学循环研究促使了热力学基础理论的建立.目前在应用需求的驱动下,热力学研究从平衡态走向非平衡态,热力学循环理论也从准静态过程走向了有限时间过程,形成了有限时间热力学这一前沿科学领域.但是,在大学阶段的物理教学中热力学领域的实验(特别是热循环及其效率的实验测量)较少.本文详细介绍了基于理想气体的有限时间热力学实验平台,以及如何利用该平台对理想气体的热力学循环进行精确测量.通过该平台可以定量测量热力学循环的功率和效率,检验有限时间热力学的重要理论预言,如不可逆熵产生对时间的反比标度、有限时间卡诺循环的功率与效率的约束,以及最大功率效率与卡诺效率之间的函数关系.该有限时间热力学实验平台可以推广到大学物理实验教学,促进热力学实验教学的升级.

关键词：有限时间热力学实验热力学循环功率-效率约束关系最大功率效率

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超临界CO2循环的热力学分析及优化

超临界CO2循环的热力学分析及优化

作者：郑雅文华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

21世纪以来,超临界CO2循环受到了研究学者们的广泛关注。S-CO2循环具有效率高,系统结构简单,部件紧凑等优点。广泛应用于核能、太阳能、低温余热以及燃煤电厂。S-CO2循环主要分为S-CO2朗肯循环和S-CO2布雷顿循环,而由于CO2临界温度低,... 详细信息

21世纪以来,超临界CO2循环受到了研究学者们的广泛关注。S-CO2循环具有效率高,系统结构简单,部件紧凑等优点。广泛应用于核能、太阳能、低温余热以及燃煤电厂。S-CO2循环主要分为S-CO2朗肯循环和S-CO2布雷顿循环,而由于CO2临界温度低,冷端冷却困难,近几年的研究更加侧重于S-CO2布雷顿循环。S-CO2布雷顿循环根据压缩机、中间冷却器、回热器、再热器个数分为许多不同的循环模式,其中以一级再压缩循环即S-CO2再压缩布雷顿循环的研究最为广泛,其系统结构简单,性能较好,被科研工作者们广泛认可。传统分析方法均以热力学第一定律及第二定律作为基础,但经典热力学对于处理多过程耦合体系具有一定的局限性。本文在现代热力学框架下,引入热力学流和热力学力建立了实际热机效率表达式。从T-Q图出发,定义换热器中换热过程曲线T-Q图面积为热功转换耗散,代表可用能损失。建立了加热和冷却过程的热负荷和热功转换耗散之间的定量关系。在考虑加热和冷却过程热耦合的情况下,得出了实际热机效率的表达式。实际热机效率表达式告诉我们,无论一个热机有多复杂,为了提高热机效率都应尽可能降低热阻之比。该理论为广义热机的设计和运行提供了指导。基于现代热力学理论,将其进一步运用于S-CO2循环的分析中,指导S-CO2循环的构建并进一步验证热机实际效率理论的正确性及普适性。针对超临界CO2再压缩布雷顿循环,主要分析了循环分流比变化对系统性能的影响。新方法指出,热机系统循环热效率只与热机与外界热源的换热耦合有关,本文从该角度深入分析了分流比对超临界CO2再压缩布雷顿循环性能影响的原因,并从内部回热器性能的变化更进一步的分析造成该现象的原因。结果指出:热机外部与内部的耦合性能主要取决于两流体的传热路径,最终体现为T-Q图面积。内部回热器的热功转换耗散会进一步影响外部热源与工作流体的换热过程,从而影响热机的外部耦合性能,最终影响热机效率。当分流比为0.3时,高温回热器和低温回热器热功转换耗散均较小,此时对应热源换热器和冷源换热器中的热功转换耗散也较小,热机效率较高为50.81%。为了进一步提升CO2循环性能,考虑引入ORC作为底循环,吸收CO2循环余热,并采用实际热机效率理论指导CO2循环于ORC之间的耦合换热。结果发现:联合循环能在单一循环的基础上提升效率至少2个百分点,并且当ORC窄点在耦合换热器预热段之间时,即有机工质与CO2之间又较好的换热匹配,T-Q曲线所示封闭面积较小时,联合循环对系统性能有更大的提升。

关键词：热力学评价新方法超临界CO2 热力学循环超临界CO2联合循环