發(fā)布時(shí)間：2020-06-22 23:04

【摘要】：為了更有效地利用各種中低品位廢熱,實(shí)現(xiàn)能量的梯級(jí)利用,并最終獲得熱力學(xué)循環(huán)效率與功率的提升。本文在傳統(tǒng)宏觀意義上的熱力學(xué)循環(huán)的基礎(chǔ)上,研究微尺度下熱力學(xué)循環(huán)的性能特性,建立了以受限空間中理想玻色或費(fèi)米氣體為工作物質(zhì)的微尺度量子斯特靈熱機(jī)循環(huán)模型和微尺度量子斯特靈制冷循環(huán)模型。在傳統(tǒng)單一發(fā)電模塊的基礎(chǔ)上,應(yīng)用非平衡態(tài)熱力學(xué)理論,建立了太陽能驅(qū)動(dòng)的熱離子-溫差熱電耦合動(dòng)力系統(tǒng)的理論模型。確定微尺度量子斯特靈熱機(jī)循環(huán)、微尺度量子斯特靈制冷循環(huán)和太陽能驅(qū)動(dòng)的不可逆動(dòng)力系統(tǒng)的輸出功率和效率,研究微尺度量子斯特靈熱機(jī)循環(huán)和微尺度量子斯特靈制冷循環(huán)的性能特性和優(yōu)化性能,所得結(jié)果可為更有效地利用各品位熱量提供新的途徑。論文的主要研究工作概括如下:1.建立以受限空間中理想玻色或費(fèi)米氣體為工作物質(zhì)的微尺度量子斯特靈熱機(jī)循環(huán)模型;基于受限理想量子氣體的熱力學(xué)性質(zhì),研究了量子邊界和簡并度對(duì)于此循環(huán)性能的綜合影響;分析和計(jì)算了循環(huán)的固有回?zé)釗p失;在氣體簡并、弱簡并、高溫極限和熱力學(xué)極限條件下,分別地推導(dǎo)出循環(huán)效率和工作輸出等等的一般表達(dá)式。循環(huán)的效率和工作輸出與體積比和表面積比之間的關(guān)系和循環(huán)的效率與工作輸出之間的關(guān)系使用曲線進(jìn)行了表示,并進(jìn)一步討論了熱尺寸效應(yīng)對(duì)于效率和工作輸出的影響。揭示了循環(huán)的一般性能特征。2.建立以受限空間中理想玻色或費(fèi)米氣體為工作物質(zhì)的微尺度量子斯特靈制冷循環(huán)模型;分析和計(jì)算循環(huán)的固有回?zé)釗p失;推導(dǎo)出循環(huán)工作輸出和性能系數(shù)等等的一般表達(dá)式;并進(jìn)一步討論了熱尺寸效應(yīng)對(duì)于微尺度量子斯特靈制冷循環(huán)的影響;揭示了循環(huán)的一般性能特征。研究發(fā)現(xiàn),區(qū)別于經(jīng)典量子斯特靈制冷循環(huán),除了溫度、體積和其它參數(shù)外,微尺度量子斯特靈制冷循環(huán)的工作輸出和性能系數(shù)也依賴于循環(huán)系統(tǒng)的表面積比等。3.建立太陽能驅(qū)動(dòng)的不可逆熱離子熱電與半導(dǎo)體溫差熱電相耦合動(dòng)力系統(tǒng)的理論模型,應(yīng)用非平衡態(tài)熱力學(xué)理論,分別地推導(dǎo)出熱離子熱電器、半導(dǎo)體溫差熱電器、耦合動(dòng)力系統(tǒng)的輸出功率和效率的表達(dá)式。利用能量守恒定律,計(jì)算出內(nèi)能平衡方程。分析了太陽能驅(qū)動(dòng)的不可逆熱離子熱電-半導(dǎo)體溫差熱電耦合動(dòng)力系統(tǒng)的優(yōu)化性能特性,獲得聚焦度CI_s、熱離子熱電器輸出電壓V_(TIG)和TEG負(fù)載電阻的優(yōu)化范圍。得到一些有益的新結(jié)論。所得結(jié)果可為實(shí)際系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化運(yùn)行提供理論依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：華僑大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O414.1
【圖文】：

中HQ 和LQ 分別是在兩個(gè)等溫過程中工作物質(zhì)與熱源且溫度為HT LT 之間的熱交換量，1Q 和2Q 分別是在兩個(gè)等容過程中工作物質(zhì)與交換量，HV 和LV 是理想氣體系統(tǒng)的最大體積和最小體積，HA 和氣體系統(tǒng)的最大表面積和最小表面積。為了提高微尺度量子斯特性能，在兩個(gè)等容過程中會(huì)經(jīng)常使用回?zé)崞鱽砑右愿纳啤榱朔綗峤粨Q量HQ 、LQ 、1Q 和2Q 將取絕對(duì)值。用公式（7）和（8），可以推導(dǎo)出兩個(gè)等溫過程和兩個(gè)等容過程在下方給出。53 53513 23513 235( , ) ( , )25( , ) 2 ( , )4 25( , ) 2 ( , )4 2ln ( , ) ln ( , )baH H H LH HSH H H HHH HSH LH L H LLH H H LF T v F T vAF T v F T vV TdS NKTAF T v F T vVz T v z T vλλ + = = ,

循環(huán)的回?zé)釗p失只依賴于兩個(gè)等容過程的體積和表面積。由于理想玻色和費(fèi)米氣體不僅表現(xiàn)著不同于經(jīng)典的行為，而且其粒子服從于玻色-愛因斯坦統(tǒng)計(jì)或費(fèi)米-狄拉克統(tǒng)計(jì)，因此，對(duì)于利用理想玻色和費(fèi)米氣體作為工作物質(zhì)的微尺度量子斯特靈熱機(jī)循環(huán)，擁有彼此不同的回?zé)崽匦�。根�?jù)上面所述的回?zé)崽匦裕梢杂?jì)算出循環(huán)吸熱量的統(tǒng)一表達(dá)式為( )513 23513 2353 535 3- ( ) 2- ( )4 2 23+ + ( ) ( )4 25 3 3- ( )- ( ) ln2 2 2H Lba baLL LH H H cd cdLbba dcaAG z G zVAQ Q Q NKT G z G zVzG z G zzλδ δλδ δτδ δτ ′ ′ ′ = Δ = ′ ′ , (14)其中 δ = 1代表理想玻色氣體和 δ = 0代表理想費(fèi)米氣體。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 廖天軍;楊智敏;林比宏;;熱離子-溫差熱電混合發(fā)電模塊的優(yōu)化性能研究[J];中國科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué);2014年02期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 廖天軍;兩類溫差熱電混合發(fā)電系統(tǒng)性能特性的研究[D];華僑大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2726389