我的毕业论 斯特林热机的性能优化分析.doc

漳州师范学院
毕业论文（设计）

多种不可逆性对卡诺热机性能的影响

TheEffectofMuli-irreversibilitiesonthe
PerformanceofaCarnotEngine

姓名：曾灿杰

学号：0504005122

系别：物理与电子信息工程系

专业：物理学

年级：04级

指导教师：叶兴梅

2008年05月20日漳州师范学院物理与电子信息工程系杨佳2011年11月

摘要
本文建立传热规律服从时不可逆卡诺热机模型，综合考虑热阻、热漏和内不可逆性等因素的影响。定义了面积比和温比，应用有限时间热力学方法，导出最大功率的表达式以及功率和效率的优化关系。利用功率和效率的优化关系，绘出功率效率特性曲线，从而分析比较各种不可逆性对卡诺热机性能的影响。本文建立的模型，比只考虑热阻、热漏的模型更接近于实际卡诺热机，所得结果对实际热机性能的优化设计有一定的指导意义。
关键词：有限时间热力学；卡诺热机；不可逆性

Abstract

ThenewmodelofanirreversibleCarnotenginewithheatconductionlawsubordinatetoisestablished,inwhichthethermalresistances,heatleakagesandinternalirreversibilityaretakenintoaccount.Theratiosofareaandtemperaturearedefined.Byusingthemethodoffinite-timethermodynamics,theoptimalexpressionbetweenpowerandefficiencyisderived.Byusingtheoptimalrelations,thepower-efficiencycharacteristiccurvesareplotted.Furthermore,theeffectoftheirreversibilitiesonthecyclicperformanceisinvestigated.ThemodelestablishedhereisclosertothepracticalCarnotenginethanthemodelinwhichthethermalresistancesandheatleakagesareconsidered,andtheresultsobtainedmayprovidesomenewtheoreticalguidanceforoptimaldesignofCarnotengine.
Keywords:finite-timethermodynamics;Carnotengine;irreversibility

目录

中英文摘要……………………………………………………………（I）
1引言……………………………………………………………………（1）
1.1卡诺循环……………………………………………………………（1）
1.2内可逆卡诺热机……………………………………………………（2）
1.3含热漏的卡诺循环…………………………………………………（3）
1.4几种传热模型……………………………………………………（3）
1.５不可逆卡诺热机研究的发展………………………………………（4）
2热阻、热漏对内不可逆卡诺热机性能的影响…………………………（5）
2.1不可逆卡诺热机模型………………………………………………（5）
2.2最优特性关系…………………………………………………………（6）
2.3n取1时各种特定损失下的特性关系………………………………（7）
3结论……………………………………………………………………（9）
致谢………………………………………………………………………（10）
参考文献…………………………………………………………………（11）
附录………………………………………………………………………（12）

1引言
1842卡诺提出了由两个等温过程和两个绝热过程组成的卡诺热机模型，并陈述了卡诺定理，从理论上指出了热机的最大效率，对实际热机的设计提供了重要的理论指导。但是实际的热机工作中总是存在热阻、热漏、摩擦等各种不可逆性的影响[1]。卡诺热机模型计算出的效率和实际观察的有很大的差别。但是，考虑了各种不可逆性后建立的模型计算出的优化功率和效率，更与实际相符合。这说明了考虑各种不可逆性的影响是相当必要的。
自Novikov(1957)、Chambadal(1957)和Curzon-Ahlborn(1975)分别将传热过程引入卡