漳州師范學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告題目:斯特林熱機的性能優(yōu)化分析姓名:楊佳學(xué)號:系別:物理與電子信息工程系專業(yè):物理學(xué)年級:級指導(dǎo)老師:葉興梅3月選題根據(jù)（含研究的目的和意義等）卡諾熱機是一種抱負的熱機模型，最早由法國青年工程師卡諾通過對多個熱機設(shè)計方案和基本構(gòu)造的分析研究后，于1824年左右提出的熱機模型。所謂的“卡諾熱機”就是工質(zhì)只與兩個恒溫?zé)嵩催M行能量交換，而無散熱、漏氣在和摩擦等不可逆因素影響，整個工作過程都是準靜態(tài)的抱負熱機。這種熱機擬定了我們能夠?qū)?nèi)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的最大程度，為熱機研究工作擬定了一種對的的目的。但是實際生產(chǎn)生活中的熱機不可能是抱負的卡諾熱機。卡諾熱機的循環(huán)是準靜態(tài)的循環(huán)過程，并且不考慮任何不可逆因素。而實際熱機總是在有限時間內(nèi)進行工作，并存在多個不可逆因素，如熱阻、熱漏、摩擦等。這些不可逆因素的存在使抱負卡諾熱機的效率和功率等性能與實際熱機的性能有很大的差別。因此研究在有限時間工作條件下，多個不可逆因素對卡諾熱機的影響對熱機的設(shè)計生產(chǎn)含有重要的實際指導(dǎo)意義。數(shù)年來物理學(xué)和工程熱機領(lǐng)域的許多學(xué)者對此做了大量的研究。上個世紀七十年代以來，以謀求熱機的熱力學(xué)性能極限，達成熱力學(xué)優(yōu)化為目的的研究工作在物理學(xué)和工程領(lǐng)域均獲得了進展。這些研究在物理學(xué)領(lǐng)域稱為“有限時間熱力學(xué)”或“內(nèi)可逆熱力學(xué)”，而在工程領(lǐng)域中稱為“熱力學(xué)優(yōu)化”或“熵產(chǎn)生最小化”理論。直至9月，已有1900多篇的有關(guān)這方面的文獻發(fā)表。涉及專著、文集、博士論文。1998年7月召開的北約高級熱力學(xué)演講會上，有二分之一以上的論文涉及這方面的研究。前人在這一領(lǐng)域的研究重要是通過建立多個熱機模型，并以功率、效率或其它性能為目的函數(shù)。多個模型有中考慮工質(zhì)與熱源間熱阻，有考慮高低溫?zé)嵩撮g熱漏的模型,有考慮熱阻及工質(zhì)內(nèi)部熱漏和兩熱源之間熱漏的，有考慮不同傳熱規(guī)律的，尚有考慮摩擦因素的。從模型的優(yōu)化結(jié)論和實際熱機的性能進行比較看，考慮多個不可逆性的模型的優(yōu)化結(jié)論要比卡諾熱機更多的靠近實際。本課題在前人基礎(chǔ)上綜合研究在傳熱規(guī)律恪守Q∝（ΔT）n時，考慮熱漏和傳熱面積和內(nèi)不可逆等不可逆性對卡諾熱機的功率和效率的影響，并和內(nèi)可逆卡諾熱機模型比較。通過本課題的研究，將對“有限時間熱力學(xué)”理論有更多更進一步的理解。實際生產(chǎn)和設(shè)計中熱機的性能指標普通是功率和效率，因此本課題的研究對熱機的設(shè)計有現(xiàn)實指導(dǎo)意義。二、研究的內(nèi)容及目的1、研究內(nèi)容內(nèi)可逆卡諾熱機模型；傳熱規(guī)律服從Q∝（ΔT）n時，考慮熱漏、熱阻、內(nèi)不可逆等不可逆性的卡諾熱機模型的建立；傳熱規(guī)律服從Q∝（ΔT）n時，考慮熱漏、熱阻、內(nèi)不可逆等不可逆性卡諾熱機的功率和效率性能；傳熱規(guī)律服從Q∝（ΔT）n時，熱機功率和效率性能的最優(yōu)化。2、研究目的本文學(xué)運用熱力學(xué)、傳熱學(xué)和其它傳輸過程基本理論相結(jié)合的辦法,建立傳熱規(guī)律服從Q∝（ΔT）n的不可逆卡諾熱機的模型。并著重運用MATLAB軟件畫出該模型n=1時候的功率—效率圖,分析比較熱漏、熱阻、內(nèi)不可逆性對卡諾熱機性能的影響，進而為實際熱機的設(shè)計和生產(chǎn)提供一定的參考價值。研究方案及可行性分析（涉及重要研究辦法和手段，已有的重要設(shè)備、軟件、資料等闡明）本課題研究中所運用的重要研究辦法和手段：根據(jù)文獻檢索，對有限時間熱力學(xué)研究的重要是用熱力學(xué)與流體力學(xué)、傳熱學(xué)和其它傳輸過程基本理論相結(jié)合的辦法,研究多個過程和裝置性能優(yōu)化的問題.研究辦法以交叉、移植和類比為主,側(cè)重于發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象、探索新規(guī)律、建立新辦法.。在深化物理學(xué)理論研究的同時,重視其工程應(yīng)用的研究。本文用熱力學(xué)、傳熱學(xué)和其它傳輸過程基本理論相結(jié)合的辦法，建立內(nèi)可逆卡諾熱機模型和傳熱規(guī)律服從Q∝（ΔT）n的熱機模型，并求出熱機的優(yōu)化目的函數(shù)—功率P和效率η。并運用MATLAB軟件對P與η進行編程，分析不同模型下得出的各曲線的物理意義和特性。最后比較了兩種模型與卡諾熱機及實際熱機的差別。2、已有的重要設(shè)備、軟件、資料：Microsoftword軟件，MATLAB軟件，Powerpoint軟件，計算機，互聯(lián)網(wǎng)，圖書館，電子閱覽室。重要參考文獻有：[1]黃淑清等．熱學(xué)教程[M].北京：高等教育出版社，1994：47-163．[2]嚴子浚,陳麗璇.內(nèi)可逆卡諾循環(huán)[J].大學(xué)物理.1985,4(7)：22-24.[3]嚴子浚，陳麗璇．不可逆卡諾循環(huán)[J]．大學(xué)物理，=1992\*Arabic1992，11(2)：25．[4]訾琨,涂先庫,張勤,蘭旭光.熱機不可逆過程不可逆因子研究[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報,,39(6)：1005-1008.[5]田鑫泉,嚴子浚．熱漏對內(nèi)可逆卡諾循環(huán)性能的影響[J]．大學(xué)物理，1995，14(5)：1114．[6]黎浩峰,陳文振,陳天樂．不同熱漏對熱機功率效率特性的影響[J]．熱科學(xué)與技術(shù),,5(2)：95-100．[7]陳文振,孫豐瑞.有熱漏時卡諾熱機功率效率特性新析[J]．科技通報，,18(2)：100-104．[8]陳文振,孫豐瑞.有熱漏時定常態(tài)不可逆卡諾熱機功率效率特性[J].工程熱物理學(xué)報，,23(4)：412-414.[9]黎浩峰,高春林,陳文振.熱漏對熱機功率效率特性的影響分析[J].汽輪機技術(shù),,48(6)：416-418,457.[10]鄭彤,陳林根,孫豐瑞.另一類線性傳熱時熱漏和有限熱源對兩熱源熱機最優(yōu)構(gòu)型的影響[J].海軍工程大學(xué)學(xué)報,,14(1)：1-5.[11]韓蕊萍.熱漏對混合熱阻條件下卡諾熱機性能的影響[J].上海師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),,34(4)：28-31.[12]何濟洲，夏洪．存在熱漏時聯(lián)合動力裝置的有限時間熱力學(xué)分析[J]．南昌大學(xué)學(xué)報（工科版）,，22(4)：96-99．[13]曹水,郝云軒,黎浩峰．定常態(tài)不可逆卡諾熱機面積特性[J]．海軍工程大學(xué)學(xué)報，,16(6)：49-52．[14]眭永興．Q∝(ΔT)n廣義不可逆卡諾熱機的生態(tài)學(xué)性能優(yōu)化[J]．揚州大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）,7(4)：43-46．[15]周圣兵,陳林根,孫豐瑞．導(dǎo)熱規(guī)律服用q∝(ΔT)n廣義不可逆卡諾熱機的最優(yōu)性能[J]．熱能動力工程,，17(2)：172-175,179．[16]朱小芹，陳林根，孫豐瑞．Q∝Δ(T)n時廣義不可逆卡諾熱機的生態(tài)學(xué)性能優(yōu)化[J]．東南大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），，34(3)：415-417．[17]秦曉勇,陳林根,孫豐瑞．Q∝(ΔT-1)時內(nèi)可逆卡諾熱機的頻率特性[J]．熱科學(xué)與技術(shù)，,2(1)：5-9．[18]周建平,陳林根,孫豐瑞.廣義不可逆卡諾熱機的生態(tài)學(xué)最優(yōu)性能[J].太陽能學(xué)報,.25(4)：561-566.[19]張曉暉,揚茉.普通傳熱規(guī)律下廣義不可逆卡諾熱機的構(gòu)形優(yōu)化[J].熱能動力工程,,19(6)：620-623,660.[20]黃躍武,孫德興．不可逆卡諾熱機的性能界限[J]．哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報，,35(5)：605-607．[21]陳林根,孫豐瑞．有限時間熱力學(xué)研究的某些進展[J].海軍工程大學(xué)學(xué)報，,13(6)：41-46,62．[22]陳林根,孫豐瑞.熱力學(xué)優(yōu)化理論的研究進展[J].武漢化工學(xué)院學(xué)報,,24(1)：81-85.[23]訾琨,揚秀奇.熱機不可逆熱力循環(huán)新析[J].南京理工大學(xué)學(xué)報,,31(1)：42-45[24]劉仕強,揚玉順.有限時間內(nèi)不可逆卡諾熱機的最少循環(huán)時間和熵產(chǎn)的關(guān)系[J].熱能動力工程,,15(3)：232-234.[25]胡云楚．不可逆熱機的熱機效率與循環(huán)方向的關(guān)系[J]．廣西科學(xué)，，10(3)：200．[26]王文華,陳林根,孫豐瑞.摩擦對雙壓內(nèi)燃機循環(huán)性能的影響[J].內(nèi)燃機工程,,24(2)：50-53.[27]金光熙,徐長山,丁力,岳長進.內(nèi)可逆熱機的生態(tài)學(xué)最優(yōu)性能[J].,17(1)：75-76.[28]李軍,陳林根,孫豐瑞.廣義不可逆卡諾熱機的有限時間火用經(jīng)濟性能分析[J].太陽能學(xué)報,,25(6)：861-866.[29]孫甫照,郝東山,趙嚴峰.不可逆卡諾循環(huán)火用經(jīng)濟優(yōu)化準則[J].鄭州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),,33(3)：46-48.[30]張鳳華.不可逆卡諾循環(huán)的熱功轉(zhuǎn)換特點分析[J].滄州師范?？茖W(xué)校學(xué)報,,22(3)：48-50[31]朱小芹，陳林根，孫豐瑞.混合熱阻條件下廣義熱機的最優(yōu)構(gòu)型及其性能[J].西南科技大學(xué)學(xué)報,,18(3)：23-26.[32]傅秦生,馮宵.熱力循環(huán)中的不可避免火用損失[J].西安交通大學(xué)學(xué)報,,35(11)：1105-1108.[33]蘇萬春.任意循環(huán)過程熱機效率的極值研究[J].電子科技大學(xué)學(xué)報,,35(1)：51-53,57.[34]邵理堂,唐小村,孟春站.熱源火用值的有限時間熱力學(xué)分析[J].安微師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),.24(3)：225-227.[35]周建平,陳林根,孫豐瑞.另一類線性傳熱時內(nèi)可逆卡諾循環(huán)的最優(yōu)功率與熵產(chǎn)率[J].電站系統(tǒng)工程,,19(5)：15-17.[36]GrazziniG.Workfromirreversibleheatengines[J].Energy,TheIntJ,1991,16(4):747-755.四、研究進度計劃1月份～2月份：選題；收集、查閱與不可逆卡諾熱機有關(guān)的資料，對課題進行可行性分析．2月份～3月份：復(fù)習(xí)熱學(xué)、高數(shù)等有關(guān)知識．具體閱讀有關(guān)資料．對已查資料進行歸納、整頓，定出論文框架；撰寫文獻綜述和開題報告．3月份～5月份：學(xué)習(xí)Matlab軟件．將表征不可逆卡諾熱機性能的有關(guān)公式進行具體推導(dǎo)，并運用Matlab軟件分析有關(guān)的變化規(guī)律。11月份末～12月份初：寫出論文初稿，并對初稿進一步修改直至定稿。12月份中旬：準備論文的答辯，并整頓畢業(yè)論文有關(guān)的一系列材料。五、指導(dǎo)教師意見該論文涉及熱學(xué)、熱力學(xué)統(tǒng)計物理、高等工程