线性与非线性传热过程的Cu rzon-Ah lborn热机在任意功率时的效率∗

李倩文 李莹 张荣 卢灿灿 白龙

(中国矿业大学物理学院,徐州 221116)

线性与非线性传热过程的Cu rzon-Ah lborn热机在任意功率时的效率∗

李倩文 李莹 张荣 卢灿灿 白龙†

(中国矿业大学物理学院,徐州 221116)

(2017年1月31日收到;2017年4月28日收到修改稿)

热机性能的优化是热力学领域的一个重要问题,而工质与热源之间的传热过程是热机工作时产生不可逆的主要来源.本文在引入功率增益和效率增益两个重要参数的基础上,基于一个简化的Curzon-Ahlborn热机模型并利用合比分比原理,给出了线性与非线性传热过程的热机在任意功率输出时的效率表达式,结合数值计算详细讨论了热机在任意功率输出时的特性.研究表明,参数ξ作为功率增益δP的函数存在两个分支：在第一分支上(不利情形),效率呈现出单调变化特征;在第二分支上(有利情形),效率随着的δP变化是非单调的且有最大值.随着传热指数的增加,热机的工作区域减小,这源于非线性传热过程包含热辐射所致.进一步发现功率-效率关系曲线存在权衡工作点,热机在该点附近工作能够实现最有效的热功转换.研究结果有助于深入理解具有不同传热过程热机的优化执行.

功率增益,效率增益,任意功率,效率

1 引 言

热机是将外界输入的热能转变成有用功的装置,热机效率的改进成为第一次工业革命的引擎,这是自然科学指导人类生产实践的典型范例.迄今为止,热功转换一直是热力学领域中的一个重要问题,热……