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火积及其在传热优化中的应用

自然界众多的运动都是沿着“用力最小”的途径进行,在物理学上表现为许多物理现象遵循最小作用量原理。本文试图将此原理引入传热学中,传热学目的是研究热量传递的规律及其快慢,本文寻求传热过程中的最小作用量原理,并在其基础上对传热过程进行优化,使热量沿着“用力最小”的途径传递。首先对非平衡热力学中最低能量耗散原理和最小熵产原理进行了分析,发现它们所要求的热流与温度之间的关系与傅立叶定律不一致。这是因为熵和熵产是描述热功转换的热力学参数,熵产对应的是可用能的损失,所以基于最低能量耗散原理和最小熵产原理来分析和优化热量传递过程是值得讨论的。对于满足傅立叶定律的传热问题,本文提出了一个新的物理量:火积,用它表征物体(系统)传递热量的总能力。在可逆过程中,火积 是守恒的,不发生热量传递能力的耗散。对于不可逆传热过程,热量从高温流向低温处,会产生火积 耗散,使热量传递能力降低。在火积 这个物理量的基础上,采用加权余量法建立了传热学中的火积 极值原理  (本文共125页) 本文目录 | 阅读全文>>

清华大学
清华大学

(火积)及其在传热优化中的应用

自然界众多的运动都是沿着“用力最小”的途径进行,在物理学上表现为许多物理现象遵循最小作用量原理。本文试图将此原理引入传热学中,传热学目的是研究热量传递的规律及其快慢,本文寻求传热过程中的最小作用量原理,并在其基础上对传热过程进行优化,使热量沿着“用力最小”的途径传递。首先对非平衡热力学中最低能量耗散原理和最小熵产原理进行了分析,发现它们所要求的热流与温度之间的关系与傅立叶定律不一致。这是因为熵和熵产是描述热功转换的热力学参数,熵产对应的是可用能的损失,所以基于最低能量耗散原理和最小熵产原理来分析和优化热量传递过程是值得讨论的。对于满足傅立叶定律的传热问题,本文提出了一个新的物理量:(火积),用它表征物体(系统)传递热量的总能力。在可逆过程中,(火积)是守恒的,不发生热量传递能力的耗散。对于不可逆传热过程,热量从高温流向低温处,会产生(火积)耗散,使热量传递能力降低。在(火积)这个物理量的基础上,采用加权余量法建立了传热学中的(火...  (本文共124页) 本文目录 | 阅读全文>>

四川大学
四川大学

流动及传热过程的熵分析

利用低位废热节能降耗、减少环境热污染是当前清洁生产技术领域的开发热点之一。决定其经济性的关键是废热的有效利用率,因此需要特别的措施克服低位能传热推动力小的不利因素,最大限度地减少不可逆损失。本文以热力学第二定律为基础,从热力学熵产分析和温度场熵分析两个不同的角度,定量地研究了流动及传热体系的不可逆程度,揭示影响传热推动力的因素。对评价流动及传热体系的热力学完善程度,改进传热系统的热力性能有一定的应用价值。从热力学第二定律出发,根据Prigogine在非平衡态热力学过程及“熵产生”概念基础上完成的任意体系的熵产表达式推广应用于降膜蒸发过程熵产分析,并得到管内降膜蒸发的熵产计算式。引入单位熵产数得到管内降膜蒸发的单位熵产计算式,并在Reynolds数大于1450(C_pμ/λ)~(1.06)(0.5-0.25ω)~(-1)情况下得到单位熵产数和雷诺数之间以及单位熵产数和膜径比之间的定量关系,根据数值计算结果揭示了如下规律:①降膜蒸发...  (本文共108页) 本文目录 | 阅读全文>>

《节能》2016年11期
节能

H形树网通道中湍流对流换热熵产分析

引言随着电力电子技术的进步,电子器件的集成度不断提高,由元器件运行而产生的热流密度迅速增加,电子器件的散热问题逐渐成为限制电力电子技术发展的瓶颈[1]。为了降低电子器件的工作温度并进一步使其紧凑化,其散热过程需要不断强化[2]。但是,传热强化技术被应用的同时往往会引起阻力损失的增加,因此传热不仅需要被强化,而且需要综合多种因素进行优化[3-4]。具有代表性的传热优化理论主要有熵产生最小化理论[5-13]、火积理论[14-18]、构形理论[19-23]等。树形网状通道具有出众的输运特性[19-24],树形网状通道冷却电子器件比传统平行通道优势明显[19-21,23,24]。Murray[25]在研究血液系统流动时提出了Murray定律,即心脏血液运输中的血液循环的总耗能取极小值;满足Murray定律的对称分叉通道的相邻两级通道管径比为2-4/3,这在大量的生理实测中得到验证。Lorente和Bejan[26]以最大压差最小为目标,...  (本文共8页) 阅读全文>>

权威出处: 《节能》2016年11期
《化工学报》2014年02期
化工学报

熵产方法在旋风分离器内部能耗分析中的应用

引言进出口压降是衡量旋风分离器性能的重要参数。多年来国内外学者对旋风分离器的压降进行了大量研究,就研究的技术手段而言,涉及如下3方面:压降模型、实验测试和基于计算流体力学(CFD)的数值模拟。迄今为止,国内外学者已建立了多个旋风分离器压降模型[1-8],这些模型可分为三类:一是对旋风分离器内流场进行假设和简化建立的纯理论模型;二是根据大量实验数据总结的经验模型;三是半经验公式。旋风分离器流场的早期测量仪器主要是皮托管[9-10]、近年来发展迅速的现代测定技术有激光多普勒测速仪[11-12](LDA)、粒子成像技术[13](PIV)、热线风速仪[14]、多点压力传感器[15]等。自Boysan等[16]首次将CFD方法应用于模拟旋风分离器后,该方法已经成为研究旋风分离器的重要手段之一[16-19]。Hoekstra等[17]比较标准k-?模型、RNG k-?模型和雷诺应力模型(RSM)模拟旋风分离器内部流场的结果,证明了雷诺应力模...  (本文共10页) 阅读全文>>

《当代化工》2013年11期
当代化工

管输原油不可逆熵产分析

从熵的概念提出至今,它的应用领域远远超越了其热力学与统计物理学的范畴,而是进入到了天体物理、生物学及信息论中,甚至还深入到了社会科学中去。可以说,熵在各个学科领域都得到了极其广泛的应用。如熵可以通过最大熵原理对水环境模糊优化进行评价[1];也可通过气象熵来计算及分析降雨量的分布[2];还可通过农业熵来评价农业经济及农业技术的复合体系[3];甚至可以利用熵来描述人类社会组织结构的合理性及稳定性[4]。上述例子表明,熵科学的发展及应用已经深入到了各个学科领域当中,其重要性恰如爱因斯坦所说:“熵定律是科学定律之最。”熵产分析法是以熵概念为基础,结合传热学及流体力学的研究结果,得到实际体系中各部分的作功能力损失及熵增分布情况,并以最小熵产为前提,从设计及运行角度对系统进行优化[5]。本文从不可逆过程的熵产率着手,确定原油输送过程三种不可逆现象耦合作用的“力”和“流”的具体形式,研究管输过程的熵产率结构组成及变化规律,利用互唯象系数验证互...  (本文共4页) 阅读全文>>