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有限时间内不可逆卡诺热机的最少循环时间和似的

发布时间:2021-07-23 05:10:02 阅读: 来源:验钞机厂家
有限时间内不可逆卡诺热机的最少循环时间和似的

有限时间内不可逆卡诺热机的最少循环时间和熵产放量减仓的关系

中图分类号:TK123 文献标识码:A

文章编号:1001-2060(2000)03-The Relation Between the Minimum Cycle Time and Entropy Generation of a Finite-time Endo-irreversible Carnot EngineLiu Shiqiang Yang Yushun

(College of Energy Science and Engineering under the Harbin Institute of Technology, Harbin, China, Post Code 150001)An exploratory study is conducted of the issue of finite-time thermodynamics time. Deduced in this paper is a simple decreasing relationship between the minimum cycle time and the irreversible entrone. It is noted that the entropy can not only mark the time arrow but also calculate the quantity of time.

Key words: fipy generation of a finite-time endo-irreversible Carnot enginite time thermodynamics, time, entropy generation1 研究时间问题的重要意义 1822年,法国学者傅立叶以严格的数学形式表首先能够增加续航距离述了热传导定理。热传导取决于温度梯度,热只能从高温传向低温;热传导是不可逆的,这是自然界研究时间箭头的开始。1824年,卡诺发表题为“关于热动力学以及热动力机制的看法”的经典塑料再生造粒机把平常生活的废塑料经过处理再次生成企业所需的塑料原料论文。指出了功和热的转变是不对称的,这中间就包含了时间箭头。1850年,Clausius在他的著名论文“热的唯动说”中提出了熵的概念,使热力学第二定律从定性形式发展为定量形式,并把热力学第二定律表述为熵增加原理。1927年,著名物理学家dington在爱丁堡大学首先提出“时间之箭”的说法,并且指出:“至今物理学所说的时间之箭,仅仅只是熵的性质。”本世纪60年代至70年代,比利时的Prigoging等人提出耗散结构理论,指出:“进化论所说的生物体内部复杂趋势与开放系统的熵减少是一致的。”时间箭头问题进一步扩展到理论物理学、天体物理学和信息论,并被列为本世纪没有解决的四大物理学难题之一[1~8]。对于热动装置而言,在军事上、民用上也常常需要在一定的时间内达到某种目的如在指定时间内输出多少功或指定某个时间到达指定某一地点。要减小循环时间,就需要增大功率的输出,但同时是否会必然导致不可逆损失的增加,时间和不可逆损失是否有必然的联系,这就需要弄清循环时间和不可逆损失之间的定量关系式。因此,本文对于内不可逆卡诺热机的最少循环时间的熵产关系式的探讨不仅具有理论意义,而且具有一定的实际价值。2 有限时间热力学时间问题研究的现状 1993年,海军工程学院的陈林根、孙还是解决市场、技术、标准、政策等方面存在的问题丰瑞、陈文振在《热能动力工程》杂志上发表的《关于CA效率、不可逆热机和有限时间热力学发展》一文中,指出开创热力学的标志是卡诺效率,达到卡诺效率的条件是热机可逆运行即在过程中系统保持内平衡,系统和环境的总熵作为1种极具发展前程的环保材料不变,且过程进行的时间为无限长,而此时的功率输出为零。然而,所有的实际过程永远不可能达到这一界限,由于系统和环境之间的交换速率不为无限小,系统不能保持内平衡,过程时间是有限的。于是,为了研究有限时间内完成的热力过程的性能特点,热力学派生出了一个新分支——有限时间热力学[4]。

但是,陈林根等人指出的这句话:“达到卡诺效率的条件是热机可逆运行即在过程中系统保持内平衡,系统和环境的总熵不变,且过程进行的时间为无限长”引起了笔者的思考,熵能够标示时间之矢,是否也能够计算时间之量呢?是否存在着计算公式能够揭示熵和时间的定量关系?直到1998年12月,陈林根等人在《物理学进展》杂志上发表的《有限时间热力学理论和应用的发展现状》一文中[5],仍未见有限时间热力学对时间问题的深入探讨。

笔者对此进行了研究和思考,在美国圣迭哥大学数学系的James lton,Peter Sala科研人员认为mon和Raj K. Pathria于1993年推导出两热源传热时间的熵表达式的基础上[6],结合有限时间热力学的内不可逆卡诺热机的理论,推导出了有限时间内不可逆卡诺热机系统循环时间与内不可逆熵产之间的关系式。3 有限时间内不可逆卡诺热机运行时间与熵产的关系式 首先,确立高温热源TH向低温热源TL传热的模型:图1 两热源传热分析模型 从此模型可得[6]:q=qH=qL (1) (2) (3) 认为热源是恒温的,则T

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