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半导体热电装置的热力学研究进展 被引量：22
1
作者 陈林根 孟凡凯 +1 位作者 戈延林 孙丰瑞 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第24期144-154,共11页
热电效应是由温度梯度直接获得电能的方式中能量转换效率最高的方式,与太阳能光伏发电技术、燃料电池并称为21世纪三大最具潜力的能源技术。基于热电效应的发电、制冷和供热装置固态、环保、可靠、寿命长、易维护,易于实现小型化和集成... 热电效应是由温度梯度直接获得电能的方式中能量转换效率最高的方式,与太阳能光伏发电技术、燃料电池并称为21世纪三大最具潜力的能源技术。基于热电效应的发电、制冷和供热装置固态、环保、可靠、寿命长、易维护,易于实现小型化和集成化,在航天、交通工具、工业、余热回收、电子制冷等领域,与常规能源装置相比独具优势。介绍半导体热电装置的工作原理、结构特点及应用领域,从非平衡热力学和有限时间热力学两个方面对热电发电机、热电制冷机和热电热泵的热力学研究现状做了全面回顾,重点对其有限时间热力学研究成果做了系统总结,展望热电发电装置热源的开发、多级热电装置、联合热电装置、热电装置的传热强化等热电装置将来的主要发展方向。 展开更多
关键词 有限时间热力学 热电发电机 热电制冷机 热电热泵
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矩形肋片热沉(火积)耗散率最小与最大热阻最小构形优化的比较研究 被引量：6
2
作者 杨爱波 陈林根 +1 位作者 谢志辉 孙丰瑞 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2015年第20期234-242,共9页
针对矩形肋片热沉,分别以最大热阻最小化和基于(火积)耗散定义的当量热阻最小化为优化目标,采用二维传热模型并结合有限元数值仿真对其进行构形优化,比较了两种目标下的热沉最优构形,并分析了全局参数(综合了对流换热系数、肋片占据的... 针对矩形肋片热沉,分别以最大热阻最小化和基于(火积)耗散定义的当量热阻最小化为优化目标,采用二维传热模型并结合有限元数值仿真对其进行构形优化,比较了两种目标下的热沉最优构形,并分析了全局参数(综合了对流换热系数、肋片占据的总面积及其热导率的函数)和材料占比对两种目标(最大热阻、当量热阻)及其对应最优构形的影响.结果表明:热沉外形固定时,两种目标下均不存在最优的肋片厚度;热沉外形自由变化时,两种目标下的最优构形存在一定的差异.此外,全局参数对两种目标下的最优构形均没有影响,而材料占比对两种目标下的最优构形均有较大影响.提高全局参数和材料占比均可以减小最大热阻最小值和当量热阻最小值,但对两种目标的减小程度不同.总体上,调节热沉结构参数使当量热阻最小,可以同时获得很好的局部极限性能;而调节热沉结构参数使最大热阻最小,获得的整体平均散热性能却较差.因此,对本文热沉模型进行优化时,以当量热阻最小化为优化目标更合理. 展开更多
关键词 构形理论 (火积)耗散极值原理 热沉 广义热力学优化
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基于(火积)理论的“+”形高导热构形通道实验研究 被引量：2
3
作者 冯辉君 陈林根 +1 位作者 谢志辉 孙丰瑞 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第2期201-209,共9页
基于构形理论和■理论,对"+"形高导热通道的方形构造体开展导热实验研究,并对不同优化目标和不同高导热通道布置形式下的构造体导热性能进行比较.结果表明:对于"+"形高导热通道的方形构造体,实验和数值计算所得到... 基于构形理论和■理论,对"+"形高导热通道的方形构造体开展导热实验研究,并对不同优化目标和不同高导热通道布置形式下的构造体导热性能进行比较.结果表明:对于"+"形高导热通道的方形构造体,实验和数值计算所得到的构造体最高温度点均位于"+"形高导热通道两分支之间,实验和数值计算所得到的构造体平均温差和■耗散率的误差均在可接受范围内,这从定性和定量的角度证明了导热构形优化结果的正确性.与"H"形高导热通道的方形构造体相比,构造体内高导热通道采用一级"+"形布置使得其导热■耗散率得到降低.■耗散率最小的一级"+"形高导热通道构造体最优构形与最大温差最小的构造体最优构形相比,前者的导热■耗散率降低了5.98%,但最大温差提高了3.57%.最大温差最小目标有助于提高构造体的热安全性,■耗散率最小目标有助于提高构造体的整体导热性能.在保证热安全性能的前提下,实际微电子器件设计中可采用■耗散率最小的构造体最优构形以提高其整体导热性能. 展开更多
关键词 构形理论 煅理论 导热实验研究 广义热力学优化
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强迫对流条件下圆柱体热源的构形研究 被引量：4
4
作者 范旭东 谢志辉 +1 位作者 孙丰瑞 陈林根 《节能》 2015年第9期17-22,2,共6页
建立导热基座上的三维圆柱体热源散热模型,分别以最高温度和最大温差为指标,研究层流流动条件下热源半径、强度和位置以及热源和基座的导热系数对圆柱体热源构形优化的影响。研究结果表明:当给定热源强度和热导率时,存在一个临界半径使... 建立导热基座上的三维圆柱体热源散热模型,分别以最高温度和最大温差为指标,研究层流流动条件下热源半径、强度和位置以及热源和基座的导热系数对圆柱体热源构形优化的影响。研究结果表明:当给定热源强度和热导率时,存在一个临界半径使得热源最高温度取最大值;存在一个最佳半径使得热源的最大温差取最小值。热源最大温差和热源最高温度不但不能同时达到最佳,而且此高彼低。热源最高温度和温度均匀性则分别是在流体入口处和出口处达到最佳。在实际热设计中,应尽量避开临界半径以防止热点烧损,同时应注意考虑热源半径大小和热源位置的最佳折中。当给定热源半径和位置时,提高热源的导热系数,可以减小热源的最高温度,且减小其最大温差;提高基座的导热系数,可以减小热源的最高温度,但其最大温差增大。在实际热设计中,应尽可能提高热源的导热系数,对基座导热系数则应折中取值。文中所得结果可为电子元器件热设计提供理论支撑。 展开更多
关键词 电子元器件 热源 构形理论 散热优化
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工质回流式微通道圆盘热沉的热有效性构形研究 被引量：2
5
作者 王亮 谢志辉 +2 位作者 王刚 冯辉君 孙丰瑞 《节能》 2018年第5期16-21,共6页
建立了圆心回流式微通道圆盘热沉的三维模型,基于构形理论,考虑粘性耗散,研究了在层流流动范围内质量流率、热流密度和微通道分支数对圆心回流式微通道圆盘热沉压降、最高温度和热有效性的影响。数值计算结果表明:随着质量流率的增大,... 建立了圆心回流式微通道圆盘热沉的三维模型,基于构形理论,考虑粘性耗散,研究了在层流流动范围内质量流率、热流密度和微通道分支数对圆心回流式微通道圆盘热沉压降、最高温度和热有效性的影响。数值计算结果表明:随着质量流率的增大,热沉压降逐渐增大,且增大幅度逐渐加大,最高温度和热有效性逐渐减小,但减小趋势逐渐趋缓;随着热流密度的增大,热沉压降基本保持不变,最高温度和热有效性近似呈线性增长;不同质量流率和不同热流密度条件下,均是微通道分支数越多,热沉压降和最高温度越小,热有效性越高,热沉整体传热性能越好。所得结果可为工质回流式微通道圆盘热沉的实际热设计提供理论支撑。 展开更多
关键词 电子器件冷却 微通道热沉 构形理论 热设计
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钢铁冶金过程动态数学模型的研究进展 被引量：13
6
作者 陈林根 夏少军 +3 位作者 谢志辉 刘晓威 沈勋 孙丰瑞 《热科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2014年第2期95-125,共31页
从铁矿石烧结、球团矿生产、铁水预处理、复吹转炉炼钢、炉外精炼和连铸等主要装置和工序层面,较为全面地综述了钢铁冶金过程动态数学过程模型国内外研究现状,分析了各装置及工序相关研究中的重点和难点,探讨了今后进一步研究的发展方向。
关键词 钢铁冶金 热力学 动力学 反应工程学 动态模型 数值模拟
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离散发热器件基于(火积)耗散率最小和最高温度最小的构形优化比较 被引量：6
7
作者 王刚 谢志辉 +2 位作者 范旭东 陈林根 孙丰瑞 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第20期130-138,共9页
建立了导热基座上圆柱体离散发热器件的三维湍流散热模型,基于构形理论,考虑空气变物性及可压缩性和黏性耗散,研究了器件材料的热导率、热源强度和流体流速对器件最高温度、基于(火积)耗散定义的当量热阻和平均Nu数的影响.结果表明:在... 建立了导热基座上圆柱体离散发热器件的三维湍流散热模型,基于构形理论,考虑空气变物性及可压缩性和黏性耗散,研究了器件材料的热导率、热源强度和流体流速对器件最高温度、基于(火积)耗散定义的当量热阻和平均Nu数的影响.结果表明:在总发热功率一定的条件下,以器件最高温度和当量热阻为性能指标进行热设计,均存在最优热源强度分布使得散热性能最优.当各热源强度相同且热源热导率小于基座热导率时,提高热源热导率可明显改善散热性能;将热源热导率沿流动方向从低到高布置可降低器件最高温度,而将热源热导率均匀布置可使当量热阻最小.所得结果可为实际热设计中不同材质和不同发热率的电子器件最优布置提供理论支撑. 展开更多
关键词 构形理论 [火积]耗散极值原理 电子器件冷却 广义热力学优化
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内可逆正反向两热源循环复杂传热规律下生态学最优性能 被引量：4
8
作者 李俊 陈林根 +1 位作者 戈延林 孙丰瑞 《热科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2013年第3期228-235,共8页
以反映循环火用输出率和熵产率之间最佳折衷的生态学准则为目标,研究了复杂传热规律q∝[Δ(Tn)]m(包括了牛顿传热规律、线性唯象传热规律、辐射传热规律、Dulong-Petit传热规律、广义对流传热规律和广义辐射传热规律)下内可逆正反向两... 以反映循环火用输出率和熵产率之间最佳折衷的生态学准则为目标,研究了复杂传热规律q∝[Δ(Tn)]m(包括了牛顿传热规律、线性唯象传热规律、辐射传热规律、Dulong-Petit传热规律、广义对流传热规律和广义辐射传热规律)下内可逆正反向两热源循环(包括内可逆卡诺热机、内可逆卡诺制冷机和内可逆卡诺热泵)的生态学最优性能,得到了生态学函数与效率、制冷系数和供热系数之间的基本优化关系,所得结果具有一定的普适性和包容性。 展开更多
关键词 有限时间热力学 内可逆卡诺热机 内可逆卡诺制冷机 内可逆卡诺热泵 最优生态学性能 传热规律
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高炉余能余热驱动的不可逆闭式布雷顿热电冷联产装置火用性能分析 被引量：5
9
作者 冯辉君 陈林根 孙丰瑞 《热科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2013年第2期180-188,共9页
用有限时间热力学理论建立了由一个高炉余能余热驱动的不可逆闭式布雷顿循环和一个内可逆四热源吸收式制冷循环组成的热电冷联产循环模型,导出了其火用输出率和火用效率的表达式。利用数值计算方法,分析了循环各参数对火用输出率和火用... 用有限时间热力学理论建立了由一个高炉余能余热驱动的不可逆闭式布雷顿循环和一个内可逆四热源吸收式制冷循环组成的热电冷联产循环模型,导出了其火用输出率和火用效率的表达式。利用数值计算方法,分析了循环各参数对火用输出率和火用效率与压比关系的影响,比较了最大火用输出率和最大火用效率性能,给出了实际热电冷联产装置设计和运行的建议。 展开更多
关键词 有限时间热力学 不可逆闭式布雷顿循环 热电冷联产装置 火用性能
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高温气流中丝网除水特性数值研究 被引量：5
10
作者 郭朝有 贺国 +1 位作者 王小川 李雁飞 《武汉理工大学学报（交通科学与工程版）》 2014年第5期1036-1039,共4页
为提高喷射水雾冷却烟气的效果,对烟气、水蒸气和液滴的高温混合气流中丝网除水过程进行了数值计算,对获得的单层丝网的除水效率和阻力特性进行了分析.研究表明,烟气流速为10m/s时,算例中丝网对初始直径大于50μm的液滴的除水效率相对较... 为提高喷射水雾冷却烟气的效果,对烟气、水蒸气和液滴的高温混合气流中丝网除水过程进行了数值计算,对获得的单层丝网的除水效率和阻力特性进行了分析.研究表明,烟气流速为10m/s时,算例中丝网对初始直径大于50μm的液滴的除水效率相对较高;排气管路中的丝网仅能将气流中未蒸发的较大液滴除去,对水蒸气和细小液滴的分离效果甚微;增设丝网后,排气阻力的增加在许可范围内,在柴油机排气管路内增设单层丝网除去水雾液滴具有一定的可行性. 展开更多
关键词 丝网除水 高温气流 数值模拟
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旋流强度对气/雾两相传热传质的影响 被引量：2
11
作者 王小川 贺国 +1 位作者 郭朝有 李雁飞 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第11期1767-1772,共6页
为进一步提高发动机排气集水箱对高温烟气的降温性能,研究了旋流强度对高温烟气与冷却水雾两相流传热传质的影响.利用欧拉-拉格朗日方法和离散相模型对集水箱内横流喷雾冷却过程进行了三维数值模拟.对排气集水箱涡流室某一截面处的气流... 为进一步提高发动机排气集水箱对高温烟气的降温性能,研究了旋流强度对高温烟气与冷却水雾两相流传热传质的影响.利用欧拉-拉格朗日方法和离散相模型对集水箱内横流喷雾冷却过程进行了三维数值模拟.对排气集水箱涡流室某一截面处的气流旋流数进行了理论推导,并将得到的旋流数解析解与数值解进行了比较.结果表明:集水箱涡流室内的旋流是强旋流动,理论解析解与数值解基本吻合;在集水箱排气室形成了一道"屏障",在其上游区域内雾滴的有效运动行程比其下游区域内雾滴的有效运动行程长;提高烟气旋流强度,可增强两相掺混,延长液滴有效运动行程和蒸发时间;应使水雾雾滴进入烟气流场的初始位置位于"屏障"上游区域,以提高喷雾冷却效果. 展开更多
关键词 传热传质 两相流 喷雾冷却 旋流数 集水箱
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热阻、热漏和内不可逆性对两级吸收式制冷循环性能的影响 被引量：2
12
作者 张凯 秦晓勇 +1 位作者 陈林根 孙丰瑞 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第8期2278-2285,共8页
建立考虑工质与外部热源间的传热损失、内不可逆性损失及外部热源热漏损失的不可逆两级吸收式制冷循环模型,给出制冷系数和制冷率的一般关系。在6个换热器总热导率一定时,对循环性能进行优化,导出循环制冷率和制冷系数的基本优化关系,... 建立考虑工质与外部热源间的传热损失、内不可逆性损失及外部热源热漏损失的不可逆两级吸收式制冷循环模型,给出制冷系数和制冷率的一般关系。在6个换热器总热导率一定时,对循环性能进行优化,导出循环制冷率和制冷系数的基本优化关系,并得到制冷率和制冷系数的极值。通过数值算例,分析热阻、热漏和内不可逆性损失对循环性能的影响规律。 展开更多
关键词 两级吸收式制冷循环 不可逆循环 热阻 热漏 内不可逆性 有限时间热力学
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基于分析的不可逆变温热源四温位吸收式热变换器循环生态学性能 被引量：2
13
作者 秦晓勇 陈林根 孙丰瑞 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第11期2849-2855,共7页
基于分析的观点,建立变温热源、不可逆、四温位吸收式热变换器的生态学目标,导出其生态学目标、泵热系数、泵热率和基本特性参数的一般关系式。该模型考虑热源热容量有限、热源与环境间的热漏、内部工质循环的不可逆以及热源与循环工... 基于分析的观点,建立变温热源、不可逆、四温位吸收式热变换器的生态学目标,导出其生态学目标、泵热系数、泵热率和基本特性参数的一般关系式。该模型考虑热源热容量有限、热源与环境间的热漏、内部工质循环的不可逆以及热源与循环工质间的传热热阻。给出热导率和传热面积优化分配后循环的生态学性能,并进一步分析基于能量分析的生态学目标和基于分析的生态学目标性能的区别。 展开更多
关键词 四温位吸收式热变换器 生态学 [火用]分析 性能优化
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不可逆双谐振通道能量选择性电子制冷机热力学性能优化 被引量：1
14
作者 丁泽民 陈林根 +1 位作者 戈延林 孙丰瑞 《热科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2013年第4期368-376,共9页
建立了考虑线性热漏的不可逆双谐振通道能量选择性电子(energy selective election,ESE)制冷机模型,导出了制冷机制冷率和制冷系数的表达式,应用有限时间热力学理论研究了系统制冷率与制冷系数最优性能,通过数值计算,详细分析了热漏、... 建立了考虑线性热漏的不可逆双谐振通道能量选择性电子(energy selective election,ESE)制冷机模型,导出了制冷机制冷率和制冷系数的表达式,应用有限时间热力学理论研究了系统制冷率与制冷系数最优性能,通过数值计算,详细分析了热漏、能量宽度、能量间距等设计参数对ESE制冷机最优性能的影响。研究发现,系统的制冷率和制冷系数都会随热漏的增加而减小;给定能量间距时,制冷率和制冷系数都会随能量宽度的增加而先增大后减小,存在最优的能量宽度使制冷率或制冷系数达到最大值;给定能量宽度时,制冷率和制冷系数会随能量间距的增加而先增加后减小,存在最优的能量间距使制冷率或制冷系数达到最大值。合理地选取能量宽度、能量间距等参数,可以使不可逆的双谐振ESE制冷机设计于最大制冷率或最大制冷系数的状态。 展开更多
关键词 双谐振通道 能量选择性电子制冷机 有限时间热力学 性能优化
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工质变比热和传热损失对内可逆矩形循环性能的影响 被引量：1
15
作者 王超 陈林根 +1 位作者 戈延林 孙丰瑞 《热科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2014年第4期283-288,共6页
用有限时间热力学理论和方法分析空气标准矩形循环,由数值计算给出了存在传热损失和工质变比热时循环功与压缩比、效率与压缩比以及功和效率的特性关系,并分析了传热损失和工质变比热对循环性能的影响特点,通过分析可知传热和变比热特... 用有限时间热力学理论和方法分析空气标准矩形循环,由数值计算给出了存在传热损失和工质变比热时循环功与压缩比、效率与压缩比以及功和效率的特性关系,并分析了传热损失和工质变比热对循环性能的影响特点,通过分析可知传热和变比热特性对矩形循环性能有较大影响。 展开更多
关键词 有限时间热力学 矩形循环 变比热工质 性能分析
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钢铁厂高炉煤气燃气轮机循环热力分析 被引量：5
16
作者 王文华 陈林根 +2 位作者 丁泽民 杨博 孙丰瑞 《热力透平》 2014年第4期276-280,290,共6页
建立了钢铁厂燃用高炉煤气的简单循环燃气轮机装置模型,根据经典热力学和燃气轮机循环理论编制了循环热力性能计算程序,计算了循环功率和效率随压比的变化关系。结果表明存在不同压比分别使循环功率和效率达到最大值,提高涡轮进口燃气... 建立了钢铁厂燃用高炉煤气的简单循环燃气轮机装置模型,根据经典热力学和燃气轮机循环理论编制了循环热力性能计算程序,计算了循环功率和效率随压比的变化关系。结果表明存在不同压比分别使循环功率和效率达到最大值,提高涡轮进口燃气温度和降低煤气压缩机进口温度有利于提高循环性能。 展开更多
关键词 高炉煤气 燃气轮机循环 热力学 功率 效率
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包含多变过程的内可逆Otto循环有限时间热力学分析 被引量：6
17
作者 熊兵 陈林根 +1 位作者 戈延林 孙丰瑞 《电力与能源》 2014年第2期166-171,共6页
应用有限时间热力学理论分析了包含多变过程的内可逆Otto循环,由数值计算给出了考虑传热损失时循环输出功与压缩比、效率与压缩比以及输出功与效率的特性关系,分析了多变指数和传热损失对循环性能的影响,通过分析可知多变指数和传热对O... 应用有限时间热力学理论分析了包含多变过程的内可逆Otto循环,由数值计算给出了考虑传热损失时循环输出功与压缩比、效率与压缩比以及输出功与效率的特性关系,分析了多变指数和传热损失对循环性能的影响,通过分析可知多变指数和传热对Otto循环性能有较大影响。计算所得的结果对实际Otto热机的设计和改进有一定的指导意义。 展开更多
关键词 有限时间热力学 内可逆Otto循环 多变过程 输出功 效率 广义热力学优化
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闭式内可逆回热布雷顿热电冷联产装置(火用)分析 被引量：4
18
作者 杨博 陈林根 +1 位作者 戈延林 孙丰瑞 《热力透平》 2014年第2期134-138,共5页
应用有限时间热力学理论和方法建立了闭式内可逆回热布雷顿热电冷联产装置模型,导出了装置无量纲(火用)输出率和效率的解析式。通过数值计算分析了回热器热导率对(火用)输出率和(火用)效率的影响,发现存在临界压比,同时优化了压比,研究... 应用有限时间热力学理论和方法建立了闭式内可逆回热布雷顿热电冷联产装置模型,导出了装置无量纲(火用)输出率和效率的解析式。通过数值计算分析了回热器热导率对(火用)输出率和(火用)效率的影响,发现存在临界压比,同时优化了压比,研究了热电比、制冷和供热温度等设计参数对最优(火用)输出率和(火用)效率以及相应最佳压比的影响,发现最优(火用)输出率时的设计压比要大于最优(火用)效率时的设计压比,最优(火用)输出率和(火用)效率均随冷用户温度的升高而减小,分别存在最佳的热用户温度使(火用)输出率和(火用)效率取得最大值,热用户温度对装置最优(火用)性能的影响比冷用户温度更为明显。 展开更多
关键词 有限时间热力学 闭式内可逆回热布雷顿热电冷联产装置 (火用)输出率 (火用)效率 压比
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钢铁流程能耗分析及节能技术的研究进展 被引量：4
19
作者 沈勋 陈林根 +1 位作者 夏少军 孙丰瑞 《节能》 2015年第8期4-11,2,共8页
综合阐述钢铁流程系统能耗模型的发展,能耗计算与影响因素分析以及节能技术的研究进展,基于钢铁流程基本的物质流、能量流网络模型,提出"解析-集成-协同"的能耗分析思路。同时,指出热力学分析方法与优化目标在流程节能方面的... 综合阐述钢铁流程系统能耗模型的发展,能耗计算与影响因素分析以及节能技术的研究进展,基于钢铁流程基本的物质流、能量流网络模型,提出"解析-集成-协同"的能耗分析思路。同时,指出热力学分析方法与优化目标在流程节能方面的关键性作用,以及在余能余热回收与利用方面的主要应用,并基于此从节能技术发展的角度对减少流程能耗进行了深入探讨。 展开更多
关键词 钢铁流程 能耗模型 热力学 节能技术 余能余热
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工质非线性变比热比不可逆Dual-Miller循环生态学目标函数优化 被引量：4
20
作者 吴志祥 陈林根 +1 位作者 戈延林 孙丰瑞 《节能》 2016年第6期20-27,71,共9页
考虑工质非线性变比热比特性,存在气缸传热损失、活塞摩擦损失和其他内不可逆性损失,应用有限时间热力学理论分析和优化空气标准Dual-Miller循环性能,推导出了功率、效率和生态学目标函数等性能参数表达式,并由数值计算得到功率和效率... 考虑工质非线性变比热比特性,存在气缸传热损失、活塞摩擦损失和其他内不可逆性损失,应用有限时间热力学理论分析和优化空气标准Dual-Miller循环性能,推导出了功率、效率和生态学目标函数等性能参数表达式,并由数值计算得到功率和效率与压缩比、功率与效率、生态学目标函数与功率和效率的特性关系,分析升压比和活塞冲程对各性能指标的影响,并分析比较各种不同优化目标下的性能特点。 展开更多
关键词 有限时间热力学 非线性变比热比 Dual—Miller循环 生态学目标函数
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