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Constructal optimization for geometry of cavity by taking entransy dissipation minimization as objective 被引量:37
1
作者 XIE ZhiHui CHEN LinGen SUN FengRui 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS 2009年第12期3504-3513,共10页
The entransy dissipation extremum principle provides new warranty and criterion for optimization of heat transfer.For two cases(body with heat generation and body heated externally)of a solid conducting wall with an o... The entransy dissipation extremum principle provides new warranty and criterion for optimization of heat transfer.For two cases(body with heat generation and body heated externally)of a solid conducting wall with an open cavity,a dimensionless equivalent thermal resistance based on entransy dissipation definition was taken as the optimization objective to optimize the model constructal ge- ometry.Numerical results validated the necessity and feasibility of the presented method.Comparisons of the numerical results based on minimization of dimensionless maximum thermal resistance and minimization of dimensionless equivalent thermal resistance,respectively,showed that there was no obvious difference between the two results when the volume fractionΦoccupied by cavity was small, but the difference between the two results increased with the increases ofΦand the body aspect ratio H/L for any model.The optimal cavities for bodies heated externally were more slender than those for bodies with heat generation.Heat origin had obvious effect on the global performance of heat transfer. The entransy dissipation of body heated externally increased 2―3 times than that of body with heat generation,indicating that the global performance of heat transfer weakened.The method presented herein provides some guidelines for some relevant thermal design problems. 展开更多
关键词 CONSTRUCTAL theory entransy DISSIPATION extremum principle heat transfer CAVITY generalized THERMODYNAMIC OPTIMIZATION
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Constructal optimization of twice Y-shaped assemblies of fins by taking maximum thermal resistance minimization as objective 被引量:21
2
作者 XIE ZhiHui, CHEN LinGen & SUN FengRui Postgraduate School, Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS 2010年第10期2756-2764,共9页
In this paper,constructal optimization of the twice Y-shaped assemblies of fins with six freedom degrees (characteristic parameters of geometry) is performed by employing finite element method and taking dimensionless... In this paper,constructal optimization of the twice Y-shaped assemblies of fins with six freedom degrees (characteristic parameters of geometry) is performed by employing finite element method and taking dimensionless maximum thermal resistance as a performance index,and the heat transfer performance of the twice Y-shaped assemblies of fins under various conditions with different freedom degrees are analyzed. The results show that the twice assemblies can improve the heat transfer performance of Y-shaped fin remarkably,and the minimum maximum thermal resistance of the twice Y-shaped assemblies of fins decreases by 36.37% compared with that of once Y-shaped assembly of fins. It is also proved again that the larger the number of freedom degrees for evolving is,the more perfect the system performance is. The effects of different characteristic parameters of geometry on the performance of the twice Y-shaped assemblies of fins are different,one should pay different attention to these parameters in practical engineering designs. The effects of two angles on the maximum thermal resistance are larger,but the optima of the two angles are robust. The effects of two height ratios on the maximum thermal resistance are more remarkable than those of two thickness ratios. 展开更多
关键词 CONSTRUCTAL theory FIN MULTI-SCALE enhanced heat transfer generalized THERMODYNAMIC OPTIMIZATION
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圆轴承三维温度场的研究 被引量:17
3
作者 富彦丽 马希直 朱均 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2002年第5期711-713,760,共4页
联立求解了广义雷诺方程、三维能量方程、三维固体热传导方程及载荷平衡方程 ,并考虑粘度随温度及压力、密度随粘度及压力的变化 ,在油膜与轴瓦界面使用热流连续性边界条件 ,得到了圆轴承油膜及轴瓦的三维温度场。结果表明最高温度并不... 联立求解了广义雷诺方程、三维能量方程、三维固体热传导方程及载荷平衡方程 ,并考虑粘度随温度及压力、密度随粘度及压力的变化 ,在油膜与轴瓦界面使用热流连续性边界条件 ,得到了圆轴承油膜及轴瓦的三维温度场。结果表明最高温度并不出现在油膜与轴瓦交界面 ,不同圆周位置沿膜厚方向的最高温度出现位置不同。证实了考虑三维温度得到的轴承的润滑性能与考虑二维温度得到的轴承润滑性能有很大的差异。采用 Newton- Raphson法求解广义雷诺方程和载荷平衡方程 ,采用快速扫描法求解由有限差分离散的能量方程和热传导方程 ,在计算中发现所使用的算法收敛速度快 。 展开更多
关键词 圆轴承 温度场 广义雷诺方程 能量方程 热传导方程
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圆轴承三维热流体动力润滑的研究 被引量:9
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作者 富彦丽 马希直 朱均 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第4期469-474,共6页
联立求解了广义雷诺方程、三维能量方程、三维固体热传导方程及载荷平衡方程 ,并考虑粘度随温度及压力、密度随粘度及压力的变化 ,在油膜与轴瓦界面使用热流连续性边界条件 ,得到了圆轴承油膜及轴瓦的三维温度场。结果表明最高温度并不... 联立求解了广义雷诺方程、三维能量方程、三维固体热传导方程及载荷平衡方程 ,并考虑粘度随温度及压力、密度随粘度及压力的变化 ,在油膜与轴瓦界面使用热流连续性边界条件 ,得到了圆轴承油膜及轴瓦的三维温度场。结果表明最高温度并不出现在油膜与轴瓦交界面 ,不同圆周位置沿膜厚方向的最高温度出现位置不同。证实了考虑三维温度得到的轴承的润滑性能与考虑二维温度得到的轴承润滑性能有很大的差异。采用Newton-Raphson法求解广义雷诺方程和载荷平衡方程 ,采用快速扫描法求解由有限差分离散的能量方程和热传导方程 ,在计算中发现所使用的算法收敛速度快 ,大大节约了计算时间。 展开更多
关键词 润滑 圆轴承 温度场 广义雷诺方程 能量方程 热传导方程 热传导
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广义流体的概念在金属流动凝固传热分析模型中的应用 被引量:7
5
作者 金珠梅 赫冀成 邸洪双 《计算物理》 CSCD 北大核心 1999年第4期409-413,共5页
应用广义流体的概念,以双辊连续铸轧工艺中金属流动凝固传热现象为例,将熔池内三种状态(液相、固相和固液两相)金属流动传热过程用统一的控制方程描述。典型算例表明:熔池内存在大面积的环形流动区域,环形流动产生的搅拌效应,可... 应用广义流体的概念,以双辊连续铸轧工艺中金属流动凝固传热现象为例,将熔池内三种状态(液相、固相和固液两相)金属流动传热过程用统一的控制方程描述。典型算例表明:熔池内存在大面积的环形流动区域,环形流动产生的搅拌效应,可以促进熔池内钢水温度与化学成分的均化,提高薄带的质量。最后,计算结果与理论分析进行了比较。该计算思想还可应用于冶金。 展开更多
关键词 数值模拟 广义流体 凝固传热 金属流体
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连续介质力学的类比思维教学法——黏弹性力学vs.广义热传导
6
作者 尉亚军 吴华 +2 位作者 徐成辉 谷旭东 邓子辰 《力学与实践》 2024年第3期625-630,共6页
类比是重要创新思维方式,能发挥类比思维教育价值,强化学生类比思维训练,有助于创新人才培养。本文以黏弹性力学和广义热传导教学模块为抓手,展现类比思维教学法在连续介质力学课程运用的设计案例。首先,基于力学弹性单元和黏性单元,采... 类比是重要创新思维方式,能发挥类比思维教育价值,强化学生类比思维训练,有助于创新人才培养。本文以黏弹性力学和广义热传导教学模块为抓手,展现类比思维教学法在连续介质力学课程运用的设计案例。首先,基于力学弹性单元和黏性单元,采用串并联方法,推导黏弹性力学Maxwell模型和Kelvin-Voigt模型。其次,给出广义热传导Cattaneo-Vernotte模型和Green-Naghdi模型,介绍Green-Naghdi模型热位移概念的起源。随后,通过类比方法引入热学“弹性”单元和“黏性”单元,运用串并联方法实现Cattaneo-Vernotte模型和Green-Naghdi模型的重构,澄清黏弹性力学和广义热传导各模型间的对应类比关系。最后,分析热学基本方程与力学基本方程的差异,指出:对研究对象间差异性的关注也是基于类比方法启发创新思维的重要手段。 展开更多
关键词 类比思维 连续介质力学 广义热传导 教学法
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考虑传热条件的搅拌摩擦焊主轴力控制研究
7
作者 武凯洁 王庆霞 +1 位作者 林永勇 朱志雄 《东华大学学报(自然科学版)》 CAS 北大核心 2024年第5期102-108,共7页
针对搅拌摩擦焊接过程中的试件结构和焊缝位置变化,导致主轴力波动、焊接质量不稳定的问题,对焊缝位置改变和试件结构变化两种传热条件下的热-力关系进行研究,提出考虑传热条件变化的主轴力控制方案。采用Deform-3D软件进行搅拌摩擦焊... 针对搅拌摩擦焊接过程中的试件结构和焊缝位置变化,导致主轴力波动、焊接质量不稳定的问题,对焊缝位置改变和试件结构变化两种传热条件下的热-力关系进行研究,提出考虑传热条件变化的主轴力控制方案。采用Deform-3D软件进行搅拌摩擦焊温度场仿真,并与试验测得实际焊接温度和主轴力进行对比分析,得出靠近试件边缘的主轴力的变化趋势。引入焊接力边缘效应修正系数,基于Hammerstein结构建立考虑传热条件的搅拌摩擦焊主轴力模型,并构造广义预测控制主轴力控制器。将控制器集成到西门子840Dsl数控系统中,并在焊接设备上开展工程测试。结果表明,考虑传热条件变化的主轴力控制方案的控制效果较好,在不同传热条件下,可将实际主轴力控制在期望主轴力±5%的范围内。 展开更多
关键词 搅拌摩擦焊 主轴力控制 广义预测控制 主轴力模型 传热条件
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Extended Generalized Riccati Equation Mapping for Thermal Traveling-Wave Distribution in Biological Tissues through a Bio-Heat Transfer Model with Linear/Quadratic Temperature-Dependent Blood Perfusion 被引量:1
8
作者 Emmanuel Kengne Fathi Ben Hamouda Ahmed Lakhssassi 《Applied Mathematics》 2013年第10期1471-1484,共14页
Analytical thermal traveling-wave distribution in biological tissues through a bio-heat transfer (BHT) model with linear/quadratic temperature-dependent blood perfusion is discussed in this paper. Using the extended g... Analytical thermal traveling-wave distribution in biological tissues through a bio-heat transfer (BHT) model with linear/quadratic temperature-dependent blood perfusion is discussed in this paper. Using the extended generalized Riccati equation mapping method, we find analytical traveling wave solutions of the considered BHT equation. All the travelling wave solutions obtained have been used to explicitly investigate the effect of linear and quadratic coefficients of temperature dependence on temperature distribution in tissues. We found that the parameter of the nonlinear superposition formula for Riccati can be used to control the temperature of living tissues. Our results prove that the extended generalized Riccati equation mapping method is a powerful tool for investigating thermal traveling-wave distribution in biological tissues. 展开更多
关键词 Bio-heat transfer Pennes Bio-heat Model TEMPERATURE-DEPENDENT Blood Perfusion Thermal Therapy EXTENDED generalized Riccati Equation MAPPING Method
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The optimal path of piston motion for Otto cycle with linear phenomenological heat transfer law 被引量:18
9
作者 XIA ShaoJun CHEN LinGen SUN FengRui 《Science China(Physics,Mechanics & Astronomy)》 SCIE EI CAS 2009年第5期708-719,共12页
An Otto cycle engine with internal and external irreversibilities of friction and heat leakage, in which the heat transfer between the working fluid and the environment obeys linear phenomenological heat transfer law ... An Otto cycle engine with internal and external irreversibilities of friction and heat leakage, in which the heat transfer between the working fluid and the environment obeys linear phenomenological heat transfer law [q ∝△(T -1)], is studied in this paper. The optimal piston motion trajectory for maximizing the work output per cycle is derived for the fixed total cycle time and fuel consumed per cycle. Optimal control theory is applied to determine the optimal piston trajectories for the cases of with and without piston acceleration constraint on each stroke and the optimal distribution of the total cycle time among the strokes. The optimal piston motion with acceleration constraint for each stroke consists of three segments, including initial maximum acceleration and final maximum deceleration boundary segments, respectively. Numerical examples for optimal configuration are provided, and the obtained results are compared with those obtained with Newton’s heat transfer law [q ∝△(T )]. The results also show that optimizing the piston motion can improve power and efficiency of the engine by more than 9%. This is primarily due to the decrease in heat leakage loss on the initial portion of the power stroke. 展开更多
关键词 linear PHENOMENOLOGICAL heat transfer LAW Otto cycle maximum work output optimal PISTON TRAJECTORY finite time THERMODYNAMICS generalized THERMODYNAMIC optimization
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Hamilton-Jacobi-Bellman equations and dynamic programming for power-optimization of a multistage heat engine system with generalized convective heat transfer law 被引量:7
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作者 XIA ShaoJun CHEN LinGen SUN FengRui 《Chinese Science Bulletin》 SCIE EI CAS 2011年第11期1147-1157,共11页
A multistage endoreversible Carnot heat engine system operating between a finite thermal capacity high-temperature fluid reservoir and an infinite thermal capacity low-temperature environment with generalized convecti... A multistage endoreversible Carnot heat engine system operating between a finite thermal capacity high-temperature fluid reservoir and an infinite thermal capacity low-temperature environment with generalized convective heat transfer law [q∝(ΔT) m ] is investigated in this paper.Optimal control theory is applied to derive the continuous Hamilton-Jacobi-Bellman (HJB) equations,which determine the optimal fluid temperature configurations for maximum power output under the conditions of fixed initial time and fixed initial temperature of the driving fluid.Based on the universal optimization results,the analytical solution for the Newtonian heat transfer law (m=1) is also obtained.Since there are no analytical solutions for the other heat transfer laws (m≠1),the continuous HJB equations are discretized and dynamic programming algorithm is performed to obtain the complete numerical solutions of the optimization problem.The relationships among the maximum power output of the system,the process period and the fluid temperature are discussed in detail.The results obtained provide some theoretical guidelines for the optimal design and operation of practical energy conversion systems. 展开更多
关键词 HJB方程 动态规划算法 发动机系统 对流换热 功率优化 雅可比 广义 多级
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基于广义传热定律的斯特林循环熵产分析和■分析 被引量:4
11
作者 吴艳秋 蔡黎 伍习丽 《中国科学:技术科学》 EI CSCD 北大核心 2019年第6期627-640,共14页
基于广义传热定律,本文将■理论和熵产最小化理论应用于有限热容热源下的斯特林循环的优化分析,以系统输出功和热效率为分析对象,讨论了■损失率、功引起的■变化率、■耗散率、■损失系数、熵产率、熵产数和改进熵产数等参数在优化分... 基于广义传热定律,本文将■理论和熵产最小化理论应用于有限热容热源下的斯特林循环的优化分析,以系统输出功和热效率为分析对象,讨论了■损失率、功引起的■变化率、■耗散率、■损失系数、熵产率、熵产数和改进熵产数等参数在优化分析中的适用性.本文主要讨论了3种不同的工况.研究表明,在这3种不同的工况下,■损失率和功引起的■变化率始终随着输出功率的增加而增加,■损失系数也一直随热效率增大而增大;然而,■耗散率的增大或熵产率的减小并不总是使得输出功率增大,同时,熵产数和改进熵产数也并不总随热效率的增大而减小.可见,对本文讨论的3种工况而言,■损失率、功引起的■变化率以及■损失系数这3个概念是适用的,其他参数则并不总是适用.基于上述分析结果,本文还对关于■理论的争议进行了简要的讨论,分析了某些负面评论存在的主要问题,如篡改原文、逻辑不一致、简单重复学术观点、重新命名关键概念甚至人身攻击等.这些■理论的负面评论并不属于真正的学术讨论,需要加以注意;本文的研究结果在一定程度上也可作为对部分负面评论的回应. 展开更多
关键词 斯特林循环 ■理论 熵产最小化理论 广义传热定律 优化分析
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广义辐射传热定律时加热气体最优膨胀的一种新解法 被引量:4
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作者 马康 陈林根 孙丰瑞 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第6期149-157,共9页
对广义辐射传热定律下加热气体膨胀的最优构型进行研究。在求解欧拉—拉格朗日(E-L)曲线过程中,运用最优控制理论消去气体体积变量V(t),利用单变量内能E(t)研究气体膨胀的最优构型,得到平方传热定律和立方传热定律下的气体欧拉—拉格朗... 对广义辐射传热定律下加热气体膨胀的最优构型进行研究。在求解欧拉—拉格朗日(E-L)曲线过程中,运用最优控制理论消去气体体积变量V(t),利用单变量内能E(t)研究气体膨胀的最优构型,得到平方传热定律和立方传热定律下的气体欧拉—拉格朗日曲线的解析解。通过数值算例分别比较平方传热定律和立方传热定律下加热气体膨胀最优构型与通过泰勒公式展开法得到的气体膨胀的最优构型。数值算例的结果表明,过程时间tm的大小对初始状态(E'(0),V'(0))有较大的影响,从而直接影响E-L弧部分的气体内能和体积的最优时间变化关系。当膨胀总时间tm很小时,通过消元法得到的气体膨胀最优构型与通过泰勒公式展开法得到的气体膨胀的最优构型非常近似,因此,当n≥4,可以通过泰勒公式展开法得到气体欧拉—拉格朗日曲线的近似解。 展开更多
关键词 广义辐射传热定律 最优膨胀 最大功 最优构型 有限时间热力学 广义热力学优化
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轴对称平面应变问题的广义热弹性解 被引量:4
13
作者 王颖泽 张小兵 刘栋 《中国科学:物理学、力学、天文学》 CSCD 北大核心 2013年第8期956-964,共9页
超常传热条件下,热扰动在介质内以有限速度传播,导致材料的热力学行为较在常规传热下具有很大的不同.本文围绕轴对称平面应变问题展开研究,借助于Laplace正逆变换及其极限特性以及贝塞尔函数的渐近公式,推导了基于不同广义热弹性理论模... 超常传热条件下,热扰动在介质内以有限速度传播,导致材料的热力学行为较在常规传热下具有很大的不同.本文围绕轴对称平面应变问题展开研究,借助于Laplace正逆变换及其极限特性以及贝塞尔函数的渐近公式,推导了基于不同广义热弹性理论模型下轴对称平面应变问题的热弹性解,并对包含圆孔的无限大轴对称结构在内表面受热冲击作用的广义热弹性行为进行了分析.研究发现,当热扰动以有限速度传播时,各物理场的分布呈现阶段性分布,且在波前位置处,温度场和应力场存在阶跃现象;对于各物理场的描述,L-S和G-N理论给出相近的结果,而G-L理论则在描述位移场和应力场的分布时给出了反常的结果.利用本文推导得到的热弹性解可以清楚地获取各物理场与特征参量之间的函数关系,并可以准确地捕捉到波前的阶跃行为,便于超常传热行为的理论分析. 展开更多
关键词 广义热弹性解 轴对称平面应变 热冲击 超常传热
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广义传热规律下的斯特林热机的Z函数优化 被引量:1
14
作者 云慧敏 章超明 +2 位作者 吴锋 李蒙 殷勇 《湖北大学学报(自然科学版)》 CAS 2019年第1期67-72,88,共7页
基于广义传热规律Q∝(ΔT)m,建立不可逆斯特林热机模型,并考虑热阻、热漏和回热损失对热机的影响.以Z函数为目标实现功率与效率之间的协调优化,对比研究Z函数与效率、功率与效率,功率与效率的关系曲线,讨论漏热率、回热器效率、回热时... 基于广义传热规律Q∝(ΔT)m,建立不可逆斯特林热机模型,并考虑热阻、热漏和回热损失对热机的影响.以Z函数为目标实现功率与效率之间的协调优化,对比研究Z函数与效率、功率与效率,功率与效率的关系曲线,讨论漏热率、回热器效率、回热时间等参数对斯特林热机性能的影响.结果表明:漏热率越小,回热时间越短;回热器效率越大,斯特林机性能越好. 展开更多
关键词 斯特林热机 广义传热规律 Z函数
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广义辐射传热有热漏换热过程■耗散最小化 被引量:1
15
作者 夏少军 陈林根 孙丰瑞 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期1350-1361,共12页
换热器性能的提高有利于提高能源利用效率。本文研究了广义辐射传热规律[q∝△(T^n)]下与外界环境间存在热漏的换热过程,应用平均最优控制理论导出了过程[火积]耗散最小时的最优性条件。基于普适的优化结果,进一步得到了牛顿(n=1)、线... 换热器性能的提高有利于提高能源利用效率。本文研究了广义辐射传热规律[q∝△(T^n)]下与外界环境间存在热漏的换热过程,应用平均最优控制理论导出了过程[火积]耗散最小时的最优性条件。基于普适的优化结果,进一步得到了牛顿(n=1)、线性唯象(n=-1)、辐射(n=4)以及一类混合传热规律下的特例结果,并与热流率和热流体温度分别为定值的常规传热策略进行了比较。给出了数值算例,揭示了传热量和热漏对换热器最小[火积]耗散及相应热、冷流体温度最优分布规律的定性与定量影响规律,明晰了有热漏条件下热流率和热流体温度分别为定值时的两种传热策略的优劣性。本文结果可用于指导实际换热装置的优化设计。 展开更多
关键词 换热过程 热漏 广义辐射传热规律[火积]耗散最小 有限时间热力学
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普适热传递条件下放热系统的临界表面温度梯度
16
作者 冯长根 杜志明 王永辉 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 1990年第3期8-15,共8页
讨论了放热反应物在满足热爆炸条件时临界表面温度梯度Γ_(cr)和热传递条件(Biot数Bi)的关系。在Frank-Kamenetskii边界条件下,平板、圆柱和球形反应物具有相同的Γ_(cr)值(Bi→∞,Γ_(cr)=2);在Semenov边界条件下,所有反应物形状也具... 讨论了放热反应物在满足热爆炸条件时临界表面温度梯度Γ_(cr)和热传递条件(Biot数Bi)的关系。在Frank-Kamenetskii边界条件下,平板、圆柱和球形反应物具有相同的Γ_(cr)值(Bi→∞,Γ_(cr)=2);在Semenov边界条件下,所有反应物形状也具有相同的Γ_(cr)值(Bi=0,Γ_(cr)=0)。对于普适热传递条件(0≤Bi≤∞),Γ_(cr)的值是Biot数Bi和反应物形状的函数。本文提出了一种新的计算方法,并给出了一些经典数值。还利用渐近分析方法,给出了渐近分析公式。 展开更多
关键词 热爆炸 温度梯度 传热学
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传热规律和各种损失对考虑热弛豫的广义不可逆卡诺制冷机性能影响
17
作者 樊艮 《工程数学学报》 CSCD 北大核心 2013年第2期197-204,共8页
本文利用复变函数方法研究了传热规律、热弛豫、内不可逆性和热漏对广义不可逆卡诺制冷机性能的影响,以复数传热指数的虚部表示传热过程的弛豫现象.结果表明传热规律对高、低温侧热导率比、制冷率和制冷系数有很大影响;传热过程的弛豫... 本文利用复变函数方法研究了传热规律、热弛豫、内不可逆性和热漏对广义不可逆卡诺制冷机性能的影响,以复数传热指数的虚部表示传热过程的弛豫现象.结果表明传热规律对高、低温侧热导率比、制冷率和制冷系数有很大影响;传热过程的弛豫现象和制冷机内不可逆性对高、低温侧热导率比、制冷率和制冷系数有影响,但影响程度不大;热漏对高、低温侧热导率比影响不明显,对制冷率和制冷系数有较大影响.所得结果对实际制冷机的设计和使用具有理论指导作用. 展开更多
关键词 复变函数 广义不可逆卡诺制冷机 热弛豫 复数传热指数 制冷率 制冷系数
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