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        廣義一維勢中熱聲制冷微循環(huán)的性能分析

        2019-04-15 11:25:00鄂青吳鋒
        中南大學學報(自然科學版) 2019年3期
        關(guān)鍵詞:熱聲勢阱勢場

        鄂青,吳鋒

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        廣義一維勢中熱聲制冷微循環(huán)的性能分析

        鄂青1, 2,吳鋒2, 3

        (1. 華中科技大學 能源與動力工程學院,湖北 武漢,430074;2. 武漢工程大學 理學院,湖北 武漢,430205;3. 海軍工程大學 動力工程學院,湖北 武漢,430032)

        從工質(zhì)粒子在不同聲波勢場條件下的量子力學行為入手,建立一套適用于各種一維勢場條件的廣義量子熱聲制冷微循環(huán)分析模型并推導出廣義量子熱聲制冷微循環(huán)的性能參數(shù)表達式。以幾個典型的一維勢場為例,計算分析工質(zhì)粒子在不同勢場中運動時的循環(huán)性能。通過比較,確定當工質(zhì)粒子工作于一維無限深勢阱或諧振勢阱條件下時,循環(huán)的性能系數(shù)和制冷率的綜合性能比其他勢場條件時的優(yōu)。研究結(jié)果表明:要使熱聲制冷機性能達到最優(yōu),必須對聲場進行控制,使其能夠在回熱器中建立起一維無限深勢阱或諧振勢阱。

        有限時間熱力學;廣義一維勢;量子熱聲制冷機微循環(huán);量子熱力學

        1 廣義量子熱聲制冷微循環(huán)模型的建立

        1.1 系統(tǒng)的量子力學基礎

        在經(jīng)典熱聲熱力過程中,外界通過振動膜片的運動對系統(tǒng)作功。與振動膜片的經(jīng)典運動類似,可以假設廣義一維勢阱的壁面在有限的速度下運動。這樣,當系統(tǒng)消耗外界功量或?qū)ν饨巛敵龉α繒r,其施加于勢阱壁面的合力F就可以寫為

        式中:F為處于狀態(tài)時級本征態(tài)的粒子施加于勢阱壁面的力;L為處于狀態(tài)時的勢阱寬度。

        將式(1)代入式(4)可得

        表1 不同勢阱的比較

        1.2 理想廣義量子熱聲制冷微循環(huán)

        (a) F?V圖;(b) 微循環(huán)示意圖

        本文從量子力學的角度分析,可將上述氣體微團視為1種被限制在廣義一維勢阱中的粒子。為了簡單起見,在分析量子熱聲制冷微循環(huán)的過程中,只考慮由出現(xiàn)概率較高的2個特征態(tài)粒子構(gòu)成的二能級系統(tǒng)。1臺真正的制冷機中的工作介質(zhì)是由無數(shù)這樣的粒子組成的。從粒子的量子行為角度分析,每個微循環(huán)都可歸納為由2個量子絕熱過程和2個量子等壓過程環(huán)繞而成的。由此得到本文的主要研究對象:理想的廣義量子熱聲制冷微循環(huán)(generalizedquantum thermoacoustic refrigeration cycle, GQTARC),如圖2所示。

        圖2 理想廣義量子熱聲制冷微循環(huán)示意圖

        式中:為玻爾茲曼常數(shù);T為系統(tǒng)平衡溫度。

        由式(6)可求得系統(tǒng)處于激發(fā)態(tài)的概率為

        由式(7)可得

        聯(lián)立式(1),(3)和(5)可得出在此過程中系統(tǒng)耗功12的計算式為

        由于系統(tǒng)始終處于熱平衡狀態(tài),所以向高溫熱源放熱過程中的換熱量12為

        將式(9)和式(11)代入式(10)可得

        <0 (13)

        在過程3—4中,系統(tǒng)在等作用力狀態(tài)下從1個低溫熱源(溫度為L)吸取熱量,隨著自身體積的膨脹向外界輸出功。采用類似于過程1—2的分析方法可得到此過程中交換的功34和熱量34分別為:

        >0 (15)

        根據(jù)熱力學第一定律,在理想廣義量子熱聲制冷微循環(huán)過程中,系統(tǒng)的制冷量c為

        >0 (17)

        系統(tǒng)的凈耗功net為

        1.3 循環(huán)周期

        1.4 循環(huán)性能參數(shù)

        由式(5)可知:1個二能級系統(tǒng)施加在勢阱壁上的力可寫為

        由式(7)可知:當系統(tǒng)處在宏觀狀態(tài)2和狀態(tài)4時,其內(nèi)部激發(fā)態(tài)粒子的概率分別為:

        在理想情況下,可取狀態(tài)點4和狀態(tài)點2的溫度分別為冷、熱端溫度(圖2),即

        將式(22)和式(23)代入式(17)和式(18)可將循環(huán)制冷量及耗功量計算式改寫為:

        可得出廣義量子熱聲制冷微循環(huán)的性能系數(shù)p為

        循環(huán)的制冷率為

        (27)

        2 廣義量子熱聲制冷微循環(huán)性能分析

        式(26)和式(28)指出了廣義量子熱聲制冷微循環(huán)的性能與系統(tǒng)參數(shù)間的關(guān)系,在給定了一部分參數(shù)的情況下,可用圖線的形式對其性能與重要參數(shù)間的關(guān)系進行研究。

        對于工作介質(zhì)氣體微團被束縛于各種一維勢阱(如一維無限深勢阱、包含相對論粒子的一維勢阱、諧振勢阱、四次勢等)中的量子熱聲制冷微循環(huán),可統(tǒng)稱為一維量子熱聲制冷微循環(huán)(1D quantum thermo-acoustic refrigeration cycle, 1DQTARC),即一維量子熱聲制冷微循環(huán)包括工作于一維無限深勢阱的量子熱聲制冷微循環(huán)(1D infinite potential quantum thermo-acoustic refrigeration cycle, 1DIQTARC)、相對論粒子系統(tǒng)量子熱聲制冷微循環(huán)(relativistic particles quantum thermo-acoustic refrigeration cycle, RQTARC)、諧振系統(tǒng)量子熱聲制冷微循環(huán)(harmonic potential quantum thermo-acoustic refrigeration cycle, HQTARC)和四次勢系統(tǒng)量子熱聲制冷微循環(huán)(quartic potentialquantum thermo-acoustic refrigeration cycle, QQTARC)。

        (a) RQTARC,相對粒子在一維勢中運動;(b) HQTARC,粒子在諧振勢或一維無限勢中運動;(c) QQTARC,粒子在四次勢中運動

        (a) RQTARC,相對粒子在一維勢中運動;(b) HQTARC,粒子在諧振勢或一維無限勢中運動;(c) QQTARC,粒子在四次勢中運動

        (a) RQTARC,相對論粒子在一維勢中運動;(b) HQTARC,粒子在諧振勢或一維無限勢中運動;(c) QQTARC,粒子在四次勢中運動

        3 結(jié)論

        2) 當2e給定時,3種勢場條件下循環(huán)的p都會隨的增加呈單調(diào)遞減;而當給定時,3種勢場條件下循環(huán)的p都會隨2e的取值變化而分別達到最大值pmax和最小值pmin。通常,pmax出現(xiàn)在2e>0.5的區(qū)間中,而pmin出現(xiàn)在2e<0.5的區(qū)間。在相同參數(shù)條件下,處于3種不同勢場的量子熱聲制冷微循環(huán)滿足pR>pH>pQ。

        4) 在相同參數(shù)條件下,當粒子工作于一維無限深勢阱或諧振勢場時,循環(huán)的制冷系數(shù)p和制冷率*的綜合效果比其他2種勢場系統(tǒng)的綜合效果好。因此,可通過調(diào)節(jié)聲場,使其能夠在熱聲回熱器中建立一維無限深的或諧振的勢阱條件,來優(yōu)化熱聲熱機性能。

        [1] 吳鋒, 陳林根, 孫豐瑞, 等. 斯特林機的有限時間熱力學優(yōu)化[M]. 北京: 化學工業(yè)出版社, 2008: 4?17. WU Feng, CHEN Lingen, SUN Fengrui, et al. Finite time thermodynamic optimization of Stirling engine[J]. Beijing: Chemical Industry Press, 2008: 4?17.

        [2] CHEN Lingen, SUN Fengrui. Advances in finite time thermodynamics: analysis and optimization[M]. New York: Nova Science Publishers, 2004: 53?67.

        [3] ANDRESEN B. Current trends in finite-time thermodynamics[J]. Angewandte Chemie International Edition, 2011, 50(12): 2690?2704.

        [4] WANG Hao, WU Guoxing. Performance analysis and optimum criteria of a quantum dot engine with two discrete energy levels[J]. Physics Letters A, 2012, 376(33): 2209?2216.

        [5] CHEN Lingen, LIU Xiaowei, GE Yanlin, et al. Ecological optimization of irreversible harmonic oscillator Carnot refrigerator [J]. Journal of the Energy Institute, 2016, 86(2): 85?96.

        [6] MA Xiaomeng, LI Min, ZHOU Yueming. Nonsequential double ionization of Xe by mid-infrared laser pulses[J]. Optics and Quantum Electronics, 2017, 49(4): 170.

        [7] QIN Meiyan, ZHU Xiaosong. Molecular orbital imaging for partially aligned molecules[J]. Optics and Laser Technology, 2017, 87: 79?86.

        [8] LIU Xiaowei, CHEN Lingen, GE Yanlin, et al.Fundamental optimal relation of a generalized irreversible quantum Carnot heat pump with harmonic oscillators[J]. International Journal of Ambient Energy, 2012, 33(3): 118?129.

        [9] WU Feng, YANG Zhichun, CHEN Lingen, et al. Work output and efficiency of a reversible quantum Otto cycle[J]. Thermal Science, 2010, 14(4): 879?886.

        [10] WU Feng, CHEN Lingen, SUN Fengrui, et al. Finite-time exergoeconomic performance bound for a quantum Stirling engine[J]. International Journal of Engineering Science, 2000, 38(2): 239?247.

        [11] 吳鋒, 汪拓, 陳林根, 等. 量子斯特林熱機的輸出功和熱效率[J]. 機械工程學報, 2014, 50(4): 150?154.WU Feng, WANG Tuo, CHEN Lingen, et al. Work output and efficiency of a quantum Stirling heat engine[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2014, 50(4): 150?154.

        [12] ACIKKALP E, CANER N. Application of exergetic sustainable index to the quantum irreversible diesel refrigerator cycles for 1D box system[J]. The European Physical Journal Plus, 2015, 130: 73-1?8.

        [13] WANG Jianhui, HE Jizhou, MAO Zhiyuan. Performance of a quantum heat engine cycle working with harmonic oscillator systems[J]. Science in China, Series G, Physics, Mechanics & Astronomy, 2007, 50(2): 163?176.

        [14] WANG Jianhui, XIONG Shuangquan, HE Jizhou, et al. Performance analysis of a quantum heat engine working with a particle in a one-dimensional harmonic trap[J]. Acta Physic Sinica, 2012, 61(8): 080509.

        [15] E QING, WU Feng, YIN Yong, et al. Optimal power and efficiency of quantum thermoacoustic micro-cycle working in 1D harmonic trap[J]. Journal of Low Temperature Physics, 2017,189(1/2): 84?97.

        [16] WANG Jianhui, WU Zhaoqi, HE Jizhou. Quantum Otto engine of a two-level atom with single-mode fields[J]. Physical Review E, 2012, 85(4): 041148.

        [17] WANG Jianhui, MA Yongli, HE Jizhou. Quantum Otto engine of a two-level atom with single-mode fields [J]. Euro Physics Letters, 2015, 111(20): 20006.

        [18] 闞緒獻, 吳鋒, 張曉青, 等. 熱聲熱機微熱力學循環(huán)的最優(yōu)性能[J]. 武漢理工大學學報, 2009(14): 130?133.KAN Xuxian, WU Feng, ZHANG Xiaoqing, et al. Performance optimization of a thermoacoustic engine micro-cycle[J]. Journal of Wuhan University of Technology, 2009(14): 130?133.

        [19] ANDRESEN B, BERRY R S, ONDRECHEN M J, et al. Thermodynamics for processes in finite time[J]. Accounts of Chemical Research, 1984, 17(8): 266?271.

        Performance analysis for quantum thermoacoustic refrigeration micro-cycle working in generalized 1D potential

        E Qing1, 2, WU Feng2, 3

        (1. School of Energy and Power Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China; 2. School of Science, Wuhan Institute of Technology, Wuhan 430205, China;3. Institute of Thermal Science and Power Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430032, China)

        A set of analysis model for generalized quantum thermoacoustic refrigeration micro-cycle working in various 1D potential wells was established started with the quantum mechanical behavior of working medium particles under different acoustic potential field conditions. And the performance parameter expressions of the generalized quantum thermoacoustic refrigeration micro-cycle were derived. Taking several typical 1D potentials as examples, the cyclic properties of working medium particles moving in different potential fields were calculated and analyzed. By comparison, it was show that when particle works in 1D infinite deep potential well or resonance potential well, the comprehensive performance of micro-cycle was better than that of other potential well conditions. The results show that, to achieve the optimal performance of the thermoacoustic refrigerator, the sound field must be controlled so that it can establish a 1D infinite deep potential well or resonant potential well in the regenerator.

        finite time thermodynamics; generalized potential well; quantum thermoacoustic refrigeration cycle; quantum thermodynamics

        TB65

        A

        1672?7207(2019)03?0726?08

        10.11817/j.issn.1672-7207.2019.03.028

        2018?03?01;

        2018?05?20

        湖北省教育廳科學研究基金資助項目(Q20141506);武漢工程大學教學研究基金資助項目(X2016036) (Project (Q20141506) supported by the Science Research of Hubei Provincial Department of Education; Project(X2016036) supported by the Teaching Research Funding of Wuhan Institute of Technology)

        吳鋒,博士,教授,從事有限時間熱力學及熱聲熱機系統(tǒng)研究;E-mail: wufeng@wit.edu.cn

        (編輯 劉錦偉)

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