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在已有热机构形优化特性以及类热机装置的构形优化特性分析基础上,将类热机模型推广到一般的传输过程模型,通过变分法导出了一般传输过程的构形优化准则,证明了对于线性传输模型,在有限尺寸约束条件下,传输过程(或装置) 熵产最小时,传递系数在区域内等分是其基本特征。同时介绍了传输过程的构形优化在类热机装置分析和广义热力学优化理论研究中的应用,初步验证了本文提出的构形优化特征,并简要阐述其应用发展方向。
关键词:热力学;类热机;传输过程;优化
在实际工程装置中,经济性是主要目标之一,即要考虑合理布置材料,如体积小、重量轻是第二代能源系统(分布发电装置) 新的设计概念,航天、舰船及空间站的动力装置也要求质量轻、尺寸小,以增加有效空间,另外,对于实际装置系统,为使达到最大输出功率,可以增加热机换热器尺寸面积,但是实际材料总是有限的,不可能无限制地增加尺寸面积,而合理优化热机的结构尺寸可以达到目的。研究表明,在有限尺寸约束下,热机存在最佳结构布置特性。动力系统中存在结构优化问题和相应优化特性,在一些传输过程中也存在与热机结构优化类似情形。如流体流动做功装置、生命过程(含肌肉收缩、肺部呼吸和心脏血液循环过程) 、电路系统等。
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