回热器循环熵增的概念及其优化
熵增原理在供暖中的应用
熵增原理在供暖中的应用1. 什么是熵增原理熵增原理是热力学中的一个基本原理，也称为热力学第二定律。
熵增原理指出，一个孤立系统的熵在正常运行中只能增加，不可能减小。
熵增可以理解为系统混乱度的增加。
热力学第二定律实质上是一个关于系统混乱度增加的原理。
2. 熵增原理在供暖中的应用供暖作为日常生活中重要的一项服务，使用熵增原理可以对供暖系统进行优化和改进，以提高能源利用效率和节能减排。
2.1 优化供暖管道布局供暖系统中的管道布局对能源的利用效率有重要影响。
根据熵增原理，在供暖系统中，热量会从高温区域自发地流向低温区域，熵增。
因此，在供暖管道布局中，应根据热量流动的特性，合理设计管道的走向和长度，以减少热量的流失。
2.2 良好的绝热设计供暖系统中绝热材料的选择和运用，也是熵增原理的应用。
根据热力学第二定律，热量会自发地从高温区域流向低温区域，导致熵增。
在供暖系统中，应尽量减少热量的散失和流失，提高绝热效果。
选择合适的绝热材料，在供暖管道和设备上进行良好的绝热设计，可以减少热量散失，提高能源利用效率。
2.3 控制供暖设备的效率供暖设备的效率对能源利用效率有直接影响。
根据熵增原理，热力系统的效率取决于热量的流动方向和流量的大小。
在供暖系统中，应选择高效的供暖设备，并对其进行合理的安装和调整，以提高热量的利用效率，降低熵增。
2.4 合理调控供暖温度供暖温度的调控也是熵增原理的应用之一。
根据热力学第二定律，热量从高温区域流向低温区域，导致熵增。
在供暖过程中，应根据实际需要，控制供暖温度，适当降低温度差，减少热量的流失，提高能源利用效率。
3. 熵增原理在供暖中的优势应用熵增原理对供暖系统进行优化和改进，可以带来以下优势：•提高能源利用效率：通过合理布局供暖管道、绝热设计、高效设备和温度调控，可以减少热量的散失和流失，提高能源的利用效率。
•节能减排：优化供暖系统可以降低能源的消耗，减少热量的流失，实现节能减排的目标，对环境保护具有积极意义。
回热循环名词解释
回热循环名词解释
热循环是指热能在系统内的循环过程中的传递与转化。
它是一种基于热力学原理设计的循环系统，将热能从一个热源吸收，经过一系列的转换过程，将热能传递到一个冷源，完成能量转化。
热循环常用于热能的利用和转换，例如汽轮机、内燃机等能源转换系统。
典型的热循环包括卡诺循环、朗肯循环、布雷顿循环等。
卡诺循环是一种理想的热循环，由两个等温过程和两个绝热过程组成。
它的工作原理是在高温热源与低温冷源之间进行热能传递，通过压缩气体使其温度升高并释放热能，然后将气体冷却并膨胀，使其温度降低并吸收热能。
卡诺循环是理论上最高效的热循环，用于评估其他热循环系统的效率。
朗肯循环是内燃机中常用的热循环，由四个过程组成：吸气、压缩、燃烧与膨胀、排气。
在朗肯循环中，压缩过程和膨胀过程是绝热的，吸气和排气过程是等压的。
通过燃烧燃料使气体膨胀产生动力，完成能量转换。
布雷顿循环是蒸汽动力机械（如蒸汽轮机）中常用的热循环，由蒸汽锅炉产生高温高压蒸汽，通过蒸汽轮机进行膨胀并释放热能，然后将低温低压蒸汽由凝汽器冷却并压缩为液体，再输送至锅炉中重新加热，形成循环。
这种循环系统广泛应用于发电站等大型能源转换设施中。
通过热循环，能量可以从热源向冷源传递，并完成能量转换。
热循环的设计和优化可以提高能源利用效率，减少能源浪费，具有重要的经济和环境意义。
热力学中的熵与热力学循环优化
热力学中的熵与热力学循环优化热力学是研究能量转化和传递规律的学科，而熵则是热力学中的一个重要概念。
熵可以用来描述系统的无序程度，也是判断热力学过程可逆性的重要指标。
而在热力学中，循环过程在能量转化中起着重要作用。
本文将重点介绍熵的概念以及热力学循环的优化。
一、熵的概念在热力学中，熵可以用来描述系统无序程度的物理量。
熵的定义可以从微观和宏观两个角度进行解释。
1. 微观角度：从微观角度来看，熵可以理解为系统中分子之间的无序程度。
当分子排列有序时，系统的熵较低；而当分子排列无序时，系统的熵较高。
熵的增加代表着系统的无序程度增加。
2. 宏观角度：从宏观的角度来看，熵可以理解为系统中能量的分散程度。
当能量分散较少时，系统的熵较低；而当能量分散较多时，系统的熵较高。
熵的增加代表着能量的分散程度增加。
熵是一个状态函数，它与系统的状态有关，与路径无关。
根据热力学第二定律，在孤立系统中，熵总是趋向于增加，只有在理想情况下，即绝对零度时熵可以达到最小值。
二、热力学循环优化热力学循环是一种热能转化的过程，通常用来产生功或提供制冷效果。
热力学循环一般包括四个基本过程：绝热过程、等温过程、等压过程和等熵过程。
熵在热力学循环中的应用可以帮助我们优化热能转化效率。
1. 克诺定理克诺定理是热力学中的一个重要定理，它给出了理想热力学循环的最大热效率。
根据克诺定理，理想热力学循环的最大热效率与工作物质在温度最高和温度最低两个端点的温度有关。
最大热效率的计算公式如下：η = 1 - Tc/Th其中，η表示热效率，Tc表示制冷剂在温度最低端点的温度，Th表示工作物质在温度最高端点的温度。
通过调整工作物质的温度和制冷剂的温度，我们可以优化热力学循环的效率。
2. 热力学循环优化为了使热力学循环达到最大的功输出或制冷效果，我们可以根据具体的问题进行循环优化。
（1）热力学循环的功输出优化在功输出优化中，我们需要调整热力学循环的参数，以使循环的总功输出最大化。
混合制冷剂循环液化天然气流程的优化
混合制冷剂循环液化天然气流程的优化赵军(重庆龙冉能源科技有限公司，重庆 408017)摘要：基于社会发展的大环境，社会对于清洁能源的使用越来越重视起来。
实际上，就国内清洁能源工艺而言，还需不断发展，只有将其技术不断进行完善，才可以进行自主研发。
基于此，文章首先概述了天然气流程，然后从两个方面展开论述，即流程与配比优化，并探究了实际的优化方式。
关键词：混合制冷；液化天然气；单级循环；节能降耗中图分类号：TB66 文献标志码：A 文章编号：1008-4800(2021)11-0167-02DOI:10.19900/ki.ISSN1008-4800.2021.11.082Optimization of Liquefied Natural Gas Flow of Mixed Refrigerant Cycle ZHAO Jun (Chongqing Longran Energy Technology Co., Ltd., Chongqing 408017, China) Abstract: Based on the environment of social development, the society pays more and more attention to the use of clean energy. In fact, as far as domestic clean energy technology is concerned, it needs to be developed continuously. Only by improving its technology can it be developed independently. Based on this, this paper first summarizes the natural gas process, and then from two aspects, namely process and ratio optimization, and explore the actual optimization.Keywords: hybrid refrigeration; liquefied natural gas; single stage cycle; energy saving0引言伴随技术的进步，我国也产生了许多新型的清洁能源，在这之中就包括液化天然气，因为其操作流程非常简便，而且所需成本费用相对较少，所以它被广泛运用到各个相关行业中。
熵熵增加原理知识
（
）的积分.
dQ /T
5
可逆过程 无限小可逆过程
熵的单位
SB
SA
B dQ
A T
dS dQ T
J/K
6
二 熵变的计算 （1）熵是态函数，与过程无关. 因此, 可在两平衡态之间假设任一可逆过程，从而可计算熵变 . （2）当系统分为几个部分时， 各部分的熵变之和等于系统的熵变 .
7
例1 计算不同温度液体混合后的熵变 . 质量为0.30 kg、温度为 的水，与质量为 0.70 kg、 温度为 的水混合后，最后达到平衡状态. 试求水的熵变. 设整个系统与外界间无能量传递 .
2
p Qi
一微小可逆卡诺循环
Qi Qi1 0
Ti
Ti1
对所有微小循环求和
o
Qi 0
Qi1 V
i
i可逆循环过程，热温比之和为零 .
3
2 熵是态函数
p C
dQ dQ dQ
B
•
0
T ACB T BDA T
A•
可逆过程 D
dQ dQ
BDA T
ADB T
10
例2 求热传导中的熵变.
t 设在微小时间 内，从 A 传到 B 的热量为 .
Q
SA
Q TA
SB
Q TB
Q
TA
TB
TA TB
绝热壁
11
S
SA
SB
Q TA
Q TB
TA TB S 0
同样，此孤立系统中不可逆过程熵亦是增加的 .
12
三 熵增加原理： 孤立系统中的熵永不减少.
S ≥ 0
孤立系统不可逆过程 孤立系统可逆过程
15
熵增原理及其应用领域介绍
熵增原理及其应用领域介绍熵增原理是热力学中重要的基本原理之一，它描述了一种自然趋势，即在孤立系统中熵会不断增加的过程。
熵增原理在许多科学领域中起着重要的作用，包括物理、化学、生态学和信息论等领域。
本文将详细介绍熵增原理的概念、熵的定义及其应用领域。
1. 熵增原理的概念熵增原理是基于热力学第二定律发展起来的，它表明在孤立系统中，熵的增加是不可逆、不可逆向的过程。
熵可以理解为系统的混乱程度或无序程度，更具体地说，熵是系统内能量的分散、分配和不可用性的度量。
根据熵增原理，自然趋势是系统的熵增加，即系统趋向于更大的无序状态。
2. 熵的定义熵是由德国物理学家鲁道夫·克劳修斯（Rudolf Clausius）于1850年提出的。
根据克劳修斯的定义，熵的变化可以通过以下公式来计算：∆S = ∫(đQ/T)其中，∆S表示系统的熵变化，đQ表示系统所吸收或放出的热量，T表示绝对温度。
这个公式表明熵的变化与系统所吸收或放出的热量以及温度的倒数有关。
当系统吸收的热量增加或温度下降时，系统的熵会增加。
3. 熵增原理的应用领域3.1 物理领域在物理领域，熵增原理广泛应用于热力学、统计物理学和宇宙学等领域。
熵增原理为解释许多自然现象提供了理论基础。
例如，宇宙学中的宇宙膨胀可以通过熵增原理来解释，因为宇宙的膨胀导致了更大的无序状态。
此外，熵增原理还被用来研究化学反应的平衡性和反应速率等问题。
3.2 化学领域在化学领域，熵增原理可以用于研究化学平衡以及化学反应的稳定性。
通过计算反应物和生成物的熵变，可以确定反应的方向和趋势。
根据熵增原理，自然趋势是系统的熵增加，因此反应过程中熵的变化可以帮助我们预测反应的进行方向。
3.3 生态学领域生态学是熵增原理的另一个应用领域。
生态学研究生态系统的稳定性和可持续性等问题。
熵增原理可以解释生态系统中能量和物质的流动，以及生物种群的变化。
生态学家利用熵增原理来研究生态系统的稳定性和过程的可逆性。
回热器循环熵增的概念及其优化
参考文献(3条) 1.张可村 工程优化的算法与分析 1988 2.Hamaguchi K Effects of regenerator size change on Stirling engine performance 1991 3.Urieli I;Berchowitz D M Stirling cycle engine analysis 1984
第2l 卷第2 期 2000 年4 月
哈尔滨工程大学学报 Jour nal of ~arbi n Engi neeri ng Uni versit y
Vol .2l ，N .2 Apr . ，2000
回热器循环熵增的概念及其优化
顾根香l ，王芝秋l ，金东寒2 ，黄霞平2
（l . 哈尔滨工程大学 动力工程系，黑龙江 哈尔滨 l5000l ；2 . 上海船用柴油机研究所，上海 2000ll ）
摘
要：应用热力学第二定律分析了回热器的工作特性，提出了回热器循环熵增的概念，并以此为目标对
回热器进行了优化，实现了提高斯特林发动机性能的目的. ! 关 键 词：斯特林发动机；回热器；循环熵增
中图分类号：TK5 文献标识码：A 文章编号：l006 -7043（2000 ）02 -0037 -03
Concept of Cycl e ent ropy Increase f or a regenerat or and its perf or mance Opti mizati on
出回热器设计的科学评判指标———回热器循环熵
增. 为了分析回热器内部能量的传递情况，我们
来考虑图1 . 该图表示在时间间隔dt 内工质和回
火电厂回热系统节能与优化
火电厂回热系统节能与优化摘要汽轮发电机组及其热力系统是电站的重要组成部分,热力系统表示工质循环中的能量转换及热量利用的过程,反映发电厂能量转换过程的技术完善程度和热经济性高低。
回热作为一个最普通、对提高机组和全厂热经济性最有效的手段,已经被广泛采用。
回热系统优化对于电厂热利用率的提高具有重要意义,从回热系统节能优化的几个方面进行简要分析。
关键词回热系统;热力系统;火电厂;节能优化汽轮发电机组作为电厂的关键设备,保证其安全经济运行对电力工业的发展起着至关重要的作用。
目前,随着汽轮发电机组的运行参数、单机容量以及自动化水平的不断提高,设备结构越来越复杂,发生故障的可能性相应增加,这对机组可用率、机组运行效率、安全性、可靠性与经济性提出了更高的要求。
同时,大批在役机组已经有了一定的服务期,运行中的不安全因素增多,机组的事故时有发生,并造成了重大的经济损失和不良的社会影响。
设备故障的频繁发生,使得维修费用急剧上升,有关统计资料表明,我国电力系统的生产成本中,设备和系统的维修费用大约占1/3。
同时,汽轮机热力系统的运行水平对整个机组的安全性、经济性的影响越来越大。
例如,高参数、大容量机组的高加停运,机组约降低出力15%左右,经济性显著下降。
热力系统故障严重时还会危及机组运行的安全性,比如,国内许多电厂都发生过因凝汽器、给水加热器等热力设备故障引发的事故,凝汽器真空过低,不仅会引起蒸汽在机组中的有效焓降减小,循环热效率下降,还会导致汽轮机排汽温度升高,排汽缸变形和振动等故障。
因此,对汽轮机热力系统进行优化对于电厂的经济性诊断和节能工作具有十分重要的意义。
1 回热系统节能优化1.1 回热系统回热作为一个最普通、对提高机组和全厂热经济性最有效的手段,被当今所有电厂的汽轮机所采用。
回热系统既是汽轮机热力系统的基础,也是电厂热力系统的核心,它对机组和电厂的热经济性起着决定性的作用。
回热循环是提高电厂效率的措施之一,现代大型热力发电厂几乎毫不例外的采用了回热循环。
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Concept of Cycle Entropy Increase f or a Regenerator and its Perf ormance Optimization
GU Gen- xiang1 , WAN G Zhi- qiu1 , J IN Dong- han2 , HUAN G Xia-ping2
发 ,提出了回热器循环熵增的概念 ,并以此为优化 目标对回热器进行了优化计算 .
1 回热器效率的定义
回热器传统的设计方法是建立在热力学第一 定律基础上能量的 “量值” 分析法 . 通过能量 “量 值” 的分析 , 可揭示能量在回热器内部传递的情 况 ,从而确定回热器的能量传递效率 . 根据 Urieli I. 的定义 [ 1 ] ,回热器效率定义为 ε r =
第 2 期 顾根香 ,等 : 回热器环熵增的概念及其优化 ・3 9 ・
对回热器的设计要求 , 主要有以下几条 :
1 ) 热容量大 , 以降低温度波动 ; 2 ) 热传导性好 , 以降低温度梯度 ; 3) 热交换面积大 , 以降低回热器基体和工质
3. 2 优化计算方法
科学评判指标 , 是能量 “量” 和 “质” 统一 , 考虑了能 量在传递过程中的各种损失 , 表征了能量损失的 真实情况 .
3) 本文以回热器循环熵增为目标函数 , 运用
由于斯特林发动机性能仿真程序每循环计算 时间较长 , 而在优化计算时 , 每次迭代过程中目标 函数值都需要通过仿真程度计算得到 , 为此优化 主程序将斯特林发动机仿真程度作为子程序来求 解目标数值 , 需要多次调用该子程序进行反复迭 代计算 , 使优化求解的运算时间特别冗长 . 因此回 热器优化设计计算需要特别考虑优化计算方法在 计算时间上的经济性 . 由于 Powell 法的迭代次数较少 , 而且不需要 求导数 , 只需要计算目标函数值 , 因此特别适用于 回热器参数寻优 .
实际上 , 回热器基体和工质之间总存在温差 ( Δ T ) ,以及工质在流动过程存在摩擦阻力等损 失 ,必然产生不可逆性 ,实际过程为 1 → a . 在该过 程中 ,熵变量 d S = d S f + d S g , 即熵变量包括熵流
d S f 和熵产 d S g 两个部分 . 熵产 d S g = d S i rr > 0 .
( 1. Dept . of Power Eng. , Harbin Engineering University , Harbin 150001 ,China ;2. Shanghai Marine Diesel Engine Research In2 stitution ,Shanghai 200011 ,China)
性能仿真的手段对回热器的结构参数进行了优化 计算 , 提高了斯特林发动机的循环效率 .
参考文献 :
[1] Urieli I , Berchowitz D M. Stirling cycle engine analy2 sis [ M ] . Bristol :Adam Hilger Ltd , 1984. [2 ] Hamaguchi K. Effects of regenerator size change on Stirling engine performance [ C ] . Proc 26t h IECEC , Boston , 1991. [3 ] 张可村 . 工程优化的算法与分析 [ M ] . 西安 : 西安交
以回热器为控制体 , 在 δ t 时间内 , 质量为 δm i 的工质流出入控制体 , 质量为 δm e 的工质流 出入体控制体 , 热量 δ Q 通过温度为 T 的微元面 积传给工质 . 令
S t = 时刻 t 回热器的熵 S t +δt = 时刻 t + δ t 回热器的熵
3 回热器的优化设计
f
= 0 . 则 , 熵变量 ΔS =
dS . ∮
g
整个回热器一个循环的熵增为 ΔS r = ΔS =
r
dS ∫ ∫ ∮
r
g
最后可得到所要求的热力学第二定律的表达式
dS = dS ∫ ∫ ∮ ∮ m S d t m S d t. ∮ ∮
ΔS r = ΔS =
r
g
CV
+
r
e e
iБайду номын сангаас
i
在计算时 , 采用离散化形式 ΔS r = 6
回热器循环熵增的概念及其优化
顾根香1 ,王芝秋1 ,金东寒2 ,黄霞平2
( 1. 哈尔滨工程大学 动力工程系 ,黑龙江 哈尔滨 150001 ;2. 上海船用柴油机研究所 ,上海 200011)
摘 要 : 应用热力学第二定律分析了回热器的工作特性 ,提出了回热器循环熵增的概念 ,并以此为目标对 回热器进行了优化 ,实现了提高斯特林发动机性能的目的 . ① 关 键 词 : 斯特林发动机 ; 回热器 ; 循环熵增 中图分类号 : T K5 文献标识码 :A 文章编号 :1006 - 7043 ( 2000) 02 - 0037 - 03
第 21 卷第 2 期 哈 尔 滨 工 程 大 学 学 报 Vol. 21 , № .2 2000 年 4 月 Journal of Harbin Engineering U niversity Apr. ,2000
4 优化结果
在某一设计工况下 , 回热器优化设计的结果 与原方案的比较见表 1 . 由此可见对回热器进行 最优化设计后 , 回热器循环熵增有较大幅度地减 小 , 斯特林发动机循环效率有明显的提高 .
表1 回热器的优化结果
Table 1 Optimal results of regenerator
图1 回热器换热单元
Fig. 1 Heat regenerator unit
质的定容比热 . 可定义回热器循环熵增 ΔS r 为回热器性能 的评判指标 . 从上述表达式可知 , 回热器循环熵增 ΔS r 考虑了发生在回热器内部的各种热力损失 , 包含了能量在传递过程中 “量值” 的损失和 “品质” 下降 , 以此为回热器性能的评判指标比仅考虑能 量在传递过程中 “量值” 损失的回热器效率更为合 理.
360
k=1
T
.
6
r
Q ( i) + CV T m ( i) T ik T ik 1
M elg
T ek T ek - 1
M i lg
式中 : Q ( i ) 为一个算步内 , 控制体 i 传给回热器 基体的能量 ; T m ( i ) 为控制体 i 的基体温度 ; M e 为一个算步内 , 流出回热器的工质质量 ; M i 为一 个算步内 , 流入回热器的工质质量 ; T ek , T ik 为当 前流出 、 流入回热器的工质温度 ; T ek - 1 , T ik - 1 为 上一算步流出 、 流入回热器的工质温度 ; Cv 为工
间的温差 ;
4 ) 无益容积小 , 以提高工质压力的波幅 ; 5 ) 流动阻力小 ; 6 ) 回热器的基体均匀 .
人们在研究回热器时 , 一般仅研究回热器的 换热特性和流阻损失 , 并作相应的优化设计 . 实际 上这是不合适的 . 因为按照传统的设计方法 , 由于 仅考虑回热器内部的流动 、 换热特性 , 以提高回热 器效率为目标 , 没有考虑循环过程中传热的不可 逆性 , 即能量 “品质” 的下降 , 不可能使回热器性能 达到最佳 . 由于回热器循环熵增考虑了发生在回 热器内部的各种损失 , 是建立在热力学第一定律 和热力学第二定律基础上能量 “量” 和 “质” 的统 一 , 所以本文选取回热器循环熵增作为优化的目 标. 回热器优化设计的数学模型可归结为一个非 线性约束最优化问题
d Sf =
1Q 2
+
m S dt m S dt ∮ ∮
e e i i
从另一方面看 , 在一个斯特林循环内 , 熵变量 ΔS =
dS = dS + dS ∮ ∮ ∮
f g
对传热项而言 , 在一个斯特林循环内 , 工质和回热 器基体的净热交换量为零 , 即 ∮ 1 Q 2 = 0 , 因此 ,
dS ∮
117 . 1 70 67 . 6 0 . 0872 48 . 0
斯特林发动机循环效率 η ind / %
5 结 论
1) 回热器是斯特林发动机的关键元件 , 其设
计的好坏直接影响到斯特林发动机性能 .
2) 本文提出的回热器循环熵增是回热器的
器循环熵增 s. t . gt ( X) ≤0 设计变量 X 为回热器的结构参数 .
Abstract : The working characteristic of a regenerator was analyzed by using t he Second Law of Thermody2 namics , and a concept of cycle ent ropy increase for a regenerator was advanced. Wit h t he aim of improving t he Stirling Engine performance , optimization of a regenerator was carried out base on t he cycle ent ropy in2 crease. Key words :stirling engine ; regenerator ; cycle ent ropy increase
哈 尔 滨 工 程 大 学 学 报 第 21 卷 ・38 ・
量 ; Ei 为最大理论传递能量 .
在一个斯特林循环内 , 回热器发生的熵变化 ΔS r =
dS ∮
CV
2 回热器设计的评判指标
作为回热器设计的评判指标 , 必须考虑发生 在回热器内部的各种热力损失 , 也就是说不仅要 考虑能量在传递过程中 “量值” 的损失 , 而且也要 考虑能量在传递过程中 “品质” 的下降 . 本节从分 析以回热器为控制体的热力学第二定律出发 , 提 出回热器设计的科学评判指标 — — — 回热器循环熵 增. 为了分析回热器内部能量的传递情况 , 我们 来考虑图 1. 该图表示在时间间隔 d t 内工质和回 热器单元 d x 的能量交换过程 1 → 2. 由于工质和 回热器发生了热交换 , 工质的熵发生了变化 d S . 如果该热交换过程为可逆过程 , 则 d S = d S f , 即 过程 1 → 2 熵变量等于该过程中的熵流 d S f . 熵流