|本期目录/Table of Contents|

[1]魏轩宇,殷 勇*,汪 浩,等.量子卡诺热机有效功率优化[J].武汉工程大学学报,2023,45(03):312-318.[doi:10.19843/j.cnki.CN42-1779/TQ.202206032]
　WEI Xuanyu,YIN Yong*,WANG Hao,et al.Optimization of Effective Power of Quantum Carnot Heat Engine[J].Journal of Wuhan Institute of Technology,2023,45(03):312-318.[doi:10.19843/j.cnki.CN42-1779/TQ.202206032]
点击复制

量子卡诺热机有效功率优化(/HTML)
分享到：

《武汉工程大学学报》[ISSN:1674-2869/CN:42-1779/TQ]

卷:
45
期数:
2023年03期
页码:
312-318
栏目:
机电与信息工程
出版日期:
2023-06-30

文章信息/Info

Title:
Optimization of Effective Power of Quantum Carnot Heat Engine
文章编号:
1674 - 2869（2023）03 - 0312- 07
作者:
魏轩宇1;  殷 勇*1; 2;  汪 浩1;  刘彭派1; 张 山1; 李恩泽1
1. 武汉工程大学光电信息与能源工程学院，湖北 武汉 430205；
2. 武汉工程大学热科学与动力工程研究所，湖北 武汉 430205
Author(s):
WEI Xuanyu1;  YIN Yong*1; 2;  WANG Hao1;  LIU Pengpai1;  ZHANG Shan1;  LI Enze1
1. School of Optical Information and Energy Engineering， Wuhan Institute of Technology， Wuhan 430205， China；
2. Institute of Thermal Science and Power Engineering， Wuhan Institute of Technology， Wuhan 430205， China
关键词:
有限时间热力学; 量子卡诺热机; 广义势阱; 有效功率; 性能分析
Keywords:
finite time thermodynamic;  quantum Carnot heat engine;  generalized potential well;  effective power;  performance analysis

分类号:
TK124
DOI:
10.19843/j.cnki.CN42-1779/TQ.202206032
文献标志码:
A
摘要:
建立了一个以广义势阱中的两个费米子为工质的量子卡诺热机循环模型。导出了循环的功率、效率、有效功率等性能参数的表达式，研究了热漏系数与势阱宽度比对循环性能的影响。结果表明：在不同势阱条件下，功率、效率、有效功率均为势阱宽度比的类抛物线函数，功率与有效功率、效率与有效功率的关系曲线均为扭叶型；在相同势阱条件下，热漏系数对功率没有影响，效率与有效功率随热漏系数的增大而减小。以有效功率为优化目标时，反映了功率和效率的折中，为了热机有更高的效率而牺牲了部分功率。

Abstract:
A quantum Carnot heat engine cycle model with two fermions in a generalized potential well as working substance was established. Expressions of performance parameters such as power， efficiency and effective power of the cycle were obtained， and the influences of heat leak coefficient and potential well width ratio on the cycle performance were studied. The results show that power， efficiency and effective power are parabolic functions of the potential well width ratio in different potential well conditions， while the relationship curves between power and effective power， efficiency and effective power are all twisted blades； the heat leakage coefficient has no effect on the power in the same potential well condition， while the efficiency and effective power decrease with the increase of the heat leakage coefficient. When the effective power is taken as the optimization goal， it reflects a compromise between power and efficiency， which implies that the heat engine sacrifices part of power for higher efficiency.

参考文献/References:

［1］ NOVIKOV I I. The efficiency of atomic power stations［J］. Journal of Nuclear Energy，1958，7（1/2）：125-128.

［2］ CHAMBADAL P. Les centrales nucleases［M］. Paris： Armand Colin， 1957.
［3］ CURZON F L， AHLBORN B. Efficiency of a Carnot engine at maximum power output［J］. American Journal of Physics， 1975， 43（1）：22-24.
［4］ ANDRESEN B， SALAMON P， BERRY R S. Thermodynamics in finite time［J］. Physics Today， 1984， 37（9）：62-70.
［5］ RUBIN M H. Optimal configuration of a class of irreversible heat engines I［J］. Physical Review A（General Physics）， 1979， 19（3）：1272-1276.
［6］ AHLBORN B， BARNARD A J. Efficiency reduction of heat engines due to power extraction［J］. American Journal of Physics， 1990， 58（5）：498-499.
［7］ GUTKOWICZ-KRUSIN D， PROCACCIA I， ROSS J. On the efficiency of rate processes. Power and efficiency of heat engines［J］. The Journal of Chemical Physics， 1978， 69（9）：3898-3906.
［8］ SPENCE R D， HARRISION M J. Speed dependence of the efficiency of heat engines［J］. American Journal of Physics， 1985， 53（9）：890-892.
［9］ REBHAN E， AHLBORN B. Frequency-dependent performance of a nonideal Carnot engine［J］. American Journal of Physics， 1987， 55（5）：423-428.
［10］ GORDON J M. Maximum power point characteristics of heat engines as a general thermodynamic problem［J］. American Journal of Physics， 1989， 57（12）：1136-1142.
［11］ SALAMON P， NITZAN A. Finite time optimizations of a Newton’s law Carnot cycle［J］. The Journal of Chemical Physics， 1981， 74（6）：3546-3560.
［12］ 陈林根， 孙丰瑞， 陈文振. 卡诺热机的最佳利润与效率间的关系［J］. 热能动力工程， 1991， 6（4）：237-241.
［13］ 孙丰瑞， 陈林根， 陈文振. 二热源机的全息热效率与利润率谱［J］. 内燃机学报， 1991， 9（3）：286-287.
［14］ 陈林根， 孙丰瑞， 陈文振. 两源热机有限时间?经济性能界限和优化准则［J］. 科学通报， 1991， 36（3）：233-235.
［15］ SIENIUTYCZ S， SALAMON P. Advances in thermodynamics［M］. New York：Physics， 1990.
［16］ BERRY R S， SALAMON P， HEAL G. On a relation between economic and thermodynamic optima［J］. Resources and Energy， 1978， 1（2）：125-137.
［17］ CLARK U A. Thermodynamic optimization： an interface with economic analysis［J］. Journal of Non-Equilibrium Thermodynamics， 1986， 11（1/2）：85-122.
［18］ TSATSARONIS G. Thermoeconomic analysis and optimization of energy systems［J］. Progress in Energy and Combustion Science， 1993， 19（3）：227-257.
［19］ 严子浚. η~λΡ最大时卡诺热机的η和Ρ［J］. 厦门大学学报（自然科学版）， 1986， 25（3）：279-286.
［20］ 吴锋， 孙丰瑞， 陈林根. 1/2自旋不可逆量子卡诺热机输出功率和熵产率的协调优化［J］. 武汉化工学院学报， 1997， 19（2）：88-91.
［21］ 金晓昌， 吴锋， 孙丰瑞， 等. E目标下量子卡诺热机有限时间热力学性能界限［J］. 电站系统工程， 1996， 12（5）：53-55.
［22］ WANG J H， HE J Z. Optimization on a three-level heat engine working with two noninteracting fermions in a one-dimensional box trap［J］. Journal of Applied Physics， 2012， 111（4）：043505：1-6.
［23］ 吴锋， 汪拓， 陈林根， 等. 量子斯特林热机的输出功和热效率［J］. 机械工程学报，2014， 50（4）：150-154.
［24］ WANG J H， HE J Z， MAO Z Y. Performance of a quantum heat engine cycle working with harmonic oscillator systems［J］. Science in China Series G： Physics， Mechanics and Astronomy， 2007， 50（2）：163-176.
［25］ YIN Y， CHEN L G， WU F. Performance analysis and optimization for generalized quantum Stirling refrigeration cycle with working substance of a particle confined in a general 1D potential［J］. Physica E： Low-dimensional Systems and Nanostructures， 2018， 97：57-63.
［26］ WANG J H， WU Z Q， HE J Z. Quantum Otto engine of a two-level atom with single-mode fields［J］. Physical Review E， 2012， 85（4）：041148：1-6.
［27］ ZHANG J W，ZHANG J Q，DING G Y， et al.? Dynamical control of quantum heat engines using exceptional points［J］.?Nature Communications， 2022， 13（1）：6225：1-7.
［28］ FAHRIZA A， SUTANTYO T E P， ABDULLAH Z. Optimizations of multilevel quantum engine with N noninteracting fermions based on Lenoir cycle［J］. The European Physical Journal Plus， 2022， 137（9）：1030：1-8.
［29］ 刘存， 殷勇， 杨晗， 等. 不可逆量子斯特林热泵循环性能分析与优化［J］. 武汉工程大学学报， 2021， 43（2）：232-236.
［30］ 丁佳， 殷勇， 陈林根， 等. 量子狄塞尔热泵循环性能分析［J］. 武汉工程大学学报， 2022， 44（1）：92-96.

相似文献/References:

备注/Memo

备注/Memo:
收稿日期：2022-06-28
基金项目：武汉工程大学科学基金（19QD22）；武汉工程大学研究生教育创新基金（CX2022466）
作者简介：魏轩宇，硕士研究生。E-mail：479217595@qq.com
*通讯作者：殷 勇，博士，副教授。E-mail：191630147@qq.com
引文格式：魏轩宇， 殷勇， 汪浩， 等. 量子卡诺热机有效功率优化［J］. 武汉工程大学学报，2023，45（3）：312-318.

更新日期/Last Update: 2023-07-03