量子斯特林热机循环性能分析和优化

摘要

通过建立以一维无限深势阱中相对论粒子为工质的量子斯特林热机循环模型，并考虑高温热源与低温热源之间的热漏，推导出该循环的效率、无量纲功率和Ω函数的数学表达式。进一步分析了该循环在功率-效率和Ω函数-效率方面的最优性能。研究结果表明：当势阱宽度比在1～2之间时，循环输出正功；无量纲功率和效率与势阱宽度比之间呈现开口向下的类抛物线关系曲线，而无量纲功率和无量纲Ω函数与效率之间则呈现扭叶形关系曲线；由最大无量纲功率与最大效率构成的区间为该循环在功率和效率优化下的最优运行区间，在Ω函数与效率优化关系下的最优性能区间为最大Ω函数与最大效率构成的区间。本研究结果有助于了解量子斯特林热机的最优热力性能，为量子斯特林热机的最优区间设计提供依据。

关键词

有限时间热力学 / 量子斯特林热机循环 / 性能分析 / Ω函数

基金资助

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）