不可逆过程与循环的广义热力学优化

On the basis of understanding current various thermodynamic optimization theories and summarizing the previous research results, this project will investigate the dynamic optimization problems of various generalized energy transfer processes (including heat flows, mass flows, electrical flows and so on) and generalized energy (including work, heat energy, chemical energy, electrical energy and so on) conversion cycles with the idea of generalized thermodynamic optimization theory. Thermodynamics, heat and mass transfer, fluid mechanics, chemical reaction kinetics, electricity and optimal control theory will be combined with each other in this project. Both the optimal performances and optimal configurations of irreversible processes and cycles such as heat transfer processes, theoretical and engineering thermodynamic cycles, isothermal mass transfer processes (including throttling, one-way mass transfer, two-way mass transfer and crystallization), non-isothermal mass transfer processes (heating and humidification), single-stage chemical cycles, multistage chemical cycle systems, capacitance charging, power battery circuits will be analyzed and investigated. New optimization criterions and configurations of various irreversible processes and cycles will be derived. Besides, establishments of unified generalized thermodynamic models will be explored, unified optimization methods will be searched, and generalized optimization results and research conclusions will be obtained. It will contribute to the systematic development and perfection of thermodynamic optimization theory, and provide scientific bases and theoretical guidelines for optimal designs and operations of various transport processes, energy conversion systems and practical devices.

在全面系统了解现今各种热力学优化理论和总结已有研究成果的基础上，本课题拟基于广义热力学优化理论的思想，选定热流、质量流、电流等各种广义能量传递过程和功、热能、化学能、电能等广义能量转换循环的动态优化问题为突破口，将热力学、传热传质学、流体力学、化学反应动力学、电学和最优控制理论相结合，分析研究换热过程、理论和工程热力循环、等温传质（包括节流、单向传质、双向传质、结晶）、非等温传质（加热和增湿）、单级化学循环、多级化学循环系统、电容充电、电池作功电路等不可逆过程和循环的最优性能和最优构型，获得各类不可逆过程优化新准则和循环新构型，同时探索建立统一的广义热力学模型，寻求统一的优化方法，获得普适的优化结果和研究结论，有利于促进热力学优化理论成体系地向前发展和完善，可为各类传输过程、能量转换系统及实际装置的优化设计与最优运行提供科学依据和理论指导。

在全面系统了解现今各种热力学优化理论和总结已有研究成果的基础上，本项目基于广义热力学优化理论的思想，选定热流、质量流、电流等各种广义能量传递过程和功、热能、化学能、电能等广义能量转换循环的动态优化问题为突破口，将热力学、传热传质学、流体力学、化学反应动力学、电学和最优控制理论相结合，分析研究了传热过程与热力循环(包括卡诺循环、布雷顿循环及其联产装置、内燃机循环、有机朗肯循环、化学反应驱动热机、吸收式循环、热电装置、微型能量转换系统、量子热力循环)、传质过程和化学循环、导电过程和电池作功电路、贸易过程和商业机循环等不可逆过程和循环的最优性能和最优构型，获得了各类不可逆过程优化新准则和循环新构型，同时建立了统一的广义热力学模型，应用统一的优化方法，获得普适的优化结果和研究结论，有利于促进热力学优化理论成体系地向前发展和完善，可为各类传输过程、能量转换系统及实际装置的优化设计与最优运行提供科学依据和理论指导。.项目取得的重要研究成果如下：将有限时间热力学与（火积）理论相结合开展传热传质过程优化研究，开辟了研究新方向，拓展了（火积）理论的应用范围；得到了一批不可逆过程与循环的性能界限、性能优化关系与优化准则；建立了不可逆广义流传递过程与广义能量转换循环物理模型的统一描述，获得了普适优化结果和研究结论；提出了“广义热力学动态优化理论”。.目前已发表(含已录用)学术论文224篇，包括《中国科学》中、 英文版14篇，国际学术刊物72篇，国际学术会议48篇，68篇被SCI摘录，27篇被EI摘录，1篇为ESI高被引论文；670篇次被国内、外学者引用；在科学出版社出版专著4部；获湖北省和教育部自然科学二等奖各1项。培养中国科协青年人才托举工程入选者1名，毕业博士6名、硕士9名，在读博士3名、硕士4名，1篇博士学位论文被评为全军优秀博士学位论文，3篇硕士学位论文被评为全军优秀硕士学位论文。