：本发明属于热力学及热动/热泵。
背景技术
0、
背景技术：
1、冷需求、热需求和动力需求，为人类生活与生产当中所常见。热动装置将热能转换为机械能为人们获得和提供动力，制冷/热泵装置利用机械能转换为热能从而实现制冷/制热；在热动装置和制冷/热泵装置中，都存在着循环工质与热源之间传输热量的传热过程。
2、为实现热能在正向循环中的高效利用，需要减少工质自高温热源获取高温驱动热负荷过程和向低温热源(热汇)释放低温热负荷过程中过剩的传热温差；为实现机械能在逆向循环中的高效利用，需要减小工质自低温热源获取低温热负荷过程和向高温热源(热汇)释放高温热负荷过程中过剩的传热温差。为此，需要实现传热过程中工质温度变化特性与热源/热汇温度变化特性的匹配。同时，对于许多高效热力循环来说，例如斯特林循环、爱立信循环、奥托循环、狄塞尔循环等，实际循环与理想循环的偏差很大，这主要是由于关键的热力过程无法得到准确的实现。
3、为了解决热能利用过程中温差利用不合理、先进热力循环难以精准实现的问题，需要研发能够实现任意热力过程的方法。本发明凝练出影响热力过程走向的四类关键要素，给出了实现热力过程的要素协调方法，实现传热要素与做功要素在协调状态下的相互求解；实现热力过程的要素协调方法，能够在较大范围内实现任意热力过程，从而实现传热过程中工质温度变化特性与热源/热汇温度变化特性的匹配，同时为先进热力循环系统的构建与实现奠定基础。
技术实现思路
0、
技术实现要素：
1、本发明主要目的是要提供实现热力过程的要素协调方法，具体
技术实现要素：
分项阐述如下：
2、1.实现热力过程的要素协调方法，其内容包含如下步骤：
3、(1)划定热力过程走向的关键要素，分别为初始要素、传热要素、做功要素和物性要素；
4、(2)建立要素协调方法的基本方程组：
5、对于以a和b为独立状态参数的宏观过程，有
6、过程方程f(a，b)＝0，[a，b]＝[a1，b1]→[an，bn]
7、能量方程
8、物性方程组p[a，b，p，v，t，...]＝0
9、对于以a和b为独立状态参数的微元过程，有
10、过程方程f(ai，bi)＝f(ai+1,bi+1)＝0
11、能量方程δqi＝dui+pidvi
12、物性方程组p[ai，bi，pi，vi，ti，…]＝p[ai+1，bi+1，pi+1，vi+1，ti+1，…]＝0
13、对于以t和v作为独立状态参数的微元过程，有
14、过程方程g(ti，vi)＝g(ti+1,vi+1)＝0 (1-1)
15、能量方程
16、物性方程组p[vi，ti，pi，cvi，αvi，κti，...]＝p[vi+1,ti+1,pi+1，vci+1，ɑvi+1,κti+1，…]＝0 (1-3)
17、(3)以t和v为独立状态参数，在初始要素、传热要素和物性要素均为已知或易得时求解做功要素，具体步骤如下：
18、①采用按照时间间隔分割的方法，将宏观目标热力过程充分分割为(n-1)个微元过程，并将第i个微元过程用时记为dτi；或者采用按照热力设备转轴转角分割的方法，将宏观目标热力过程充分分割为(n-1)个微元过程，并将第i个微元过程占用转轴转角记为根据计算精度的要求，为各个微元过程选取适当的dτi或此时有
19、τi＝τ1(当i＝1)或τi＝τi-1+dτi-1(当i>1)
20、(当i＝1)或(当i>1)
21、
22、其中τi和分别为第i个微元过程起点所对应的时刻和转角。
23、②对于第i个微元过程，传热要素已知，由或等方式求得δqi；
24、③对于第i个微元过程，依据ti和vi，由物性方程组(1-3)提供pi和各项热系数；由能量方程(1-2)和过程方程(1-1)解得dti和dvi，确定第i个微元过程的终点，这也是第i+1个微元过程的起点；
25、④初始要素已知，即τ1，t1，v1等参数均已知。从i＝1开始，依次通过基本方程组递推求解。直至当ti+1与tn、vi+1与vn之间的误差均小于给定值，则可认为n-1＝i，计算完成；同时可得到过程持续的总时间δτ＝τi+dτi或总转角
26、⑤计算完成后，得到v相对于τ或的变化规律v(τ)或利用凸轮、气动、液压等手段或其他的体积调控手段实现该体积变化规律，便可以实现目标热力过程。
27、2.实现热力过程的要素协调方法，其内容包含如下步骤：
28、(1)划定热力过程走向的关键要素，分别为初始要素、传热要素、做功要素和物性要素；
29、(2)建立要素协调方法的基本方程组：
30、对于以a和b为独立状态参数的宏观过程，有
31、过程方程f(a，b)＝0，[a，b]＝[a1，b1]→[an，bn]
32、能量方程
33、物性方程组p[a，b，p，v，t，...]＝0
34、对于以a和b为独立状态参数的微元过程，有
35、过程方程f(ai，bi)＝f(ai+1,bi+1)＝0
36、能量方程δqi＝dui+pidvi
37、物性方程组p[ai，bi，pi，vi，ti，..]＝p[ai+1，bi+1,pi+1，vi+1，ti+1，...]＝0
38、对于以t和v作为独立状态参数的微元过程，有
39、过程方程g(ti，vi)＝g(ti+1，vi+1)＝0 (1-1)
40、能量方程
41、物性方程组p[vi，ti，pi，vci，ɑvi，κti，...]＝p[vi+1,ti+1,pi+1，cvi+1，αvi+1，κti+1,…]＝0 (1-3)
42、(3)以t和v为独立状态参数，在初始要素、做功要素和物性要素均为已知或易得时求解传热要素，具体步骤如下：
43、①采用按照时间间隔分割的方法，将宏观目标热力过程充分分割为(n-1)个微元过程，并将第i个微元过程用时记为dτi；或者采用按照热力设备转轴转角分割的方法，将宏观目标热力过程充分分割为(n-1)个微元过程，并将第i个微元过程占用转轴转角记为根据计算精度的要求，为各个微元过程选取适当的dτi或此时有
44、τi＝τ1(当i＝1)或τi＝τi-1+dτi-1(当i>1)
45、(当i＝1)或(当i>1)
46、
47、其中τi和分别为第i个微元过程起点所对应的时刻和转角。
48、②对于第i个微元过程，做功要素已知，由或等方式求得dvi；
49、③对于第i个微元过程，将dvi代入过程方程(1-1)，可求得dti，从而确定第i个微元过程的终点，这也是第i+1个微元过程的起点；
50、④对于第i个微元过程，将dvi和dti代入能量方程(1-2)，同时由物性方程组(1-3)提供pi和各项热系数，可求得δqi；
51、⑤初始要素已知，即τ1，t1，v1等参数均已知。从i＝1开始，依次通过基本方程组递推求解。直至当ti+1与tn、vi+1与vn之间的误差均小于给定值，则可认为n-1＝i，计算完成；同时可得到过程持续的总时间δτ＝τi+dτi或总转角
52、⑥计算完成后，结合累计放热量qsum和微元放热量δqi之间的微积分关系得到qsum相对于τ或的变化规律qsum(τ)或结合传热速率qrate和微元放热量之间的微积分关系或得到qrate相对于τ或的变化关系qrate(τ)或通过调节喷油参数、喷液参数、电加热功率、燃烧参数等方式或其他传热调控手段实现上述传热规律，便可以实现目标热力过程。
53、3.实现热力过程的要素协调方法，其对于实现定熵过程，是在权利要求1或权利要求2所述的实现热力过程的要素协调方法中，令过程方程中的过程函数g＝s(t，v)-s(t1，v1)，引入取代
54、4.实现热力过程的要素协调方法，其对于实现定容过程，是在权利要求1或权利要求2所述的实现热力过程的要素协调方法中，令过程方程中的过程函数g＝v-v1，引入δqi＝mcvidti取代
55、5.实现热力过程的要素协调方法，其对于实现定压过程，是在权利要求1或权利要求2所述的实现热力过程的要素协调方法中，令过程方程中的过程函数g＝p(t，v)-p(t1，v1)，引入δqi＝mcpidti取代
56、6.实现热力过程的要素协调方法，其对于实现定温过程，是在权利要求1或权利要求2所述的实现热力过程的要素协调方法中，令过程方程中的过程函数g＝t-t1，引入取代
57、7.实现热力过程的要素协调方法，其对于实现多变热力过程，是在权利要求1或权利要求2所述的实现热力过程的要素协调方法中，令过程方程中的过程函数
58、g＝p(t，v)·vn-p(t1，v1)v1n。
59、8.实现热力过程的要素协调方法，其对于实现不可逆热力过程，是在权利要求1或权利要求2所述的实现热力过程的要素协调方法中，进行如下调整：
60、(1)对于输出功的过程，引入取代
61、(2)对于耗功的过程，引入取代
62、9.实现热力过程的要素协调方法，是在权利要求1-8所述的实现热力过程的要素协调方法中，对于耦合性较强且具体耦合关系尚不明确的两要素求解问题，按照如下方法迭代求解：
63、(1)假设要素a具有较为简单的变化规律a0；
64、(2)采用要素协调方法，以目标过程f和规律a0为已知条件，求解要素b的调控规律b1；
65、(3)采用仿真或实验方法，得到b1调控规律下的实际过程f1；
66、(4)采用要素协调方法，以f1和b1为已知条件，反推要素a的实际规律a1；
67、(5)采用要素协调方法，以a1和f为已知条件，求解b2；
68、(6)采用仿真或实验方法，得到b2调控规律下的实际过程f2……
69、依次进行迭代，直至实际过程fn充分接近目标过程f；最终得到要素b的调控规律bn，以及与之耦合的要素a的变化规律an。
70、符号说明：
71、英文字母
72、a,b 状态参数名
73、a，b 要素名
74、c 速率(m/s)
75、cp 定压比热容(j/(kg·k))
76、cv 定容比热容(j/(kg·k)))
77、d 缸径(m)
78、f 函数名
79、f 过程名
80、g 函数名
81、i 序号
82、l 位移(m)
83、m 质量(kg)
84、n 转速(r/min)
85、n 多变指数；
86、 终点状态
87、p 物性方程组
88、p 压力(pa)
89、q 热量(j)
90、r 向径(m)
91、s 熵(j/k)
92、s 比熵(j/(kg·k))
93、t 热力学温度(k)
94、u 内能(j)
95、v 体积(m3)
96、w 功(j)
97、希腊字母
98、a 对流传热系数(w/(m2·k))
99、αv 体膨胀系数(k-1)
100、ηr 相对效率
101、κt 定温压缩系数(pa-1)
102、τ 时间(s)
103、 转角(°)
104、ω 角速度(°/s)
105、下标
106、1，2，...i，...，n 序号(1为起点，i为任意点，n为终点)
1.实现热力过程的要素协调方法，其内容包含如下步骤：
2.实现热力过程的要素协调方法，其内容包含如下步骤：
3.实现热力过程的要素协调方法，其对于实现定熵过程，是在权利要求1或权利要求2所述的实现热力过程的要素协调方法中，令过程方程中的过程函数g＝s(t，v)-s(t1，v1)，引入取代
4.实现热力过程的要素协调方法，其对于实现定容过程，是在权利要求1或权利要求2所述的实现热力过程的要素协调方法中，令过程方程中的过程函数g＝v-v1，引入δqi＝mcvidti取代
5.实现热力过程的要素协调方法，其对于实现定压过程，是在权利要求1或权利要求2所述的实现热力过程的要素协调方法中，令过程方程中的过程函数g＝p(t，v)-p(t1，v1)，引入δqi＝mcpidti取代
6.实现热力过程的要素协调方法，其对于实现定温过程，是在权利要求1或权利要求2所述的实现热力过程的要素协调方法中，令过程方程中的过程函数g＝t-t1，引入取代
7.实现热力过程的要素协调方法，其对于实现多变热力过程，是在权利要求1或权利要求2所述的实现热力过程的要素协调方法中，令过程方程中的过程函数g＝p(t，v)·vn-p(t1，v1)v1n。
8.实现热力过程的要素协调方法，其对于实现不可逆热力过程，是在权利要求1或权利要求2所述的实现热力过程的要素协调方法中，进行如下调整：
9.实现热力过程的要素协调方法，是在权利要求1-8所述的实现热力过程的要素协调方法中，对于耦合性较强的且具体耦合关系尚不明确两要素求解问题，按照如下方法迭代求解：
