一种基于无量纲归一化图示的热力循环构建方法

本发明属于热力循环，具体的说，是涉及一种基于无量纲归一化图示的热力循环构建方法。

背景技术：

1、热力循环在热力学和动力机械发展史上占有重要位置，它是热机发展的理论基础和能源动力系统的核心，早期研究通常用文字表示热力循环的工作流程。在热力循环的研究进程中，热力循环图示法逐渐被用于循环分析及优化，其能够直观地展示一个封闭系统在不同状态之间的循环过程，具有直观、方便的优点，因此不断完善热力循环图示的意义是简化循环分析的关键所在。

2、在研究初级阶段，热力循环图示的横纵坐标往往选择易于测量的热物理参数，例如温度、压力、体积。随着“熵”和“焓”被引入到对热力系的描述中，热力循环图示也有了更多的选择。这也致使针对同一个循环分化出不同的参数图示化方法，还无法选择一种更方便、准确的图示。另外，热力循环的确定在冷热源的外界条件加持下，还要受类似工质、循环形式、输运性能等等多维度变量的影响，但目前的循环图示未能将这些影响因素统一考虑。

3、热力循环图示的诸多几何元素都具有明确的意义，比如卡诺循环的图示为矩形，矩形的面积代表了循环的净功量，吸放热过程线与s轴所包围的面积代表了循环的吸放热量，而在之前的研究中，受坐标量纲差异的影响，循环图示周长的意义还未曾明确。

技术实现思路

1、针对热力循环图示的相关技术问题，本发明提供了一种基于无量纲归一化图示的热力循环构建方法，能够消除不同热物性图示之间的差距，实现热力循环图示的归一化；利用该方法可以将多种工质、多种循环、多种参数的循环图示统一处理，完善热力循环图示更多几何元素的意义。

2、为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

3、本发明提供了一种基于无量纲归一化图示的热力循环构建方法，包括：

4、s1：对多个热力循环工况的热物性参数图示，利用无量纲方法进行坐标无量纲化，得到每种所述热力循环工况下的无量纲热物性参数图示组；

5、s2：计算所述无量纲热物性参数图示组中各个图示的周长和面积；

6、s3：利用所述周长和面积，分别计算每个所述热力循环工况下所述无量纲热物性参数图示组的综合差异值；

7、s4：在每个所述热力循环工况下，按照所述综合差异值从小到大的顺序对所有的所述无量纲方法进行排序，并得到每种所述无量纲方法的排名序号；

8、s5：对每种所述无量纲方法在所有的所述热力循环工况下的排名序号计算平均值，将平均值最小的所述无量纲方法作为最优无量纲方法；

9、s6：在待构建热力循环的冷热源下，将任一工质的物性代入任意画出的无量纲图示中，得到待构建热力循环的无量纲热物性参数图示；通过所述最优无量纲方法的逆过程，将所述无量纲热物性参数图示有量纲化，得到待构建热力循环的有量纲热物性参数图示，从而完成热力循环构建。

10、进一步地，所述无量纲方法为：利用两种及以上的物理学常量乘/除得到无量纲系数，将所述热物性参数图示组的n种坐标分别与该坐标对应的无量纲系数相乘。

11、更进一步地，所述热物性参数图示组的每种坐标对应于两个无量纲系数，则每种所述热力循环工况下得到2n个所述无量纲热物性参数图示组，即每种所述热力循环工况下有2n种所述无量纲方法；其中，n为所述热物性参数图示组中坐标的种类。

12、进一步地，所述热力循环工况包括s-co2布雷顿循环、空气布雷顿循环、以r245fa为工质的朗肯循环和以r1234yf为工质的朗肯循环。

13、进一步地，所述热物性参数图示组中的图示包括温熵图(t-s)、压力比容图(p-v)、焓熵图(h-s)和压焓图(p-h)。

14、进一步地，所述综合差异值由a和b的方差代表；其中，a为无量纲热物性参数图示组中的周长的方差，b为无量纲热物性参数图示组中的面积的方差。

15、本发明的有益效果是：

16、本发明提出的一种基于无量纲归一化图示的热力循环构建方法，利用该方法可以消除不同热物性参数图示之间的量纲差距，将多种工质、多种循环、多种参数的热物性参数图示归一化，简化了热力循环在相同冷热源间循环类型及工质的选择优化工作。无量纲热物性参数图示还可以作为探究热力循环图示更多几何意义的理论支撑，为简化系统分析提供了思路。

技术特征：

1.一种基于无量纲归一化图示的热力循环构建方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于无量纲归一化图示的热力循环构建方法，其特征在于，所述无量纲方法为：利用两种及以上的物理学常量乘/除得到无量纲系数，将所述热物性参数图示组的n种坐标分别与该坐标对应的无量纲系数相乘。

3.根据权利要求2所述的一种基于无量纲归一化图示的热力循环构建方法，其特征在于，所述热物性参数图示组的每种坐标对应于两个无量纲系数，则每种所述热力循环工况下得到2n个所述无量纲热物性参数图示组，即每种所述热力循环工况下有2n种所述无量纲方法；其中，n为所述热物性参数图示组中坐标的种类。

4.根据权利要求1所述的一种基于无量纲归一化图示的热力循环构建方法，其特征在于，所述热力循环工况包括s-co2布雷顿循环、空气布雷顿循环、以r245fa为工质的朗肯循环和以r1234yf为工质的朗肯循环。

5.根据权利要求1所述的一种基于无量纲归一化图示的热力循环构建方法，其特征在于，所述热物性参数图示组中的图示包括温熵图(t-s)、压力比容图(p-v)、焓熵图(h-s)和压焓图(p-h)。

6.根据权利要求1所述的一种基于无量纲归一化图示的热力循环构建方法，其特征在于，所述综合差异值由a和b的方差代表；其中，a为无量纲热物性参数图示组中的周长的方差，b为无量纲热物性参数图示组中的面积的方差。

技术总结本发明属于热力循环技术领域，公开了一种基于无量纲归一化图示的热力循环构建方法，包括：对多个热力循环工况通过无量纲方法得到无量纲热物性参数图示组；分别计算每个热力循环工况下无量纲热物性参数图示组的综合差异值；按照综合差异值对无量纲方法进行排序，得到最优无量纲方法；在待构建热力循环的冷热源下，将任一工质的物性代入任意画出的无量纲图示中，得到待构建热力循环的无量纲热物性参数图示；通过最优无量纲方法的逆过程，得到待构建热力循环的有量纲热物性参数图示，从而完成热力循环构建。本发明能够消除不同热物性图示之间的差距，实现热力循环图示的归一化，从而将多种工质、多种循环、多种参数的循环图示统一处理。技术研发人员：赵力,赵梦娣,许伟聪,邓帅受保护的技术使用者：天津大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29