不可逆循环的广义热力学动态优化：工程热力装置与广义机循环

　　基于广义热力学优化理论，《不可逆循环的广义热力学动态优化——工程热力装置与广义机循环》对工程界和人类社会中广泛存在的不可逆功、热能、电能、化学能和资本等工程热力装置与广义机循环开展了动态优化研究，获得了不同优化目标下的循环优构型。《不可逆循环的广义热力学动态优化——工程热力装置与广义机循环》汇集著者多年研究成果，第1章介绍有限时间热力学、熵产生小化、广义热力学优化、 理论等各种热学优化理论的产生，并回顾与《不可逆循环的广义热力学动态优化——工程热力装置与广义机循环》相关的动态优化问题的研究现状。第2~6章分别对活塞式加热气缸、内燃机、光化学发动机、商业机、广义机的动态优化（优构型）问题进行研究，提出广义热力学动态优化理论，给出解决各种不可逆广义能量转换循环与系统动态优化问题的统一方法以及普适研究结果。《不可逆循环的广义热力学动态优化——工程热力装置与广义机循环》在研究方法上以交叉、移植和类比为主， 大特点在于深化物理学理论研究的同时，注重多学科交叉融合研究并紧贴工程实际，在研究过程中追求物理模型的统一性、优化方法的通用性和优化结果的普适性，实现基于广义热力学优化理论的不可逆循环动态优化研究成果集成。

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目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 工程热力装置的动态优化现状 2
1.2.1 活塞式加热气缸最优膨胀规律 2
1.2.2 内燃机活塞运动最优路径 3
1.2.3 光驱动发动机活塞运动最优路径 5
1.3 商业机循环动态优化现状 6
1.4 本书的主要工作及章节安排 7
第2章 活塞式加热气缸气体最优膨胀规律 9
2.1 引言 9
2.2 广义辐射传热规律下加热气体的最优膨胀 10
2.2.1 物理模型 10
2.2.2 优化方法 11
2.2.3 特例分析 13
2.2.4 数值算例与讨论 18
2.3 线性唯象传热规律下优化结果的应用 27
2.3.1 过程时间优化 27
2.3.2 内燃机输出功率优化 31
2.3.3 外燃机输出功率优化 40
2.4 广义辐射传热规律下变热导率加热气体最优膨胀规律 44
2.4.1 物理模型 44
2.4.2 优化方法 46
2.4.3 特例分析 49
2.4.4 数值算例与讨论 53
2.5 本章小结 67
第3章 内燃机活塞运动最优路径 70
3.1 引言 70
3.2 广义辐射传热规律下Otto循环内燃机最大输出功 70
3.2.1 物理模型 70
3.2.2 传统内燃机活塞运动规律 72
3.2.3 优化方法 72
3.2.4 特例分析 77
3.2.5 数值算例与讨论 78
3.3 广义辐射传热规律下Diesel循环内燃机最大输出功 86
3.3.1 物理模型 86
3.3.2 优化方法 87
3.3.3 特例分析 89
3.3.4 数值算例与讨论 90
3.4 本章小结 98
第4章 光化学发动机活塞运动最优路径 99
4.1 引言 99
4.2 广义辐射传热规律下[A][B]型光驱动发动机最大输出功和最小熵产生 100
4.2.1 物理模型 100
4.2.2 优化方法 103
4.2.3 特例分析 106
4.2.4 数值算例与讨论 109
4.3 广义辐射传热规律下[A][B]型光驱动发动机的最大生态学函数 119
4.3.1 优化方法 119
4.3.2 特例分析 121
4.3.3 数值算例与讨论 123
4.4 线性唯象传热规律下2SO3FS2O6F2型双分子光驱动发动机最大输出功和最小熵产生 132
4.4.1 物理模型 132
4.4.2 优化方法 135
4.4.3 数值算例与讨论 138
4.5 传热规律对光驱动发动机最大生态学函数最优构型的影响 144
4.5.1 物理模型 144
4.5.2 优化方法 146
4.5.3 特例分析 148
4.5.4 数值算例与讨论 149
4.6 本章小结 157
第5章 贸易过程和商业机循环动态优化 160
5.1 引言 160
5.2 有限低价经济库内可逆商业机最大利润输出 160
5.2.1 物理模型 160
5.2.2 优化方法 162
5.2.3 特例分析 163
5.2.4 数值算例与讨论 167
5.3 多库内可逆商业机最大利润输出 174
5.3.1 物理模型 174
5.3.2 优化方法 175
5.3.3 数值算例与讨论 178
5.4 本章小结 180
第6章 广义机循环动态优化 182
6.1 引言 182
6.2 两有限势库内可逆广义机最大广义输出 182
6.2.1 物理模型 182
6.2.2 优化结果 184
6.2.3 应用 185
6.3 存在旁通流漏的有限势库广义机最大广义输出 188
6.3.1 物理模型 188
6.3.2 优化结果 189
6.3.3 应用 190
6.4 多无限广义势库内可逆广义机最大广义输出率 193
6.4.1 物理模型 193
6.4.2 优化方法 193
6.4.3 应用 196
6.5 基于HJB理论的线性传输规律下多级广义机系统最大广义输出率 198
6.5.1 物理模型 198
6.5.2 优化问题的HJB方程 201
6.5.3 应用 205
6.6 本章小结 209
第7章 全书总结 211
参考文献 217
附录A 最优化理论概述 239
A.1 引言 239
A.2 静态优化 240
A.2.1 无约束函数极值优化 240
A.2.2 仅含等式约束函数极值优化 241
A.2.3 含不等式约束函数极值优化 242
A.3 动态优化 243
A.3.1 古典变分法 244
A.3.2 极小值原理 249
A.3.3 动态规划 252
A.3.4 平均最优控制理论 258
A.4 附录A小结 260
附录B 第6章相关公式推导 261
B.1 6.2节中定理的证明 261
B.1.1 欧拉-拉格朗日方程方法 261
B.1.2 平均最优控制理论方法 262
B.2 6.3节中定理的证明 264
B.2.1 欧拉-拉格朗日方程方法 264
B.2.2 平均最优控制理论方法 265
附录C 主要符号说明 267
Contents
Preface
Chapter 1 Introduction 1
1.1 Introduction 1
1.2 The dynamic-optimization status of engineering thermodynamic plants 2
1.2.1 Optimal expansion of a heated working fluid in the piston-cylinder system 2
1.2.2 Optimal piston motion paths of internal combustion engines 3
1.2.3 Optimal piston motion paths of light-driven engines 5
1.3 The dynamic-optimization status of commercial engine cycles 6
1.4 The main work and chapters’ arrangement of this book 7
Chapter 2 Optimal Expansion of a Heated Gas in the Piston-Cylinder System 9
2.1 Introduction 9
2.2 Optimal expansion of the heated gas with generalized radiative heat transfer law 10
2.2.1 Physical model 10
2.2.2 Optimization method 11
2.2.3 Analysis for special cases 13
2.2.4 Numerical examples and discussions 18
2.3 Application of the optimization results with the linear phenomenological heat transfer law 27
2.3.1 Process duration optimization 27
2.3.2 Power output optimization of an internal combustion engine 31
2.3.3 Power output optimization of an external combustion engine 40
2.4 Optimal expansion of the heated gas with generalized radiative heat transfer law and variable heat conductivity 44
2.4.1 Physical model 44
2.4.2 Optimization method 46
2.4.3 Analysis for special cases 49
2.4.4 Numerical examples and discussions 53
2.5 Chapter summary 67
Chapter 3 Optimal Piston Motion Paths of Internal Combustion Engines 70
3.1 Introduction 70
3.2 Maximum work output of Otto-cycle internal combustion engines with generalized radiative heat transfer law 70
3.2.1 Physical model 70
3.2.2 Piston motion path of conventional internal combustion engines 72
3.2.3 Optimization method 72
3.2.4 Analysis for special cases 77
3.2.5 Numerical examples and discussions 78
3.3 Maximum work output of Diesel-cycle internal combustion engines with generalized radiative heat transfer law 86
3.3.1 Physical model 86
3.3.2 Optimization method 87
3.3.3 Analysis for special cases 89
3.3.4 Numerical examples and discussions 90
3.4 Chapter summary 98
Chapter 4 Optimal Piston Motion Paths of Light-Driven Engines 99
4.1 Introduction 99
4.2 Maximum work output and minimum entropy generation of [A][B] type light-driven engines with generalized radiative heat transfer law 100
4.2.1 Physical model 100
4.2.2 Optimization method 103
4.2.3 Analysis for special cases 106
4.2.4 Numerical examples and discussions 109
4.3 Maximum ecological function of [A][B] type light-driven engines with generalized r