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[1]方馨婷,徐凡羿,殷 勇*,等.量子斯特林热机循环性能分析和优化[J].武汉工程大学学报,2025,47(03):338-342,354.[doi:10.19843/j.cnki.CN42-1779/TQ.202404005]
　FANG Xinting,XU Fanyi,YIN Yong*,et al.Analysis and optimization of cyclic performance of quantum Stirling heat engine[J].Journal of Wuhan Institute of Technology,2025,47(03):338-342,354.[doi:10.19843/j.cnki.CN42-1779/TQ.202404005]
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量子斯特林热机循环性能分析和优化

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《武汉工程大学学报》[ISSN:1674-2869/CN:42-1779/TQ]

卷:
47
期数:
2025年03期
页码:
338-342,354
栏目:
智能制造
出版日期:
2025-06-30

文章信息/Info

Title:
Analysis and optimization of cyclic performance of quantum Stirling heat engine
文章编号:
1674 - 2869（2025）03 - 0338 - 05
作者:
1. 武汉工程大学光电信息与能源工程学院、数理学院，湖北 武汉 430205；
2. 武汉工程大学热科学与动力工程研究所，湖北 武汉 430205
Author(s):
1. School of Optical Information and Energy Engineering， School of Mathematic and Physics， Wuhan Institute of Technology， Wuhan 430205， China；
2. Institute of Thermal Science and Power Engineering， Wuhan Institute of Technology， Wuhan 430205， China
关键词:
Keywords:
分类号:
TK124
DOI:
10.19843/j.cnki.CN42-1779/TQ.202404005
文献标志码:
A
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。
Abstract:
By modeling a quantum Stirling heat engine cycle with a relativistic particle in a one-dimensional infinite potential well as the working substance and considering the heat leakage between the high-temperature and low-temperature heat sources, mathematical expressions for efficiency, dimensionless power, and Ω-function of this cycle were derived. The optimal performance of this cycle in terms of power-efficiency and Ω-function-efficiency was further analyzed. The results showed that the cycle outputs positive work when the potential well-to-width ratio is between 1 and 2. A parabolic-like relationship curve with a downward opening is shown between dimensionless power and efficiency and potential well-width ratio, while a twisted-leaf relationship curve was shown between dimensionless power and dimensionless Ω-function and efficiency. The interval consisting of the maximum dimensionless power and the maximum efficiency is the optimal operating interval of this cycle under power and efficiency optimization, and the optimal performance interval under the optimal relationship of Ω-function and efficiency is the interval consisting of the maximum Ω-function and the maximum efficiency. These findings are conducive to understanding the optimal thermodynamic performance of the quantum Stirling heat engine, providing a basis for the design of its optimal interval.

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备注/Memo

备注/Memo:
收稿日期：2024-04-03
基金项目：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）
作者简介：方馨婷，硕士研究生。Email：1309039725@qq.com
*通信作者：殷 勇，博士，副教授。Email：191630147@qq.com
引文格式：方馨婷， 徐凡羿，殷勇，等. 量子斯特林热机循环性能分析和优化［J］. 武汉工程大学学报，2025，47（3）：338-342 ，354.
更新日期/Last Update: 2025-07-09