力学系と線形応答理論に基づく低温度差スターリングエンジン技術の新機軸の提案

基于动力系统和线性响应理论提出一种新的低温差斯特林发动机技术

基本信息

批准号：
19K03651
负责人：
泉田勇輝
金额：
$ 1.75万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

昨年度投稿した熱源の温度が連続的に変化する熱機関サイクルの不可逆効率に関する論文が受理され、Physical Review Research誌から出版された。本成果ではスターリングエンジンを含む一般の有限時間（非準静的）熱機関サイクルの不可逆効率を、熱力学的長さと呼ばれる散逸の最小値に関連する量を用いて上から抑えることができることを示した。これはカルノーの定理の複数熱源・有限時間への自然な一般化になっており、理想スターリングサイクルのような等温過程を含む二温度エンジンの優位性を明らかにするとともに、今後様々な応用が期待される。上記の仕事では熱源の温度と系のハミルトニアンに含まれるパラメータを変化させる非準静的過程を扱ったが、外部から（ピストンに）外力をかけて平衡状態を変化させる際の熱力学的応答も考えられる。この際の応答は示量的な変数（内部エネルギーや体積）であり、アインシュタインの揺らぎの公式を応用することで、非準静的な応答係数やその際の散逸を定式化した。本成果については現在論文を投稿中である（Y. Izumida, arXiv:2301.12116）。また、二つの低温度差スターリングエンジンが結合した際の熱効率を線形不可逆熱力学によって解析し、シンクロが熱効率・仕事率に与える影響を定式化した。結合強度を変えていった際の熱効率の分岐図にはヒステリシスが現れるなど力学系の観点からも興味深い振る舞いをすることも明らかにした。現在論文を投稿中である（S. Yin, H. Kori, and Y. Izumida, arXiv:2302.11308）。

去年提交的一篇论文关于热发动机周期的不可逆转效率，该杂志的温度不断地被《物理评论研究》杂志接受和发表。这项工作表明，可以使用与称为热力学长度的耗散值相关的数量来抑制上面的一般有限时间（非Quasi静态）热发动机周期的不可逆转效率。这已成为Carnot定理对多个热源和有限时间的自然概括，并将揭示两个温度发动机的优势，这些发动机包括等温过程，例如理想的Stirling循环，并且预计将来会有各种应用。在上述工作中，我们处理了更改热源温度和系统中包含的参数的非Quasi静态过程，但是当应用外力（在活塞上）应用外力时，热力学反应也被考虑。此时的响应是定量变量（内部能量和体积），并应用爱因斯坦的波动公式，当时非QuaSi静态响应系数和耗散。目前正在就此发现提交一篇论文（Y. Izumida，Arxiv：2301.12116）。此外，使用线性不可逆的热力学分析了两个低温差异引擎的热效率，并制定了同步对热效率和功率的影响。还发现，当键强度改变键时，滞后在热效率的分叉图中出现，并且从机械系统的角度来看，行为很有趣。他目前正在提交论文（S. Yin，H。Kori和Y. Izumida，Arxiv：2302.11308）。