機電產(chǎn)品行為過程特性與規(guī)律及相關設計方法研究項目摘要

近年來，基于功能和行為開展設計方法研究受到了廣泛的關注。但目前的研究還存在很多不足，如沒有考慮到產(chǎn)品行為中既包括物理狀態(tài)特性又包括相互作用特性的情況；沒有對產(chǎn)品構成材料所產(chǎn)生的行為加以考慮；沒有考慮行為過程中除因果關系外的其他內(nèi)在規(guī)律等。本項目將針對這些不足，通過采用行為的綜合特性而非單個特性；通過將產(chǎn)品結構行為和材料行為綜合考慮而非單純考慮產(chǎn)品的結構行為；通過利用行為過程的因果、時序等多條規(guī)律、而非只是因果規(guī)律等一系列新的方法，進行機電產(chǎn)品的設計方法研究，以解決現(xiàn)有方法所面臨的難以全面表達產(chǎn)品的行為信息、難以有效獲得設計方案等問題。項目將研究機電產(chǎn)品（包括其構成材料）表現(xiàn)在物理狀態(tài)和相互作用等方面的綜合行為特性；研究由這些行為所構成的行為過程中，除因果關系外的其他內(nèi)在規(guī)律（如時序規(guī)律）；研究包括這些特性與規(guī)律的行為過程的表達方法，以及在設計中的作用，據(jù)此提出相應的設計模型并加以軟件實現(xiàn)。

溫度是熱力狀態(tài)學函數(shù)，狀態(tài)函數(shù)的變化值只取決于系統(tǒng)的始態(tài)和終態(tài)，與中間變化過程無關。

等溫過程波義耳定律

玻義耳定律（Boyle's law，有時又稱 Mariotte's Law或波馬定律，由玻意耳和馬里奧特在互不知情的情況下，間隔不久，先后發(fā)現(xiàn)）：在定量定溫下，理想氣體的體積與氣體的壓強成反比。即

是由英國化學家波義耳（Boyle），在1662年根據(jù)實驗結果提出：“在密閉容器中的定量氣體，在恒溫下，氣體的壓強和體積成反比關系?！狈Q之為玻意耳定律。這是人類歷史上第一個被發(fā)現(xiàn)的“定律”。

等溫過程卡諾循環(huán)

卡諾循環(huán)包括四個步驟：

等溫吸熱，在這個過程中系統(tǒng)從高溫熱源中吸收熱量；

絕熱膨脹，在這個過程中系統(tǒng)對環(huán)境作功，溫度降低；

等溫放熱，在這個過程中系統(tǒng)向環(huán)境中放出熱量，體積壓縮；

絕熱壓縮，系統(tǒng)恢復原來狀態(tài)，在等溫壓縮和絕熱壓縮過程中系統(tǒng)對環(huán)境作負功。

卡諾循環(huán)可以想象為是工作于兩個恒溫熱源之間的準靜態(tài)過程，其高溫熱源的溫度為T1，低溫熱源的溫度為T2。這一概念是1824年N.L.S.卡諾在對熱機的最大可能效率問題作理論研究時提出的。卡諾假設工作物質只與兩個恒溫熱源交換熱量，沒有散熱、漏氣、摩擦等損耗。為使過程是準靜態(tài)過程，工作物質從高溫熱源吸熱應是無溫度差的等溫膨脹過程，同樣，向低溫熱源放熱應是等溫壓縮過程。因限制只與兩熱源交換熱量，脫離熱源后只能是絕熱過程。作卡諾循環(huán)的熱機叫做卡諾熱機。

等溫過程熱力學勢

在熱力學函數(shù)中，U(內(nèi)能)、H(焓)、G(吉布斯函數(shù))、F(自由能)具有能量的量綱，單位都為焦耳，這四個量通常稱為熱力學勢。

內(nèi)能U 有時也用E表示；亥姆霍茲自由能A = U ? TS 也常用F表示；焓 H = U PV；吉布斯自由能 G = U PV ? TS（其中，T =溫度， S =熵， P =壓強， V =體積）

分別選取T，S，P，V中的兩個為自變量，它們的微分表達式為：

dU = TdS - PdV；dF =-SdT - PdV；dH = TdS VdP；dG = -SdT VdP

通過對以上微分表達式求偏導（偏導數(shù)），可以得到T，S，P，V四個變量的偏導數(shù)間的“麥氏關系”。

儲能技術是未來能源領域可持續(xù)發(fā)展的重要組成和發(fā)展戰(zhàn)略，是實現(xiàn)能源可再生化和高效利用的一種有效途徑。能量通過短期或長期蓄存，提高其綜合利用率并實現(xiàn)能源的實時補充。地下蓄能是一個復雜多變的過程，包括能量蓄入、積累、存儲和釋放提取多階段時變過程，研究主要涉及各種巖土構造下含濕非飽和、飽和、過飽和及含水層等多層各向異性的熱過程機理及各階段的時變特征和規(guī)律。研究熱濕運動中的熱擴散率、能量恢復率，瞬態(tài)焓分布、能量密度、能流強度；探索高、低溫蓄能中溫度梯度畸變、濕分布和熱容能力變異、傳熱遲滯現(xiàn)象，以及冰晶形成、濕運動抑制等現(xiàn)象規(guī)律；研究蓄能周期和實效性，以及冷、熱蓄能交替過程的熱特性；研究擴散控制及策略，實施蓄能系統(tǒng)的最佳化。該研究擬利用模型分析，結合實驗研究，通過對地下復雜蓄能傳熱機理、特性和規(guī)律的研究，以及控制策略研究，完善地下蓄能理論，推動我國地下蓄能技術及土壤源熱泵的發(fā)展。 2100433B