絕熱計(jì)算絕熱計(jì)算在工程實(shí)際中的應(yīng)用

絕熱計(jì)算LNG球形貯罐絕熱計(jì)算

有學(xué)者 分析了貯罐絕熱體的傳熱規(guī)律，并建立了模型。通過(guò)近似理論計(jì)算得到了通過(guò)絕熱體的傳熱量；利用計(jì)算軟件對(duì)絕熱體內(nèi)傳熱過(guò)程進(jìn)行了有限元計(jì)算，獲得了通過(guò)貯罐絕熱體的傳熱量以及絕熱體內(nèi)溫度場(chǎng)的分布。

絕熱計(jì)算量子絕熱計(jì)算

絕熱量子計(jì)算對(duì)量子算法設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是一種新的計(jì)算方式。它已在某些領(lǐng)域得到應(yīng)用。量子SAT絕熱算法是體現(xiàn)絕熱計(jì)算思想第一個(gè)實(shí)例。研究它對(duì)解決其它經(jīng)典NP 完全問(wèn)題有著十分重要的作用。目前能否用絕熱計(jì)算解其它經(jīng)典NP 完全問(wèn)題仍是一個(gè)需要進(jìn)一步研究的課題，特別是用量子絕熱計(jì)算解決經(jīng)典領(lǐng)域不可計(jì)算問(wèn)題的研究 。

絕熱計(jì)算絕熱計(jì)算與能量恢復(fù)型CMOS電路

能量恢復(fù)型電路(或稱絕熱電路)的提出為VLSI的低功耗設(shè)計(jì)與絕熱計(jì)算的實(shí)現(xiàn)提供了一種嶄新的途徑 。有文章 指出,能量恢復(fù)型電路主要是通過(guò)延長(zhǎng)開(kāi)關(guān)工作時(shí)間,使流過(guò)MOS器件的電流足夠小,從而極大降低消耗在器件溝道電阻上的能量,并回收貯存于輸出節(jié)點(diǎn)上的電荷來(lái)達(dá)到顯著降低功耗并實(shí)現(xiàn)能量的重復(fù)利用的目的。而在對(duì)其基本電路單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，門電路應(yīng)是實(shí)現(xiàn)絕熱計(jì)算的基礎(chǔ)，因此對(duì)它的研究更為重要而不可避免。

絕熱計(jì)算空調(diào)工程絕熱的計(jì)算設(shè)計(jì)問(wèn)題

空調(diào)工程中絕熱工程的質(zhì)量與設(shè)計(jì)、安裝和施工以及絕熱材料的質(zhì)量有密切的關(guān)系。計(jì)算設(shè)計(jì)是取得空調(diào)工程絕熱最佳效果和效益的關(guān)鍵環(huán)節(jié) 。工程設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照國(guó)家規(guī)范和有關(guān)技術(shù)措施來(lái)指導(dǎo)絕熱工程的設(shè)計(jì)，避免產(chǎn)生錯(cuò)誤而造成不必要的損失?，F(xiàn)在很多絕熱材料制造商已根據(jù)不同的管徑大小做成絕熱材料制品，絕熱厚度和容重都已根據(jù)不同需要生產(chǎn)出成品。但是設(shè)計(jì)人員在選用這些材料時(shí)還必須通過(guò)計(jì)算來(lái)確認(rèn)一下采用那種規(guī)格的材料，絕熱材料的選用還必須滿足消防要求。

總之空調(diào)絕熱計(jì)算設(shè)計(jì)的基本原則是在確保絕熱外表面溫度高于當(dāng)?shù)貧庀髼l件下的露點(diǎn)溫度，防止外表面凝露以及滿足使用要求的原則下，選取優(yōu)質(zhì)的絕熱材料，通過(guò)計(jì)算來(lái)確定合理的絕熱層厚度并設(shè)計(jì)可靠的科學(xué)的絕熱結(jié)構(gòu)。

絕熱過(guò)程（adiabatic process）是指任被研究物體與外界無(wú)熱量交換時(shí)的狀態(tài)變化過(guò)程，是在和周圍環(huán)境之間沒(méi)有熱量交換的情況下，一個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)的變化。在這種狀態(tài)下計(jì)算物體的溫度分布以及熱量流動(dòng)的計(jì)算稱為絕熱計(jì)算。

1．設(shè)備筒體或管道絕熱、防潮和保護(hù)層計(jì)算公式：

式中 D---直徑（m）；

1.033及2.1---調(diào)整系數(shù)；

L---設(shè)備筒體或管道長(zhǎng)度（m）；

0.0082---捆扎線直徑或帶厚 防潮層厚度（m）。

2．伴熱管道絕熱工程量計(jì)算式：

將下列D'計(jì)算結(jié)果分別代入1中的兩個(gè)公式計(jì)算出伴熱管道的絕熱層、防潮層和保護(hù)層工程量。

（1）單管伴熱或雙管伴熱（管徑相同，夾角小于90°時(shí)）

式中 D′---伴熱管道綜合值；

(10～20mm)---主管道與伴熱管道之間的間隙。

（2）雙管伴熱（管徑相同，夾角大于90°時(shí)）

（3）雙管伴熱（管徑不同，夾角小于90°時(shí)）

式中

3．設(shè)備封頭絕熱、防潮和保護(hù)層工程量計(jì)算公式：

式中 N---封頭個(gè)數(shù)。

4．閥門絕熱、防潮和保護(hù)層計(jì)算公式：

式中 N---閥門個(gè)數(shù)。

5．法蘭絕熱、防潮和保護(hù)層計(jì)算公式：

S=π×（D 2.1δ）×1.5D×1.05×N （

式中 N---法蘭數(shù)量（副）。

6．油罐拱頂絕熱、防潮和保護(hù)層計(jì)算公式：

式中 r---油罐拱頂球面半徑；

絕熱演化作為一種新型量子計(jì)算模型，當(dāng)它剛被提出時(shí)就受到了廣泛的關(guān)注。本文在相關(guān)絕熱計(jì)算研究的基礎(chǔ)上，考慮了在絕熱量子計(jì)算環(huán)境下，絕熱搜索算法中若干關(guān)鍵問(wèn)題，研究了絕熱演化路徑的適用性、絕熱算法的量子線路模型、先驗(yàn)概率分布對(duì)設(shè)計(jì)高效絕熱算法的作用、推廣量子態(tài)保真度與絕熱算法性能之間關(guān)系等。 本文得到的主要結(jié)論是： 1．討論了一般化模型插值路徑在絕熱計(jì)算中的局限性。研究發(fā)現(xiàn)，即使系統(tǒng)的保真度不為零，若該模型被賦予不恰當(dāng)?shù)膶?shí)例，相對(duì)常規(guī)類型絕熱演化，所得到絕熱計(jì)算將無(wú)優(yōu)勢(shì)甚至可能完全失效，即算法時(shí)間復(fù)雜度無(wú)無(wú)窮大，從而提示我們?cè)谠O(shè)計(jì)絕熱算法時(shí)，此類型演化路徑的使用并不能隨意。 2．首次全面地研究了額外驅(qū)動(dòng)哈密頓量在絕熱計(jì)算中的實(shí)用性，即經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)額外驅(qū)動(dòng)哈密頓量形式固定時(shí)，若其前面系數(shù)配置不當(dāng)?shù)脑?，所得絕熱算法將會(huì)完全失效；當(dāng)系統(tǒng)絕熱演化路徑形式相對(duì)固定，但允許額外驅(qū)動(dòng)哈密頓量形式變化時(shí)，僅特定形式的額外驅(qū)動(dòng)哈密頓量可以被用來(lái)提高絕熱算法效率，而此形式正好為已知幾乎所有文獻(xiàn)中所廣泛使用，從而給出這一現(xiàn)象的一種很好解釋。 3．解決了全局絕熱演化的正確量子線路實(shí)現(xiàn)問(wèn)題，所獲的線路模型下時(shí)間分片數(shù)與絕熱算法的時(shí)間復(fù)雜度是一致的，而之前能夠得到的結(jié)論是局部絕熱計(jì)算的演化時(shí)間是與其對(duì)應(yīng)量子線路模型實(shí)現(xiàn)時(shí)的時(shí)間分片數(shù)相吻合的；基于此，首次給出一種非線性絕熱演化的量子線路模型實(shí)現(xiàn)。 4．將常規(guī)絕熱搜索算法中所有數(shù)據(jù)元素等幅疊加方式看成是以這些數(shù)據(jù)元素的先驗(yàn)概率分布方式組織時(shí)的特殊情形，研究了數(shù)據(jù)元素的先驗(yàn)概率分布對(duì)絕熱算法性能的影響。并且發(fā)現(xiàn)，若適當(dāng)利用這些先驗(yàn)概率分布的信息，相應(yīng)的絕熱算法性能可以大大得到改善。 5．改進(jìn)了相關(guān)文獻(xiàn)給出布爾函數(shù)估計(jì)的絕熱算法設(shè)計(jì)，得到即使不添加輔助驅(qū)動(dòng)哈密頓量的常規(guī)絕熱演化亦能夠于常數(shù)時(shí)間復(fù)雜度內(nèi)實(shí)現(xiàn)布爾函數(shù)估計(jì)的目標(biāo)。 6. 證明了具有一般化模型的絕熱演化同樣可以利用系統(tǒng)初末態(tài)之間的保真度來(lái)估算對(duì)應(yīng)算法時(shí)間復(fù)雜度，從而可以擺脫依賴絕熱定理來(lái)估算絕熱算法時(shí)間復(fù)雜性度的限制，同時(shí)也為估算絕熱計(jì)算所需關(guān)鍵系統(tǒng)資源提供導(dǎo)向作用；另一方面，這一研究結(jié)果也可以看成是對(duì)之前相關(guān)文獻(xiàn)中提出相關(guān)公開(kāi)問(wèn)題的一個(gè)部分回答。

因?yàn)檫^(guò)程中流體與外界無(wú)熱量交換，亦無(wú)凈功量的交換，如果保持流體在節(jié)流后的高度和流速不變，即無(wú)重力位能和宏觀動(dòng)能的變化（或變化小到可以忽略不計(jì)），則節(jié)流后流體的焓h2與節(jié)流前的焓h1相等，即

h2 = h1

同時(shí)，因絕熱節(jié)流是不可逆的絕熱過(guò)程，節(jié)流后流體的熵必然增大，有

s2 > s1

氣態(tài)流體經(jīng)絕熱節(jié)流后，比體積隨壓力降低而增大，即v2>v1；而液態(tài)流體的比體積節(jié)流前后變化很小。

絕熱節(jié)流前后流體（流體、氣體）的溫度變化稱為節(jié)流的溫度效應(yīng)。節(jié)流后流體的溫度降低（T2<T1），稱為節(jié)流冷效應(yīng)；節(jié)流后流體的溫度升高（T2>T1），稱為節(jié)流熱效應(yīng)；節(jié)流前后流體的溫度相等（T2=T1），稱為節(jié)流零效應(yīng)。節(jié)流的溫度效應(yīng)與流體的種類、節(jié)流前所處的狀態(tài)以及節(jié)流前后壓力降落的大小有關(guān)。

絕熱節(jié)流的溫度效應(yīng)可用絕熱節(jié)流系數(shù) 表征。對(duì)于壓降很小的節(jié)流過(guò)程，mJ>0，表示節(jié)流冷效應(yīng)；mJ<0，表示節(jié)流熱效應(yīng)；mJ=0，表示節(jié)流零效應(yīng)，稱為微分節(jié)流效應(yīng)。對(duì)于有限壓降的絕熱節(jié)流過(guò)程，溫度變化可沿連接節(jié)流前、后狀態(tài)的定焓線用如下積分式計(jì)算：稱為積分節(jié)流效應(yīng)。

測(cè)定絕熱節(jié)流系數(shù)的實(shí)驗(yàn)叫作焦耳－湯姆遜實(shí)驗(yàn)。保持流體進(jìn)口狀態(tài)1不變，而用改變節(jié)流閥門開(kāi)度或改變流體流量等方法，可以得到流體經(jīng)過(guò)節(jié)流后的不同出口狀態(tài)2a、2b、2c…。測(cè)出各狀態(tài)的壓力和溫度值，并把它們表示在T–p坐標(biāo)圖上。流體在節(jié)流前、后焓值相等，即狀態(tài)點(diǎn)1、2a、2b、2c…有相同的焓值，它們的連線是一條定焓線。改變進(jìn)口狀態(tài)1，重復(fù)進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)，就可得出一系列不同數(shù)值的定焓線，并可在T–p圖上描出定焓線簇。在任意的一個(gè)狀態(tài)點(diǎn)上，定焓線的斜率就是實(shí)驗(yàn)流體處于該處狀態(tài)時(shí)的絕熱節(jié)流系數(shù)mJ。

注意，定焓線并非絕熱節(jié)流過(guò)程線，只是液體絕熱節(jié)流前、后的狀態(tài)落在同一條定焓線上。節(jié)流過(guò)程是典型的不可逆過(guò)程，過(guò)程中流體處于極不平衡的狀態(tài)，不能在狀態(tài)參數(shù)坐標(biāo)圖上用曲線表示出來(lái)。

在一定的焓值范圍內(nèi)，每一條定焓線有一個(gè)溫度最大值點(diǎn)，如1–2e線上的M 點(diǎn)。在這個(gè)點(diǎn)上，這個(gè)點(diǎn)稱為轉(zhuǎn)變點(diǎn)，其溫度稱為轉(zhuǎn)變溫度Ti。把所有定焓線上的轉(zhuǎn)變點(diǎn)連結(jié)起來(lái)，就得到一條轉(zhuǎn)變曲線。轉(zhuǎn)變曲線將T–p圖分成兩個(gè)區(qū)域：在曲線與溫度軸包圍的區(qū)域內(nèi)恒有mJ>0，發(fā)生在這個(gè)區(qū)域內(nèi)的絕熱節(jié)流過(guò)程總是呈節(jié)流冷效應(yīng)，稱為冷效應(yīng)區(qū)；在轉(zhuǎn)變曲線以外的區(qū)域內(nèi)，恒有mJ<0，發(fā)生在該區(qū)域內(nèi)的絕熱節(jié)流過(guò)程總是呈節(jié)流熱效應(yīng)，稱為熱效應(yīng)區(qū)。如果流體的進(jìn)口狀態(tài)處于熱效應(yīng)區(qū)，而經(jīng)絕熱節(jié)流后的出口狀態(tài)進(jìn)入冷效應(yīng)區(qū)，那么呈現(xiàn)的溫度效應(yīng)就與壓力降落的范圍有關(guān)。例如，節(jié)流前流體處于圖中的2a狀態(tài)，當(dāng)壓降不很大，而節(jié)流后狀態(tài)落在2d點(diǎn)（它與2a點(diǎn)溫度相等）的右側(cè)時(shí)，可呈節(jié)流熱效應(yīng)；但當(dāng)壓降足夠大，使節(jié)流后的狀態(tài)落在2d點(diǎn)左側(cè)時(shí)，則將呈節(jié)流冷效應(yīng)。壓降愈大，流體溫度降低愈甚。

轉(zhuǎn)變曲線具有一個(gè)壓力為最大值的極點(diǎn)。這一點(diǎn)的壓力pN稱最大轉(zhuǎn)變壓力。流體在大于pN的壓力范圍內(nèi)不會(huì)發(fā)生節(jié)流冷效應(yīng)。數(shù)值小于pN的任一定壓線p與轉(zhuǎn)變曲線有兩個(gè)交點(diǎn)，對(duì)應(yīng)著兩個(gè)溫度值T1和T2，分別叫作對(duì)應(yīng)于壓力p的上轉(zhuǎn)變溫度和下轉(zhuǎn)變溫度。轉(zhuǎn)變曲線與溫度軸(p→0)上方的交點(diǎn)(K點(diǎn))對(duì)應(yīng)的溫度是最大轉(zhuǎn)變溫度TK，下方的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)最小轉(zhuǎn)變溫度Tmin。流體溫度高于最大轉(zhuǎn)變或低于最小轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，不可能發(fā)生節(jié)流冷效應(yīng)。

節(jié)流致冷是獲得低溫的一種常用方法，特別是在空氣和其它氣體的液化以及低沸點(diǎn)制冷劑的制冷工程中。節(jié)流致冷時(shí)，流體的初始溫度應(yīng)該低于最大轉(zhuǎn)變溫度TK。一般氣體的TK遠(yuǎn)高于室溫，約為臨界溫度的4.85～6.2倍。如二氧化碳的 ?1 500K，氬氣的TK(Ar)=732K，氮?dú)獾?，空氣的TK(Air)=603K。對(duì)于最大轉(zhuǎn)變溫度低于室溫的氣體，例如氫 和氦 ，則必須將它們預(yù)先冷卻到TK以下，方能得到節(jié)流致冷的效果。

絕熱計(jì)算作為一種新型量子計(jì)算模型，具有計(jì)算模式簡(jiǎn)單、算法設(shè)計(jì)靈活直觀等特點(diǎn)。本課題研究絕熱計(jì)算中幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題-非線性型絕熱演化及其量子線路實(shí)現(xiàn)、初始哈密頓量選取對(duì)算法效率的影響。課題通過(guò)研究一般化模型插值路徑絕熱演化的運(yùn)作機(jī)制，將其運(yùn)用至絕熱整數(shù)質(zhì)因子分解算法中，并提出一種不依賴從外界注入能量來(lái)加速常規(guī)絕熱演化的更一般化模型插值路徑；研究顯含驅(qū)動(dòng)哈密頓量形式的絕熱搜索，定量化驅(qū)動(dòng)哈密頓量的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，并探討其與算法運(yùn)行時(shí)間的關(guān)聯(lián)；分析局部絕熱的線路模型實(shí)現(xiàn)方案，揭示線路模擬絕熱演化的精髓所在，并由此建立量子線路模擬非線性絕熱演化的基礎(chǔ)理論；運(yùn)用不等幅度組織數(shù)據(jù)元素的思想來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)際應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的絕熱搜索，分析初始哈密頓量選取對(duì)絕熱算法效率的影響，并因此探索提高絕熱演化的新途徑。本課題的研究對(duì)進(jìn)一步理解絕熱計(jì)算的本質(zhì)、絕熱量子信息處理乃至絕熱計(jì)算機(jī)的實(shí)用化具有重要的理論指導(dǎo)意義。