我们研究使用单个活性粒子作为“工作介质”的微型发动机。即使在恒温下,驱动粒子定向运动所需的部分能量也可以作为功回收。通过示意性地计算为定向运动提供动力的化学自由度,可以捕获一大类合成活性粒子,而无需解决精确的微观机制。我们推导出准静态热力学效率的分析结果,即可回收为机械功的可用化学能部分。虽然这种效率对于胶体粒子来说微不足道,但随着耗散超过线性响应范围,它会增加,并在较大的推进速度下达到最大值。我们的结果表明,超出线性响应范围的驱动会对主动发动机的效率产生不小的影响。
本文介绍了由于每个支腿上只有一个通道的模型微通道板式热交换器通道之间流量分布不均而导致的通道堵塞问题。热交换器的每个支腿包含 51 个平行的矩形微通道,四个水力直径分别为 461 µm、571 µm、750 µm 和 823 µm。此外,还研究了一种更复杂的几何形状,为了打破发展长度,加入了倾斜的横向切口。使用高速摄像机记录了 51 个平行通道中质量通量从 18.67 到 277.76 kg/m2s 的液相转变时刻(工作介质:水)。各个通道中的雷诺数 Re 从 10.76 到 90.04。本文讨论了在存在不均匀分布的情况下质量通量与微通道尺寸之间的关系。已经显示了质量通量中存在阈值,低于该阈值时会发生这种现象。已经记录并详细描述了两种通道阻塞机制。还创建了其中一个包含扩展几何的微尺度变体。
本文介绍了由于每个支腿上只有一个通道的模型微通道板式热交换器通道之间流量分布不均而导致的通道堵塞问题。热交换器的每个支腿包含 51 个平行的矩形微通道,四个水力直径分别为 461 µm、571 µm、750 µm 和 823 µm。此外,还研究了一种更复杂的几何形状,为了打破发展长度,加入了倾斜的横向切口。使用高速摄像机记录了 51 个平行通道中质量通量从 18.67 到 277.76 kg/m2s 的液相转变时刻(工作介质:水)。各个通道中的雷诺数 Re 从 10.76 到 90.04。本文讨论了在存在不均匀分布的情况下质量通量与微通道尺寸之间的关系。已经显示了质量通量中存在阈值,低于该阈值时会发生这种现象。已经记录并详细描述了两种通道阻塞机制。还创建了其中一个包含扩展几何的微尺度变体。
热机通常通过与不同(正)温度的热浴交换热量来运行。然而,非热浴可能会显著提高性能。我们在这里通过实验分析了单原子量子奥托发动机的功率输出,该发动机是在单个铯原子的准自旋态与原子铷浴相互作用时实现的。通过测量准自旋态的时间分辨布居,我们确定了发动机有效自旋温度和量子涨落循环过程中的动态,并借助香农熵对其进行了量化。我们发现,在负温度范围内功率会增强,并且在最大熵的一半时达到最大值。从定量上讲,与在正温度下运行相比,在负有效温度下运行我们的发动机可将功率提高高达 30%,甚至在无限温度下也是如此。同时,进入负温度区可以将熵降低到接近零的值,从而在高功率输出下提供高度稳定的运行。此外,我们通过改变工作介质的能级数,以数值方式研究了希尔伯特空间的大小对量子引擎性能的影响。我们的工作为高功率和高效单原子量子引擎运行中的波动控制铺平了道路。
捕获离子量子信息处理的常用方法是利用电子态存储信息,而离子链共享的运动模式可实现纠缠操作[1]。然而,运动模式可以发挥更积极的作用。例如,运动自由度可用于存储量子信息[2],从而允许使用捕获离子进行连续变量的量子信息处理。运动模式也是量子逻辑谱学中非常重要的工具[3],这使得精确的原子钟成为可能[4]。此外,在计量学中,非经典离子运动状态可以发挥优势[5 – 7]。从更基本的方面来看,捕获离子运动在量子热力学研究中充当工作介质[8 – 10]。研究陷阱势变化时声子对产生的动力学可以模拟粒子的产生,从而建立量子信息处理和宇宙学之间的联系[11]。最后,局部声子的测量及其跟踪使得运动自由度的量子模拟成为可能[12,13]。捕获离子的运动可以用各种方法测量[8,12,14 – 19],包括通过交叉克尔非线性[18,20,21]和复合脉冲序列[12]。还有使用快速绝热通道(RAP)[22,23]和受激拉曼绝热通道(STIRAP)[24]序列或多色振幅调制的方案