热力学中最重要的问题之一是如何将热能转化为功。对于这样的任务,存在许多经典的发动机,例如蒸汽机或汽油发动机。这些想法也推广到量子系统。在这个主项目中,由热浴和冷浴耦合驱动的三能级微波激射器被量化。三能级微波激射器是量子热机 (QHE)。从经典热机中提取功的通常是移动活塞。但在这种情况下,它是一个驱动场。1916 年,阿尔伯特·爱因斯坦已经讨论了光与物质相互作用的三种方式(自发辐射、吸收和受激发射)[2]。在 Scovil 和 Schulz-DuBois 1959 年的论文 [5] 中,他们研究了激光是否是热机。在这篇论文中,他们使用微波激射器作为将热量转化为相干辐射的装置,因为热量可以引起粒子数反转。在他们的热力学分析中,他们使用了单原子激光器。他们为新兴的量子热力学理论奠定了基础。在实践中以及在计算中,两个不同的热源都是必要的。高温热源可以通过快速准确地估计传播微波模式的热占有来实现 [4]。
量子热机是一个开放的量子系统,可以在微型或纳米级处进行热量与工作之间的转换。最佳地控制这种平衡系统是量子技术和设备的应用,是一项至关重要但又具有挑战性的任务。我们介绍了一个基于加强学习的一般型号框架,以识别平衡的热力学周期,这是量子热发动机和冰箱的功率和效率之间的最佳折衷。该方法不需要对量子热机,系统模型或量子状态的任何了解。相反,它仅观察到热通量,因此它既适用于模拟和实验设备。我们基于超导量子的实验现实冰箱模型以及基于量子谐波振荡器的热发动机测试我们的方法。在这两种情况下,我们都会确定代表最佳功率效率折衷的帕累托 - 前期和相应的周期。这种解决方案优于文献中提出的先前提案,例如优化的奥托周期,减少了量子摩擦。
提高我们运输、储存、转换和有效利用热能的能力将在避免全球平均气温上升超过 2°C 方面发挥不可或缺的作用。尽管存在这一关键需求,但目前的热科学研究与深度脱碳所需的研究之间存在显著脱节。在这里,我们重点介绍了五项我们认为可能对全球排放产生重大影响的热科学和工程重大挑战。这些挑战是根据对其潜在影响大小的估计(即通过评估如果该技术最大限度地成功,可以减少的全球温室气体 (GHG) 排放量比例)以及我们自己对科学进步和技术突破机会大小的看法和定性评估确定的。例如,尽管提高固定电力部门热机的效率可能会产生影响,但这里并没有重点介绍,因为目前的热机已经非常接近其热力学极限运行。
我们开发了一种基于自主量子热机的经典计算物理模型。这些机器由连接到不同温度的几个环境的少数相互作用的量子比特 (qubit) 组成。这里利用流经机器的热流进行计算。该过程首先根据逻辑输入设置环境的温度。机器不断发展,最终达到非平衡稳定状态,从中可以通过辅助有限尺寸储层的温度确定计算的输出。这种机器,我们称之为“热力学神经元”,可以实现任何线性可分函数,我们明确讨论了 NOT、3-MAJORITY 和 NOR 门的情况。反过来,我们表明热力学神经元网络可以执行任何所需的功能。我们讨论了我们的模型与人工神经元(感知器)之间的密切联系,并认为我们的模型提供了一种基于物理的替代神经网络模拟实现,更广泛地说,是一种热力学计算平台。
最早的船只肯定是由人力推动的,但很明显,风具有重要的夹带作用,风帆的起源是风向越大,推力就越大。有证据表明,公元前 5000 年,中东就出现了帆船和木桨,公元前 3000 年,在古埃及,尼罗河是主要的运输路线,利用水流顺流而下,利用盛行的北风逆流而上。航行(顺风除外)需要对各种风况和海况有丰富的了解,有时还需要非凡的洞察力(例如如何返回港口):大航海时代的两位先驱,大西洋上的哥伦布和太平洋上的乌达内塔,都利用低纬度的东风(信风)和中纬度的西风,以及一般的海洋环流(北半球顺时针),将遥远的大陆人口联系起来,建立永久的贸易路线。目前,大多数水上交通工具(与任何其他类型的陆地、空中或太空交通工具一样)都由储存在船上的液体燃料和热机提供动力,热机将该燃料与氧化剂燃烧的化学能转化为实际执行推进工作所需的机械能。因此,到最后
自旋玻璃模型是量子热力学的新兴领域之一,是理解无序磁系统复杂特性的有力工具。与具有同质相互作用的伊辛模型奥托发动机 [1] 不同,当将无序和随机性元素引入系统时,对于图 1 给出的模型,在热机模式下,我们可以看到在临界点附近具有双峰结构和超线性缩放的性能曲线 [2],𝑊∼𝑁 𝛼 ,𝛼> 1 。我们还发现,在冷却模式(R)下,可以在不同温度区域实现超线性效率提升。当我们检查系统在有限时间动态中的实际行为时,我们在热力学性能和吞吐量中观察到的超线性缩放行为凸显了量子系统中的无序和危机提高热力学性能的潜力。我们的发现有可能为量子热机、量子信息处理和能源管理的应用开辟新的途径。
摘要:热机械特性高度依赖于定向能量沉积 (DED) 工艺的沉积策略,包括沉积路径、道间时间、沉积体积等,以及基材的预热条件。本文旨在通过有限元分析 (FEA) 研究沉积策略和预热温度对采用 DED 工艺沉积在 AISI 1045 基材上的 Inconel 718 高温合金热机械特性的影响。针对不同的沉积策略和预热温度建立了 FE 模型来研究热机械行为。采用 16 种沉积策略进行 FEA。通过比较实验和 FEA 的温度历史来估算热沉系数,以获得合适的 FE 模型。研究了沉积策略对设计的小体积沉积模型中残余应力分布的影响,以确定可行的沉积策略。此外,还研究了沉积策略和预热温度对大体积沉积设计部件残余应力分布的影响,以预测合适的DED头沉积策略和合适的基体预热温度。
摘要:温室气体排放造成的环境空气污染以及世界人口增长导致的对电力和水的巨大需求可以说是全世界面临的主要挑战。本研究提出了一种新的节能微电网结构,以应对夏季高峰电力负荷。在拟议的结构中考虑了两种辅助服务,包括太阳能斯特林发动机和柴油机,以减少极端炎热天气下互联能源网络的连续断电并消除大规模停电。这些服务是提供负荷和最小化整个能源采购成本的有效解决方案,是生产方管理策略。所提出的模型的目标是考虑到柴油-斯特林联合供电系统的技术限制,最小化柴油机的燃料成本和当地电网的发电成本。通过将模型应用于测试案例微电网,从经济环境方面评估了太阳能斯特林循环和柴油机在提供夏季高峰电力负荷方面的最佳使用情况,验证了该模型的高性能。
裂变反应堆,通常是压水式(PWR),总是通过蒸汽涡轮机(它们类似于外燃机)。第一艘船肯定是由手工推动的,但很明显,风具有重要的夹带作用,并且锋面越大,推力就越大,这就是帆的起源。有证据表明,中东早在公元前 5000 年就出现了帆船和木桨,而在公元前 3000 年的古埃及,尼罗河是主要的运输路线,利用水流顺流而下,利用盛行的北风逆流而上。航行(顺风除外)需要对各种风况和海况有丰富的了解,有时还需要非凡的洞察力(例如如何返回港口):大航海时代的两位先驱,大西洋上的哥伦布和太平洋上的乌达内塔,都利用低纬度的东风(信风)和中纬度的西风,以及一般的海洋环流(北半球顺时针),将遥远的大陆人口联系起来,建立永久的贸易路线。目前,大多数水上交通工具(与任何其他类型的陆地、空中或太空交通工具一样)都由储存在船上的液体燃料和热机提供动力,热机将该燃料与氧化剂燃烧的化学能转化为实际执行推进工作所需的机械能。因此,到最后
高压热机。燃气涡轮发动机和吸气式喷气发动机使用布雷顿循环。虽然布雷顿循环通常作为开放系统运行(如果使用内燃机,则必须这样运行),但出于热力学分析的目的,通常假设废气在进气中重复使用,从而可以作为封闭系统进行分析。埃里克森循环与布雷顿循环类似,但使用外部热量并结合使用再生器。