机电产品行为过程特性与规律及相关设计方法研究科研成果

近年来，基于功能和行为开展设计方法研究受到了广泛的关注。但目前的研究还存在很多不足，如没有考虑到产品行为中既包括物理状态特性又包括相互作用特性的情况；没有对产品构成材料所产生的行为加以考虑；没有考虑行为过程中除因果关系外的其他内在规律等。本项目将针对这些不足，通过采用行为的综合特性而非单个特性；通过将产品结构行为和材料行为综合考虑而非单纯考虑产品的结构行为；通过利用行为过程的因果、时序等多条规律、而非只是因果规律等一系列新的方法，进行机电产品的设计方法研究，以解决现有方法所面临的难以全面表达产品的行为信息、难以有效获得设计方案等问题。项目将研究机电产品（包括其构成材料）表现在物理状态和相互作用等方面的综合行为特性；研究由这些行为所构成的行为过程中，除因果关系外的其他内在规律（如时序规律）；研究包括这些特性与规律的行为过程的表达方法，以及在设计中的作用，据此提出相应的设计模型并加以软件实现。

温度是热力状态学函数，状态函数的变化值只取决于系统的始态和终态，与中间变化过程无关。

等温过程波义耳定律

玻义耳定律（Boyle's law，有时又称 Mariotte's Law或波马定律，由玻意耳和马里奥特在互不知情的情况下，间隔不久，先后发现）：在定量定温下，理想气体的体积与气体的压强成反比。即

是由英国化学家波义耳（Boyle），在1662年根据实验结果提出：“在密闭容器中的定量气体，在恒温下，气体的压强和体积成反比关系。”称之为玻意耳定律。这是人类历史上第一个被发现的“定律”。

等温过程卡诺循环

卡诺循环包括四个步骤：

等温吸热，在这个过程中系统从高温热源中吸收热量；

绝热膨胀，在这个过程中系统对环境作功，温度降低；

等温放热，在这个过程中系统向环境中放出热量，体积压缩；

绝热压缩，系统恢复原来状态，在等温压缩和绝热压缩过程中系统对环境作负功。

卡诺循环可以想象为是工作于两个恒温热源之间的准静态过程，其高温热源的温度为T1，低温热源的温度为T2。这一概念是1824年N.L.S.卡诺在对热机的最大可能效率问题作理论研究时提出的。卡诺假设工作物质只与两个恒温热源交换热量，没有散热、漏气、摩擦等损耗。为使过程是准静态过程，工作物质从高温热源吸热应是无温度差的等温膨胀过程，同样，向低温热源放热应是等温压缩过程。因限制只与两热源交换热量，脱离热源后只能是绝热过程。作卡诺循环的热机叫做卡诺热机。

等温过程热力学势

在热力学函数中，U(内能)、H(焓)、G(吉布斯函数)、F(自由能)具有能量的量纲，单位都为焦耳，这四个量通常称为热力学势。

内能U 有时也用E表示；亥姆霍兹自由能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 =温度， S =熵， P =压强， V =体积）

分别选取T，S，P，V中的两个为自变量，它们的微分表达式为：

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

通过对以上微分表达式求偏导（偏导数），可以得到T，S，P，V四个变量的偏导数间的“麦氏关系”。

储能技术是未来能源领域可持续发展的重要组成和发展战略，是实现能源可再生化和高效利用的一种有效途径。能量通过短期或长期蓄存，提高其综合利用率并实现能源的实时补充。地下蓄能是一个复杂多变的过程，包括能量蓄入、积累、存储和释放提取多阶段时变过程，研究主要涉及各种岩土构造下含湿非饱和、饱和、过饱和及含水层等多层各向异性的热过程机理及各阶段的时变特征和规律。研究热湿运动中的热扩散率、能量恢复率，瞬态焓分布、能量密度、能流强度；探索高、低温蓄能中温度梯度畸变、湿分布和热容能力变异、传热迟滞现象，以及冰晶形成、湿运动抑制等现象规律；研究蓄能周期和实效性，以及冷、热蓄能交替过程的热特性；研究扩散控制及策略，实施蓄能系统的最佳化。该研究拟利用模型分析，结合实验研究，通过对地下复杂蓄能传热机理、特性和规律的研究，以及控制策略研究，完善地下蓄能理论，推动我国地下蓄能技术及土壤源热泵的发展。 2100433B