质量积耗散极值原理及其在空间站通风排污过程优化中的应用

摘要

基于质量传递与热量传递现象之间的类比性,引入了质量积的概念来代表物体向外界传递质量的能力,定义了质量积耗散函数,说明了质量积耗散是传质过程不可逆性的量度,提出了质量积耗散极值原理和优化对流传质过程的优化方法,在一定约束条件下导出了对流传质性能最佳时流体流动所需满足的欧拉方程.在此基础上,对空间站实验舱内通风排除气体污染物的过程进行了优化来达到减少通风系统能耗,降低实验舱内污染物浓度的效果.结果表明:利用质量积耗散极值原理,获得了通风排污性能最佳的速度分布.以该最优速度分布为指导,采用集中送风代替均匀送风,获得了进风口的最佳位置和宽度,可以在空气流动黏性耗散降低了30%的基础上,密封舱内平均污染物浓度和最大污染物浓度分别降低了75%和60%,污染源附近的污染物浓度下降50%.