高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）推荐项目公示要求

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1、高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）推荐项目公示要求自然奖、自然奖-直报类：项目名称：量子热力学循环系统的性能特性与优化理论研究推荐单位：厦门大学项目简介：1.项目所属科学技术领域本项研究内容是现代热力学理论研究的新热点，是高技术创新的源泉和先导，其研究成果属于物理学和量子技术的交叉科学领域。本项研究成果曾获3项国家自然科学科学基金、1项教育部科学技术研究重点项目等基金的资助。共发表学术论文24篇。2.主要研究内容与研究成果(1)建立以谐振子系统为工质的几种典型的量子热力学循环的优化理论。首次建立由两个等温和两个等频率过程

2、组成的谐振子量子埃里克森循环和由两个绝热和两个等频率过程组成的谐振子量子布雷顿循环模型，导出循环中重要参数的一般表达式。对受有限循环时间约束的循环目标函数进行优化，获得循环的基本优化关系曲线，确定重要性能参数的优化范围。此外，将高温下循环的优化性能与对应相同类型的以理想气体为工质的经典循环的优化性能进行比较，发现它们的性能是相类似的。所建立的优化理论奠定了谐振子系统量子热力学循环的理论基础，可促进实际的新型量子器件的开发利用。(2)建立以自旋系统为工质的几种典型的量子热力学循环的优化理论。首次建立由两个等温和两个等磁场过程组

3、成的回热式量子自旋制冷机、热泵和热机循环和由两个绝热和两个等磁场过程组成的量子自旋布雷顿循环模型，导出循环的重要性能参数表达式。计算最大制冷率、泵热率和输出功率及相应的最佳性能参数或效率，揭示循环的性能特性，详细讨论循环的优化性能和参数设计的优化范围。所获得的结果被进一步推广，以致可用来描述以自旋-J粒子体系为工质的量子热力学循环的优化性能。所建立的优化理论奠定了自旋系统量子热力学循环的理论基础，促进了自旋系统量子热力学循环研究的更深入开展。(3)建立以量子气体为工质的几种典型的量子热力学循环的优化理论。构建以理想玻色气体和

4、费米气体为工质的量子埃里克森、斯特林和布雷顿制冷循环和量子气体热机循环的新模型。分析玻色和费米埃里克森及斯特林制冷循环的回热特征，导出各种运行条件下循环的基本优化关系，揭示循环的固有回热损失和气体的量子简并对制冷循环性能的影响。确定玻色布雷顿制冷循环工质的最低温度和两等压过程的最小压比。讨论费米布雷顿制冷循环在各种运行条件下的性能特性，确定使循环正常运行的最小压比，指出由于量子简并性的影响，费米布雷顿制冷循环的制冷量总是比相应的经典循环小。研究系统中实际存在的主要不可逆性对量子气体热机循环性能的影响，对主要参数进行优化设计，

5、给出优化判据，获得循环的基本优化关系。针对以量子气体为工质的几种量子循环系统建立了较系统的优化理论，从而促进了量子气体热力学循环的研究进展。3.成果对科学发展的意义本项目的研究不仅丰富了现代热力学理论的内容，而且开拓一些全新的研究领域，对于促进量子热力学理论的发展具有重要的学术价值。所取得的成果已成为继续开展量子热力学循环的性能特性与优化理论研究的坚实基础，可为深入研究开发一些用于特殊应用场合的新颖量子器件提供理论依据。主要完成人情况：姓名：陈金灿排名：1技术职称：教授工作单位：厦门大学完成单位：厦门大学对本项目技术创造性贡

6、献：在构建量子热力学循环新模型、建立循环优化理论等方面的研究中做了大量开拓性的工作，对研究成果中的各个科学发现点都作出创造性的贡献，是本项成果的最主要完成者。姓名：林比宏排名：2技术职称：教授工作单位：厦门大学完成单位：厦门大学对本项目技术创造性贡献：在构建循环模型、讨论优化性能、建立优化理论等方面的研究中做了大量的工作，对研究成果中的各个科学发现点均作出一些创造性的贡献，是本项成果的主要完成者之一。代表性论文专著目录：1.B.LinandJ.Chen*,Performanceanalysisofanirreversible

7、quantumheatengineworkingwithharmonicoscillators,PhysicalReviewE,67,046105-1-8(2003).2.B.LinandJ.Chen*,OptimalanalysisontheperformanceofanirreversibleharmonicquantumBraytonrefrigerationcycle,PhysicalReviewE,68,056117-1-9(2003).3.J.Chen*,B.LinandB.Hua,Theperformanceo

8、faquantumheatengineworkingwithspinsystems,JournalofPhysicsD35,2051-2057(2002).4.J.He,J.Chen*andB.Hua,Quantumrefrigerationcyclesusingspin-1/2syste