非線性二級管與量子點(diǎn)熱機(jī)的性能分析.pdf

1、熱機(jī)和制冷機(jī)都是通過各種工作物質(zhì)傳遞熱量來實(shí)現(xiàn)的裝置。傳統(tǒng)的熱機(jī)和制冷機(jī)都是在宏觀尺寸范圍內(nèi)以經(jīng)典物質(zhì)作為傳熱媒介的,近年來,隨著理論研究的深入和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,人們對功產(chǎn)生和制冷技術(shù)的研究逐漸地由宏觀尺度進(jìn)入到介觀和微觀領(lǐng)域,以電子為工作物質(zhì)的電子熱機(jī)和制冷機(jī)就激起人們的極大興趣。
　　 本文主要研究兩種類型的熱機(jī)模型:第一種是非線性二極管系統(tǒng)構(gòu)成的布朗熱機(jī)。在兩個(gè)溫度不同的二極管中,離子振動對電子的散射相當(dāng)于液體介質(zhì)分子對布

2、朗顆粒的碰撞,運(yùn)用非線性系統(tǒng)漲落理論,通過求解?？?普朗克方程(Fokker-Planck equation),分析了二極管熱機(jī)的性能特征。第二種是量子點(diǎn)系統(tǒng)構(gòu)成的電子熱機(jī)。利用電子通過量子系統(tǒng)的傳輸理論,通過求解量子主方程(Ouantum Master equation),研究了量子點(diǎn)中單電子共振隧穿的性能特征。具體內(nèi)容安排如下:
　　 在第二章中研究了處于兩個(gè)溫度不同的熱庫中、性能特征完全相同的兩個(gè)非線性二極管反向連接后并聯(lián)

3、上一個(gè)電容器組成的熱機(jī)裝置,導(dǎo)體內(nèi)的離子振動對電子的散射相當(dāng)于液體介質(zhì)分子對布朗顆粒的碰撞,電子的運(yùn)動與布朗粒子在非均勻摩擦系數(shù)環(huán)境中的運(yùn)動相類似,基于漲落理論,可以得到電子運(yùn)動的?？?普朗克方程(Fokker-Planck equation)。當(dāng)系統(tǒng)中外加一個(gè)理想的驅(qū)動電流源時(shí),該系統(tǒng)將實(shí)現(xiàn)對外做功的功能。考慮熱漏后,通過數(shù)值模擬描繪出熱機(jī)的性能特征曲線以及優(yōu)化性能參數(shù)隨兩庫溫度比的特征曲線,分析了二極管的非線性強(qiáng)度、熱漏和溫度比對熱

4、機(jī)性能特性的影響。最后分析了理想二極管熱機(jī)的性能特征。
　　 在第三章中研究了外磁場對量子點(diǎn)熱機(jī)性能特征的影響。量子點(diǎn)熱機(jī)是由單能級量子點(diǎn)連接兩個(gè)溫度和化學(xué)勢都不同的電子熱庫組成。具有共振能級能量的自旋簡并電子在溫度梯度和化學(xué)勢梯度的驅(qū)動下通過該量子點(diǎn)在兩個(gè)熱庫間傳輸熱流或者熱量。當(dāng)該系統(tǒng)中存在一個(gè)外加磁場時(shí),電子的自旋簡并被破壞,分裂成兩個(gè)能級,電子的整個(gè)隧穿過程可以用量子主方程(Quantum Masterequation)

5、來描述。通過數(shù)值模擬分析了外磁場強(qiáng)度對熱機(jī)性能特征的影響。
　　 在第四章中研究了一個(gè)二能級量子點(diǎn)制冷機(jī)的性能特征。兩個(gè)溫度及化學(xué)勢都不相同的極板可以看作兩個(gè)電子熱庫,在溫度梯度和化學(xué)勢梯度的驅(qū)動下,電子通過兩個(gè)單共振能級量子點(diǎn)隧穿來實(shí)現(xiàn)兩個(gè)熱庫間的能量傳輸。電子的整個(gè)隧穿過程可以用量子主方程(Quantum Master equation)來描述。穩(wěn)態(tài)幾率流和單位時(shí)間內(nèi)從兩個(gè)溫度庫中吸收的熱量可以通過主方程得到,進(jìn)而寫出制冷機(jī)