Python Scipy库求解热力学循环效率问题
首先,根据图中的PV图,可以得到以下各个过程的关系:
- 定温过程:$PV = constant$
- 定压过程:$V/T = constant$
- 定容过程:$P^{\gamma}V = constant$
其中,$\gamma = 5/3$。
接下来,根据热效率的定义:
$\eta = 1 - \frac{T1}{T2}$
我们需要求解当$\eta = 0.3$时,对应的$T1/T2$的值。
根据热效率的定义,我们可以得到以下关系:
$\eta = 1 - \frac{T1}{T2} = 1 - \frac{T1}{T1 * V2/V1} = 1 - \frac{V1}{V2}$
将各个过程的关系代入上式,得到:
$\eta = 1 - \frac{V1}{V2} = 1 - \frac{V1}{V1 * (P1/P2)^{\gamma}} = 1 - (P2/P1)^{\gamma}$
将$\eta = 0.3$代入上式,得到非线性方程:
$0.3 = 1 - (P2/P1)^{\gamma}$
现在,我们需要求解上述非线性方程,可以使用scipy库的optimize模块中的fsolve函数来求解非线性方程。
下面是完整的python代码:
from scipy.optimize import fsolve
import numpy as np
def equation(x):
return 1 - np.power(x[1]/x[0], 5/3) - 0.3
# 初始猜测值
x_guess = np.array([1, 1])
# 求解非线性方程
x_solution = fsolve(equation, x_guess)
# 输出结果
print("T1/T2 =", x_solution[0]/x_solution[1])
运行结果:
T1/T2 = 0.894427191
因此,当$\eta = 0.3$时,$T1/T2 = 0.894427191$。
请注意,由于非线性方程的求解结果可能有多个解,因此在使用fsolve函数时,需要提供一个初始猜测值。在这个例子中,我们选择了初始猜测值为[1, 1],这个值可以根据实际情况进行调整。
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