本文在系统地总结有限时间热力学理论和焦耳-布雷顿热力循环性能优化研究现状的基础上,考虑了循环系统中换热器的热阻损失,以压气过程和透平过程的内效率表示循环系统的内不可逆性,以及热漏等不可逆性损失,通过理论分析和数值计算,对不可逆焦耳-布雷顿及其联产、联合循环的性能进行了分析,得到了一些具有理论意义和实用价值的结论。本文主要由以下三部分组成：第一部分以不可逆往复式布雷顿循环为例,第二章着重讨论了循环中随温度变化的工质比热对非等熵压缩和膨胀过程以及温差传热损失等多种不可逆往复式Brayton循环性能的影响。在给定一系列参数值的情况下,绘制出了热机的性能特性曲线,得出了一些重要参数如压强比和工质温度的优化区间。第二部分研究了不可逆焦耳-布雷顿功热并供循环系统的火用性能。考虑功和热是不同质的量,第三章用热力学优化理论对焦耳-布雷顿功热并供系统进行火用优化分析。首先对不可逆焦耳-布雷顿功热并供系统建立了由系统设计参数组成的理论模型,考虑来自压气机与涡轮机中的非等熵压缩、膨胀损失、工质、三热源间换热器的不可逆传热损失以及热源间的热漏损失等多种不可逆所造成的影响。接着分析目前存在的对功热并供系统的性能评价标准的优缺点。最后选取比较合理的火用性能系数与功热并供效率对不可逆焦耳-布雷顿功热并供系统进行性能对比分析,用数值分析讨论了各设计参数对系统目标函数的影响。给出了一些重要参数的优化区间。第三部分用有限时间热力学的理论分析一个由太阳能驱动的不可逆布雷顿-朗肯联合循环的效率和生态学系数性能。第四章以效率和生态学系数性能指标为优化目标,建立了具有热阻、热漏、内不可逆性的太阳能驱动的定常流布雷顿-朗肯联合循环模型,通过数值算例讨论了各因素对联合循环的效率和生态学系数性能的影响。本论文所得结论更接近于实际热机的性能特性,有助于热机的优化设计和性能改善。