Ecological performance optimization of a generalized irreversible thermoacoustic heat engine with heat resistance, heat leakage, thermal relaxation and internal dissipation, in which heat transfer between the working fluid and heat reservoirs obeys a complex generalized heat transfer law Q <img border=0 src="../../../../../img/revistas/rmf/v56n5/a5s1.jpg">Δ (T)n -where n is a complex-, is investigated in this paper. Both the real part and the imaginary part of the complex heat transfer exponent change the optimal ecological function versus efficiency relationship, quantitatively. The analytical formulas about the ecological function and thermal efficiency of the thermoacoustic heat engine are derived. Furthermore, the comparative analysis of the influences of various factors on optimal performance of the generalized irreversible thermoacoustic heat engine is carried out by detailed numerical examples. The optimal zone on the performance of the thermoacoustic heat engine is obtained by numerical analysis. The results obtained herein can provide some theoretical guidelines for the design of real thermoacoustic engines.

En este artículo se investigan la optimización del desempeño ecológico de un motor termoacístico irreversible generalizado con resistencia térmica, fugas de calor, relajación térmica y disipación interna, en el que la transferencia de calor entre el fluido de trabajo y el reservorio (recipiente) de calor obedece a una ley de transferencia de calor compleja generalizada [], donde n es complejo. La parte imaginaria y la parte real del exponente complejo de la transferencia de calor cambian cuantitativamente a la función ecológica óptima vs la relación de eficiencia. Se obtienen las fórmulas analíticas de la función ecológica y la eficiencia térmica del motor termoacústico. Asimismo, se hace un análisis comparativo de la influencia de varios factores cuando el desempeño del motor termoacústico irreversible generalizado es óptimo con ejemplos numéricos detallados. Se obtiene la zona óptima del desempeño del motor termoacústico por análisis numérico. Los resultados obtenidos proveen guías teóricas para el diseño de motores termoacústicos.

The optimal performance of a class of generalized irreversible universal steady flow heat pump cycle model, which consists of two heat-absorbing branches, two heat-releasing branches and two irreversible adiabatic branches with the losses of heat-resistance, heat leakage and internal irreversibility is analyzed by using finite time thermodynamics. The analytical formulae about heating load, coefficient of performance (COP), exergy loss rate, exergy output rate and ecological function of the universal heat pump cycle are derived. Moreover, performance comparisons among maximum COP condition, a given exergy output rate condition and maximum ecological function condition are carried out by using numerical examples. It is shown that the ecological function objective is an excellent candidate objective with the ideal of an ecological and long-term goal. The effects of heat leakage and internal irreversibility on the cycle performance are discussed. The universal cycle model gives a unified description of seven heat pump cycles, and the results obtained include the performance characteristics of Brayton, Otto, Diesel, Atkinson, Dual, Miller and Carnot heat pump cycles with the losses of heat-resistance, heat leakage and internal irreversibility.

Se analiza el funcionamiento óptimo de una clase de modelo universal irreversible generalizado del ciclo de una bomba térmica de flujo constante, que consiste en dos ramas de absorción térmica, dos ramas de liberación de calor y dos ramas adiabáticas irreversibles con pérdidas de resistencia al calor, de salida del calor y de irrevocabilidad interna, usando la termodinámica de tiempos finitos. Se obtienen las fórmulas analíticas de la carga de calor, del coeficiente del funcionamiento (CF), del índice de pérdida de exergía, del índice de salida de exergía, así como de la función ecológica del ciclo universal de la bomba de calor. Por otra parte, se compara el funcionamiento de la condición máxima del CF dada una condición de razón de salida de exergía con la condición del máximo de la función ecológica usando ejemplos numéricos. Se demuestra que el objetivo de la función ecológica es un excelente de candidato para el ideal de una meta ecológica y de largo plazo. Se discuten los efectos del escape de calor y de la irreversibilidad interna sobre el funcionamiento del ciclo. El modelo universal del ciclo da una descripción unificada de siete ciclos de la bomba de calor, y los resultados obtenidos incluyen las características de funcionamiento de los ciclos de Brayton, de Otto, Diesel, Atkinson, Dual, Miller y Carnot para bombas térmicas con pérdidas de la resistencia al calor, del escape de calor y de irreversibilidad interna.

The problem of the maximum work that can be extracted from a system consisting of one finite heat reservoir and one subsystem with the generalized radiative heat transfer law [q ∞ Δ (Tn)] is investigated in this paper. Finite-time exergy is derived for a fixed duration and a given initial state of the subsystem by applying optimal control theory. The optimal subsystem temperature configuration for the finite-time exergy consists of three segments, including the initial and final instantaneous adiabatic branches and the intermediate heat transfer branch. Analyses for special examples show that the optimal configuration of the heat transfer branch with Newton's heat transfer law [q ∞ Δ (T)] is that the temperatures of the reservoir and the subsystem change exponentially with time and the temperature ratio between them is a constant; The optimal configuration of the heat transfer branch with the linear phenomenological heat transfer law [q ∞ Δ (T-1)] is such that the temperatures of the reservoir and the subsystem change linearly and non-linearly with time, respectively, and the difference in reciprocal temperature between them is a constant. The optimal configuration of the heat transfer branch with the radiative heat transfer law [q ∞ Δ (T4)] is significantly different from those with the former two different heat transfer laws. Numerical examples are given, effects of changes in the reservoir's heat capacity on the optimized results are analyzed, and the results for the cases with some special heat transfer laws are also compared with each other. The results show that heat transfer laws have significant effects on the finite-time exergy and the corresponding optimal thermodynamic process. The finite-time exergy tends to the classical thermodynamic exergy and the average power tends to zero when the process duration tends to infinitely large. Some modifications are also made to the results from recent literatures.

En este trabajo se investiga el problema del maximo trabajo que es posible extraer del sistema consistente en un recipiente térmico finito y un subsistema con la ley generalizada de transferencia de calor por radiación [q ∞ Δ (Tn)]. Se obtiene la exergía de tiempo finito para una duración fija y un estado inicial del subsistema dado aplicando la teoría de control óptimo. La configuración (óptima de temperatura del subsistema para la exergía de tiempo finito consiste en tres segmentos: la rama instantánea adiabática inicial y final, y la rama de transferencia de calor intermedia. El análisis de ejemplos especiales muestra que la configuración óptima de la rama de transferencia de calor con la ley de Newton de transferencia térmica [q ∞ Δ (T)] es aquella en la que la temperatura del recipiente y del subsistema cambian exponencialmente con el tiempo y la razón de temperaturas es constante. La configuración óptima de la rama de transferencia térmica con la ley lineal fenomenológica [q ∞ Δ (T-1)] es aquella en la que las temperaturas del recipiente y del subsistema cambian lineal y no linealmente con el tiempo respectivamente y la diferencia en la temperatura recíproca entre ellos es constante. La configuración óptima para la rama de transferencia térmica con la ley radiativa de transferencia de calor [q ∞ Δ (T4)] es significativamente diferente de las que emplean las dos leyes anteriores. Se dan ejemplos numéricos, se analizan los efectos de los cambios en la capacidad calorífica del recipiente en los resultados optimizados, y los resultados para los casos con alguna ley especial de transferencia térmica se comparan unos con otros. Los resultados muestran que las leyes de transferencia térmica tienen efectos significativos en la exergía de tiempos finitos y en el proceso termodinámico óptimo correspondiente. La exergía de tiempos finitos tiende a la de la termodinámica clásica y la potencia promedio tiende a cero cuando la duración del proceso tiende a ser infinitamente largo. También se hacen algunas modificaciones a resultados recientemente publicados.

The good performance of an electromagnet requires high magnetic induction and a low temperature. A new complex-objective function reflected magnetic induction and maximum temperature difference is set up, and the electromagnet is optimized using the new complex-objective function. The optimization results show that the performance of the electromagnet is improved as the number of high thermal conductivity cooling discs inserted increases. When the performance of the electromagnet achieves its best level, the solenoid becomes longer and thinner as the number of high thermal conductivity cooling discs increases. Simultaneously, the magnetic induction becomes higher and the maximum temperature difference becomes lower. The optimized performance of the electromagnet also improves as the volume of solenoid increases; simultaneously, the magnetic induction first increases and then decreases, and the maximum temperature difference decreases all along.

El buen funcionamiento de un electroimán requiere de una alta inducción magnética y una baja temperatura. Los resultados de la optimización demuestran que el funcionamiento del electroimán mejora al incrementar el número de discos de enfriamiento de alta conductividad térmica insertados. Cuando el funcionamiento del electroimán alcanza su mejor nivel, el solenoide llega a ser más largo y más fino mientras que el número de discos de enfriamiento de alta conductividad térmica aumenta. Simultáneamente, la inducción magnética llega a ser más alta y la diferencia de la temperatura máxima disminuye. El funcionamiento optimizado del electroimán también mejora mientras que el volumen de solenoide aumenta; simultáneamente, la inducción magnética primero aumenta y después disminuye, y la diferencia de la temperatura máxima disminuye.

Maximum efficiency of an irreversible heat engine with a distributed working fluid, in which the heat transfers between the working fluid and the heat reservoirs obey the linear phenomenological heat transfer law <img border=0 src="../../../../../img/revistas/rmf/v56n3/a8s1.jpg">, is studied in this paper by using finite-time thermodynamics based on Orlov and Berry's work i. Two kinds of efficiencies are defined, and the problems are divided into three cases. Optimal control theory is used to determine the upper bounds of efficiencies of the heat engines for various cases. Numerical examples of the two efficiencies for the irreversible heat engine with lumped-parameter model working between variable temperature reservoirs are provided, and the effects of changes of the reservoir's temperature on the maximum efficiency of the heat engine are analyzed. The obtained results are also compared with those obtained by Orlov and Berry ii with Newtonian heat transfer law <img border=0 src="../../../../../img/revistas/rmf/v56n3/a8s2.jpg">.

En este artículo se estudia la eficiencia máxima de un motor térmico irreversible con un fluido de trabajo distribuido, en el cual las transferencias térmicas entre el fluido de trabajo y los depósitos térmicos obedecen la ley fenomenológica linear de transferencia térmica<img border=0 src="../../../../../img/revistas/rmf/v56n3/a8s1.jpg">, usando la termodinámica del finito-tiempo basada en el trabajo de Orlov y Berry i. Se definen dos clases de eficiencias, y los problemas se dividen en tres casos. La teoría de control óptima se utiliza para determinar los límites superiores de las eficiencias de los motores térmicos para varios casos. Se proporcionan ejemplos numéricos de las dos eficiencias de motor térmico irreversible con el modelo del amontonar-parámetro trabajando entre los depósitos de temperatura variable, y se analizan los efectos de los cambios de temperatura del recipiente en la eficacia máxima del motor térmico. Los resultados obtenidos también se comparan con los obtenidos por Orlov y Barry ii con la ley neutoniana del transferencia térmica <img border=0 src="../../../../../img/revistas/rmf/v56n3/a8s2.jpg">.

Power and efficiency performances of a thermal Brownian heat engine, which consists of Brownian particles moving in a periodic sawtooth potential with and without external forces and contacting with alternating hot and cold reservoirs along the space coordinate, are studied in this paper. The performance characteristics are obtained by numerical calculations. It is shown that due to the heat flow via the change of kinetic energy of the particles, the Brownian heat engine is always irreversible and the efficiency can never approach the Carnot efficiency. The influences of the operation parameters, i.e. barrier height of the potential, asymmetry of the potential and temperature ratio of the heat reservoirs on the power output, the efficiency and the current performances of the Brownian heat engine are investigated in detail by numerical analysis. When there is no external force, the power output versus efficiency characteristic curves are closed loop-shaped ones, which are similar to those of real conventional irreversible heat engines; whereas when the external force is considered, the power output versus efficiency characteristic curves of the heat engine changed into open loop-shaped ones. Furthermore, the limited regions of the external force and barrier height of the potential are explored by analyzing the current property of the model. It is shown that by reasonable choice of the parameters, the Brownian heat engine can be controlled to operate in the optimal regimes.

The performance of an endoreversible Carnot heat engine cycle is analyzed and optimized using the theory of finite time thermodynamics based on Agrawal and Menon's i model of finite speed of the piston on the four branches and Curzon and Ahlborn's ii model of finite rate of heat transfer. The finite speeds of the piston on the four branches are further assumed to be different, which is unlike the model of constant-speed of the piston on the four branches. The analytical formula between power and efficiency of the cycle is derived for a fixed cycle period. There exist optimal ratios of the finite piston speeds on the four branches. The effects of the temperature ratio of the heat reservoirs on the dimensionless power versus efficiency of the cycle and isothermal expansion ratio are obtained by numerical examples.

Se analiza y optimiza el funcionamiento cíclico de un motor endoreversible de Carnot, utilizando la teoría termodinámica de tiempo finito basada en el modelo de Agrawal y Menon i de velocidad finita del pistón en los cuatro cilindros, y en el modelo de rapidez finita de transporte de calor de Curzon y Ahlborn ii. También se supone que las velocidades del pistón en los cuatro cilindros son diferentes. Se deduce la fórmula analítica de la potencia y la eficiencia para un período del ciclo. Resultan cocientes óptimos para las velocidades finitas del pistón en los cuatro cilindros. Se obtienen, mediante ejemplos numéricos, los efectos del cociente de temperatura de los focos térmicos sobre la potencia versus la eficiencia del ciclo y el coeficiente de dilatación isotérmica.

The cooling load and coefficient of performance (COP) characteristic of an energy selective electron (ESE) refrigerator with filter heat conduction operating in the maximum cooling load regime and the intermediate regime (i.e. between maximum cooling load operation and reversible operation) are analyzed in this paper. In the analyses, the analytical formulae for cooling load and COP of the ESE refrigerator are derived for the two operation regimes, respectively. The performance characteristics are obtained by numerical calculations. The influence of the resonance widths on the performance of the ESE refrigerator in the intermediate regime is discussed. It is shown that, in the maximum cooling load operation regime, when the filter heat transfer is taken into account, the cooling load versus COP characteristic change from monotonic curves (without filter heat conduction) to parabolic-like ones (with filter heat conduction); while in the intermediate regime, the cooling load versus COP characteristic are always loop-shaped ones and the heat conduction of the filter does not change the shape of the characteristic curves. The cooling load is a parabolic-like function of resonance width while the COP is a monotonic one of resonance width. With the increase in thermal conductivity, the COP decreases in both operation regimes. The results obtained herein have theoretical significance for the understanding of thermodynamic performance of the micro-nano devices.

Se analizan en este trabajo la carga de enfriamiento y el coeficiente de desempeño (COP, por sus siglas en inglés) de un refrigerador de selección de energía electrónica (ESE, por sus siglas en inglés), con filtro de conducción de calor, operando en el régimen de máxima carga de enfriamiento y en el régimen intermedio (i.e. entre la operación a máxima carga de enfriamiento y la operación reversible). Se deducen analíticamente fórmulas para la carga de enfriamiento y el COP del refrigerador ESE, bajo los dos regímenes de operación, respectivamente. Se obtienen, mediante cálculos numéricos, las características de funcionamiento. Se discute la influencia de los anchos de resonancia en el desempeño del refrigerador ESE en el régimen intermedio. Se demuestra que, en el régimen de operación a máxima carga de enfriamiento, cuando se toma en cuenta el filtro de transferencia de calor, la carga de enfriamiento versus el COP cambia de una curva monotónica (sin filtro de calor de conducción) a curvas de tipo parabólico (con filtro de calor de conducción); en cambio, en el régimen intermedio, la carga de enfriamiento versus el COP son siempre curvas en forma de bucle y la conducción de calor del filtro no cambia la forma de las curvas características. La carga de enfriamiento es una función en forma de parábola del ancho de resonancia, mientras que el COP es una función monótona del ancho de resonancia. El COP decrece en ambos regímenes de operación, al aumentar la conductividad térmica. Los resultados que aquí se obtienen son teóricamente significativos para la comprensión del desempeño termodinámico de micronano dispositivos.

An isothermal endoreversible chemical engine operating between a finite high-chemical- potential reservoir and an infinite low-chemical-potential reservoir in which the mass transfer between the working fluid and the mass reservoirs obeys the linear mass-transfer law [g α Δµ] is put forward in this paper. Optimal control theory is applied to determine the optimal cycle configuration corresponding to the maximum work output for the fixed total cycle time. The optimal cycle configuration is an isothermal endoreversible chemical engine cycle in which the chemical potential (concentration) of the key component in the finite high-chemical- potential mass reservoir and that in the working fluid change nonlinearly with time. The difference in chemical potentials (ratio of the concentrations) between the key component in the finite mass reservoir and the working fluid is a constant, and the chemical potential (concentration) of the key component in the working fluid at the low chemical potential side is also a constant. A numerical example is provided, and the effects of the concentration changes in the key component in the finite high-chemical-potential reservoir on the optimal configuration of the chemical engine are analyzed. The obtained results are compared with those obtained for an endoreversible heat engine operating between a finite heat source and an infinite heat sink with Newton's heat transfer law [q α ΔT]; in the heat transfer processes. The object studied in this paper is general, and the results could provide some guidelines for the optimal design and operation of real chemical engines.

En el presente trabajo se presenta un motor químico endoreversible isotérmico trabajando entre un recipiente finito de alto potencial químico y un recipiente infinito de bajo potencial químico, en el cual, la transferencia de masa entre el fluido de trabajo y la masa contenida obedece a la ley lineal de transferencia de masa [g α Δµ];. Se aplica la teoría del control óptimo para determinar la configuración óptima del ciclo, correspondiente al máximo trabajo de salida para el tiempo total del ciclo. La configuración del ciclo óptimo es el de un motor químico endoreversible isotérmico en el cual, el potencial químico (concentración) de la componente clave en el recipiente finito masivo de alto potencial químico y el del fluido de trabajo cambian de forma no lineal con el tiempo. La diferencia en los potenciales químicos (cociente de las concentraciónes) entre el componente clave del recipiente finito masivo y el fluido de trabajo es una constante, y el potencial químico (concentración) del componente clave en el fluido de trabajo del lado del potencial químico bajo es también una constante. Se proporciona un ejemplo numérico donde se analizan los efectos del cambio en la concentración en la componente clave del recipiente finito con alto potencial químico respecto de la configuración óptima del motor químico. Los resultados obtenidos se comparan con los obtenidos para un motor térmico endoreversible que trabaja entre una fuente de calor finita y un disipador de calor infinito, que obedece a la ley de Newton de transferencia de calor (q α ΔT) en los procesos de tranferencia de calor. El objeto de estudió en el presente trabajo es general y los resultados podrían proporcionar algunas pautas para el diseño óptimo y funcionamiento de motores químicos reales.

A model of a thermoelectric heat pump driven by a thermoelectric generator with external heat transfer irreversibility is proposed. The performance of the combined thermoelectric heat pump device obeying Newton's heat transfer law is analyzed using the combination of finite time thermodynamics and non-equilibrium thermodynamics. Two analytical formulae for heating load versus working electrical current, and the coefficient of performance (COP) versus working electrical current, are derived. For a fixed total heat transfer surface area of four heat exchangers, the allocations of the heat transfer surface area among the four heat exchangers are optimized for maximizing the heating load and the COP of the combined thermoelectric heat pump device. For a fixed total number of thermoelectric elements, the ratio of the number of thermoelectric elements of the generator to the total number of thermoelectric elements is also optimized for maximizing both the heating load and the COP of the combined thermoelectric heat pump device. The influences of thermoelectric element allocation and heat transfer area allocation are analyzed by detailed numerical examples. The optimum working electrical currents for maximum heating load and maximum COP at different total numbers of thermoelectric elements and different total heat transfer areas are provided, respectively.

En el presente trabajo se propone un modelo de una bomba de calor termoeléctrica controlada por un generador termoeléctrico con transferencia de calor externa irreversible. Se analiza el desempeño de la bomba de calor combinada, la cual obedece a la ley de Newton de transferencia de calor, usando la combinación de termodinámica de tiempo finito y termodinámica fuera de equilibrio. Se obtienen dos formulas analíticas: para la carga de calor y para el coeficiente de desempeño, ambas en función del trabajo de corriente eléctrica. Se realiza una optimización de la posición de la superficie de transferencia de calor entre cuatro intercambiadores para maximizar la carga de calor y el coeficiente de desempeño de la bomba de calor termoeléctrica combinada. Para este mismo fin, se optimiza también la razón entre el número de elementos termoeléctricos del generador y el total. Se analiza, mediante ejemplos numéricos detallados, la influencia entre las posiciones del elemento termoeléctrico y del área de transferencia de calor.

Finite time exergoeconomic performance of an endoreversible regenerative gas turbine closed-cycle cogeneration plant coupled to constant temperature heat reservoirs is investigated. The analytical formulae about profit rate and exergy efficiency of the cogeneration plant with the heat resistance losses in the hot-, cold- and consumer-side heat exchangers and the regenerator are deduced, respectively. By means of numerical calculations, the heat conductance allocation among the four heat exchangers and pressure ratio of the compressor are optimized by taking the maximum profit rate as the objective. The characteristic of optimal dimensionless profit rate versus corresponding exergy efficiency is investigated and the effects of design parameters on optimal performance of the cogeneration plant are also analyzed. The results show that there exist a sole group of optimal heat conductance allocations among the four heat exchangers and an optimal pressure ratio of the compressor which lead to the maximum dimensionless profit rate, and there exists an optimal consumer-side temperature which leads to double-maximum dimensionless profit rate.

Se investigó el desempeño en tiempo finito de una planta de cogeneración de gas turbina endoreversible regenerativo de ciclo cerrado acoplado con una reserva de temperatura termal constante. Se deduce la formula analítica para la razon de ganancia y eficiencia de energía de la planta de cogeneración con las perdidas de resistencia en calor, frío y lado-consumidor intercambiadores termales y regeneradores, respectivamente. Mediante cálculos numéricos, la asignación de conductor termal entre los cuatro intercambiadores termales y de taza de presión del compresor es optimizada tomando como objetivo la máxima taza de ganancia. Se investiga las características de las dimensiones óptimas de taza de ganancia versus la energía eficiencia correspondiente, así como los efectos de los parámetros sobre el desempeño óptimo de la planta de cogeneración. Los resultados demuestran que existe un solo grupo de óptimo de conductores termales entre los cuatro intercambiadores y una de taza de presión del compresor optima que resultan en las dimensiones máximas de la taza de ganancia, y que existe una temperatura optima de lado-consumidor que resulta con una taza de ganancia de dimensiones doble-máxima.

An ecological performance analysis and optimization based on the exergetic analysis is carried out in this paper for an endoreversible air heat pump cycle with variable-temperature heat reservoirs. An exergy-based ecological optimization criterion, which consists of maximizing a function representing the best compromise between the exergy output rate and exergy loss rate (entropy generation rate and environment temperature product) of the heat pump cycle, is taken as the objective function. The analytical relation of the exergy-based ecological function is derived. The effects of pressure ratio, the effectiveness of the heat exchangers, the inlet temperature ratio of the heat reservoirs and the ratio of hot-side heat reservoir inlet temperature to ambiént temperature on ecological function are analyzed. The cycle performance optimizations are performed by searching the optimum distribution of heat conductance of the hot- and cold-side heat exchangers for fixed total heat exchanger inventory and the optimum heat capacity rate matching between the working fluid and the heat reservoirs, respectively. The influences of some design parameters, including heat exchanger inventory and heat capacity rate of the working fluid on the optimal performance of the endoreversible air heat pump are provided by numerical examples. The results show that the exergy-based ecological optimization is an important and effective criterion for the evaluation of air heat pumps.

Un análisis y una optimización ecológicos de funcionamiento basados en el análisis exergetic se realiza en este papel para un ciclo endoreversible de la pompa de calor del aire con los depósitos del calor de la variable-temperatura. Un criterio ecológico exergy-basado de la optimización, que consiste en el maximizar de una función que representa el mejor compromiso entre el índice de salida del exergy y el índice de la perdida del exergy (producto de la temperatura de la tarifa y del ambiénte de la generación de la entropía) del ciclo de la pompa de calor, se toma como la función objetiva. La relación analítica de la función ecológica exergy-basada se deriva. Los efectos del cociente de la presión, de la eficacia de los cambiadores de calor, del cociente de la temperatura de la entrada de los depósitos del calor y del cociente de la temperatura de la entrada del depósito del calor del caliente-lado a la temperatura ambiénte en la función ecológica se analizan. Las optimizaciones del funcionamiento del ciclo son realizadas buscando la distribución óptima de la conductancia del calor de los cambiadores calientes y del frío-lado de calor para el inventario total fijo del cambiador de calor y la tarifa óptima de la capacidad de calor que empareja entre el líquido de funcionamiento y los depósitos del calor, respectivamente. Las influencias de algunos parámetros de diseño, incluyendo inventario del cambiador de calor y el índice de capacidad de calor del líquido de funcionamiento en el funcionamiento óptimo de la pompa de calor endoreversible del aire son proporcionadas por ejemplos numéricos. Los resultados demuestran que la optimización ecológica exergy-basada es un criterio importante y eficaz para la evaluación de las pompas de calor del aire.

A common of finite-time heat transfer processes between high- and low-temperature sides with a generalized heat transfer law [q ∝ (Δ(Tn ))m] are studied in this paper. The optimal heating and cooling configurations for minimizing lost available work are derived for the fixed initial and final temperatures of the working fluid of the system (low-temperature side). Optimal paths are compared with the common strategies of constant heat flux, constant source (reservoir) temperature and the minimum entropy generation operation by numerical examples. The condition corresponding to the minimum lost available work strategy is that corresponding to a constant rate of lost available work, not only valid for Newton's heat transfer law [q ∝ ΔT] but also valid for the generalized convective heat transfer law [q ∝ (ΔT)m ]. The obtained results are more general and can provide some theoretical guidelines for the designs and operations of practical heat exchangers.

Optimal configuration of a class of endoreversible heat engines with generalized radiative heat transfer law [q ∞ Δ (Tn] has been determined by this paper. The optimal cycle that maximizes the efficiency of the engines with fixed input energy has been obtained using optimal-control theory, and the differential equations are solved by Taylor series expansion. It is shown that the optimal cycle for maximum efficiency has eight branches including two isothermal branches, four maximum-efficiency branches and two adiabatic branches. The interval of each branch has been obtained, as well as the solutions of the temperatures of heat reservoirs and working fluid. Numerical examples are given for the optimal configurations with n = - 1, n=1, n=2, n=3 and n=4, respectively. The results obtained are compared with each other and with those results obtained for maximum power output.

En este artículo se determina la configuración óptima de una clase de motor térmico endoreversible con la ley generalizada de transferencia de claro radiativa [q ∞ Δ (Tn]. El ciclo óptimo que maximiza la eficiencia de los motores con una entrada de energía dada se obtiene usando la teoría del control óptimo y las ecuaciones diferenciales son resueltas mediante la expanción en series de Taylor. Se muestra que el ciclo óptimo para máxima eficiencia tiene ocho ramas, incluyendo dos ramas isotérmicas, cuatro de máxima eficiencia y dos adiabáticas. Se muestra el intervalo para cada rama, así como la temperatura del recipiente calorífico y del fluido de trabajo. Los ejemplo numéricos se muestran para la configuración óptima con n= - 1, n=1, n=2, n=3 y n=4. Los resultado obtenidos son comparados unos con otros, y con éstos se obtiene la potencia máxima de salida.