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有限时间热力学理论和应用的发展现状 被引量:64
1
作者 陈林根 孙丰瑞 WuChih 《物理学进展》 CSCD 北大核心 1998年第4期395-422,共28页
回顾了有限时间热力学的发展史,从物理学和工程学两个角度全面评述了其理论和应用研究发展现状,重点介绍了有限时间和/或有限尺寸约束条件下热力过程和装置的性能优化问题,指出了广义热力学优化将是其发展方向。
关键词 有限时间热力学 热机 制冷机 热泵 热力学 发展
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能量系统有限时间热力学的现状和展望 被引量:62
2
作者 陈林根 孙丰瑞 陈文振 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 1992年第4期479-488,共10页
本文从以下几个方面介绍了能量系统(含热机、制冷机、热泵等热力机械和其他有关一般热力过程、化学反应过程)有限时间热力学的研究现状:牛顿定律热力系统的研究;热阻和其他不可逆损失模型影响的研究;有限热容热源和外部泵入热流型热源... 本文从以下几个方面介绍了能量系统(含热机、制冷机、热泵等热力机械和其他有关一般热力过程、化学反应过程)有限时间热力学的研究现状:牛顿定律热力系统的研究;热阻和其他不可逆损失模型影响的研究;有限热容热源和外部泵入热流型热源影响的研究;热力机械设计和评估中的应用研究。 展开更多
关键词 有限时间 热力学 热机 制冷机 热泵
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Optimization for entransy dissipation minimization in heat exchanger 被引量:59
3
作者 XIA ShaoJun CHEN LinGen SUN FengRui 《Chinese Science Bulletin》 SCIE EI CAS 2009年第19期3587-3595,共9页
A common of two-fluid flow heat exchanger, in which the heat transfer between highand low-temperature sides obeys Newton's law [q∝Δ(T)], is studied in this paper. By taking entransy dissipation minimization as o... A common of two-fluid flow heat exchanger, in which the heat transfer between highand low-temperature sides obeys Newton's law [q∝Δ(T)], is studied in this paper. By taking entransy dissipation minimization as optimization objective, the optimum parameter distributions in the heat exchanger are derived by using optimal control theory under the condition of fixed heat load. The condition corresponding to the minimum entransy dissipation is that corresponding to a constant heat flux density. Three kinds of heat exchangers, including parallel flow, condensing flow and counter-flow, are considered, and the results show that only the counter-flow heat exchanger can realize the entransy dissipation minimization in the heat transfer process. The obtained results for entransy dissipation minimization are also compared with those obtained for entropy generation minimization by numerical examples. 展开更多
关键词 物理学 有限时间 热力学 研究
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热力循环的生态学品质因素 被引量:54
4
作者 陈林根 孙丰瑞 陈文振 《热能动力工程》 CAS CSCD 北大核心 1994年第6期374-376,381,共4页
生态学目标的提出是热力循环性能分析的进步。生态学目标可基于能量的观点和的观点来建立,但二者不可混淆。生态学目标函数的最大值及其相应的性能界限可作为评价热力循环性能的品质因素。本文给出了各种热力循环的生态学目标函数及其... 生态学目标的提出是热力循环性能分析的进步。生态学目标可基于能量的观点和的观点来建立,但二者不可混淆。生态学目标函数的最大值及其相应的性能界限可作为评价热力循环性能的品质因素。本文给出了各种热力循环的生态学目标函数及其品质因素的定义式。 展开更多
关键词 有限时间热力学 品质因素 生态学优化准则
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Progress in entransy theory and its applications 被引量:45
5
作者 CHEN LinGen 《Chinese Science Bulletin》 SCIE CAS 2012年第34期4404-4426,共23页
The entransy and entransy dissipation extremum principle proposed have opened up a new direction for the heat transfer optimi-zation. The emergence and development of entransy theory are reviewed. Entransy theory and ... The entransy and entransy dissipation extremum principle proposed have opened up a new direction for the heat transfer optimi-zation. The emergence and development of entransy theory are reviewed. Entransy theory and its applications are summarized from several aspects, such as heat conduction, heat convective, heat radiation, heat exchanger design and mass transfer, etc. The emphases are focused on four aspects, i.e., the comparison between entropy generation rate and entransy dissipation rate, the combination of entransy dissipation extreme principle with finite time thermodynamics, the combination of entransy dissipation extreme principle with the heat conduction constructal theory, and the combination of entransy dissipation extreme principle with the heat convective constructal theory. The scientific features of entransy theory are emphasized. 展开更多
关键词 应用 有限时间热力学 耗散理论 极值原理 构形理论 熵产生率 热对流 热优化
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不可逆过程广义热力学动态优化研究进展 被引量:43
6
作者 陈林根 夏少军 《中国科学:技术科学》 EI CSCD 北大核心 2019年第9期981-1022,共42页
广义热力学优化理论是热科学与技术领域的研究热点之一.本文首先回顾了有限时间热力学、熵产生最小化理论、理论、广义热力学优化理论的产生与发展,深入剖析了上述热学优化理论的物理内涵及其相互间异同点,然后从传热过程、传质过程、... 广义热力学优化理论是热科学与技术领域的研究热点之一.本文首先回顾了有限时间热力学、熵产生最小化理论、理论、广义热力学优化理论的产生与发展,深入剖析了上述热学优化理论的物理内涵及其相互间异同点,然后从传热过程、传质过程、电容器充电电路和经济贸易过程等不可逆过程动态优化研究方面介绍了广义热力学优化理论的研究进展,重点比较了熵产生最小化理论和理论在传热传质过程优化中的异同点,最后指出除在研究对象范围和研究内容方面进一步拓展与细化外,追求物理模型的统一性、优化方法的通用性和优化结果的普适性是广义热力学优化理论的另一重要发展趋势. 展开更多
关键词 有限时间热力学 熵产生最小化理论 理论 广义热力学优化理论 最优控制
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Entransy dissipation minimization for liquid-solid phase change processes 被引量:41
7
作者 XIA ShaoJun,CHEN LinGen & SUN FengRui Postgraduate School,Naval University of Engineering,Wuhan 430033,China 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS 2010年第4期960-968,共9页
The liquid-solid phase change process of a simple one-dimensional slab is studied in this paper.By taking entransy dissipation minimization as optimization objective,the optimal external reservoir temperature profiles... The liquid-solid phase change process of a simple one-dimensional slab is studied in this paper.By taking entransy dissipation minimization as optimization objective,the optimal external reservoir temperature profiles are derived by using optimal control theory under the condition of a fixed freezing or melting time.The entransy dissipation corresponding to the optimal heat exchange strategies of minimum entransy dissipation is 8/9 of that corresponding to constant reservoir temperature operations,which is independent of all system parameters.The obtained results for entransy dissipation minimization are also compared with those obtained for the optimal heat exchange strategies of minimum entropy generation and constant reservoir temperature operations by numerical examples.The obtained results can provide some theoretical guidelines for the choice of optimal cooling or heating strategy in practical liquid-solid phase change processes. 展开更多
关键词 liquid-solid phase change process entransy DISSIPATION MINIMIZATION optimal control finite time thermodynamics GENERALIZED thermodynamIC optimization
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正、反向两源热力循环有限时间热力学性能优化的研究进展 被引量:33
8
作者 李俊 陈林根 +1 位作者 戈延林 孙丰瑞 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2013年第13期1-12,共12页
有限时间热力学所得结果具有普适性,其研究结果已成为热物理学的一个重要基础.许多学者利用有限时间热力学方法对单级和多级正、反向两热源热力循环最优性能和最优构型进行了大量研究,获得了一些比经典热力学对于工程设计和优化更具有... 有限时间热力学所得结果具有普适性,其研究结果已成为热物理学的一个重要基础.许多学者利用有限时间热力学方法对单级和多级正、反向两热源热力循环最优性能和最优构型进行了大量研究,获得了一些比经典热力学对于工程设计和优化更具有实际指导意义的新结论.综述了利用有限时间热力学理论对不同传热规律下单级和多级正、反向两热源热力循环最优性能和最优构型研究的最新进展,包括不同传热规律下内可逆和不可逆卡诺热机、制冷机和热泵循环的最优性能研究进展,两热源热机、制冷和热泵循环最优构型及多级复杂热力系统最优构型研究进展. 展开更多
关键词 正反向卡诺循环 最优性能 最优构型 有限时间热力学
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燃气轮机循环有限时间热力学研究新进展 被引量:32
9
作者 王文华 陈林根 +1 位作者 戈延林 孙丰瑞 《热力透平》 2012年第3期171-178,208,共9页
在概述有限时间热力学理论产生和发展的基础上,着重介绍了运用该理论对闭、开式燃气轮机简单和复杂循环以及燃气轮机热电和热电冷联产循环性能进行热力学分析和优化的最新研究进展。指出了由于有限时间热力学理论进一步充分考虑了实际... 在概述有限时间热力学理论产生和发展的基础上,着重介绍了运用该理论对闭、开式燃气轮机简单和复杂循环以及燃气轮机热电和热电冷联产循环性能进行热力学分析和优化的最新研究进展。指出了由于有限时间热力学理论进一步充分考虑了实际装置中的不可逆性,因此得到的循环最优性能是综合最佳的,同时也发现了一些与经典热力学理论研究不同的新结果。 展开更多
关键词 有限时间热力学 燃气轮机循环 闭式循环 开式循环 热电联产循环 性能优化
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三类微型能量转换系统有限时间热力学性能优化的研究进展 被引量:31
10
作者 丁泽民 陈林根 +1 位作者 王文华 孙丰瑞 《中国科学:技术科学》 EI CSCD 北大核心 2015年第9期889-918,共30页
随着分子生物技术、纳米技术和微电子技术的发展,微型能量转换系统日益受到人们的重视.微型能量系统中能量转换的机理和效率研究是涉及热力学、统计力学、物理学等多学科交叉融合的新课题,而能量系统的性能优化是揭示微型系统能量转换... 随着分子生物技术、纳米技术和微电子技术的发展,微型能量转换系统日益受到人们的重视.微型能量系统中能量转换的机理和效率研究是涉及热力学、统计力学、物理学等多学科交叉融合的新课题,而能量系统的性能优化是揭示微型系统能量转换机理、提升能源利用效率的一个关键问题.本文在概述有限时间热力学理论产生和发展的基础上,结合国内外的研究现状,阐明性能优化对微型能量转换系统的意义,综述利用有限时间热力学理论对热驱动布朗马达、能量选择性电子机和热离子装置这三类典型微型能量转换系统进行热力学分析和优化研究的最新进展,并提出进一步的研究展望. 展开更多
关键词 微型能量转换系统 热驱动布朗马达 能量选择性电子机 热离子装置 性能优化 有限时间热力学
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不可逆循环的广义热力学动态优化研究进展 被引量:29
11
作者 陈林根 夏少军 冯辉君 《中国科学:技术科学》 EI CSCD 北大核心 2019年第11期1223-1267,共45页
本文在简要回顾有限时间热力学、熵产生最小化理论、理论、广义热力学优化理论的基础上,从理论热力循环(包括恒温热源理论热机循环,变温热源理论热机循环,串接、联合和多热源理论热机循环,具有非均匀工质的理论热机循环,多级热力循环)... 本文在简要回顾有限时间热力学、熵产生最小化理论、理论、广义热力学优化理论的基础上,从理论热力循环(包括恒温热源理论热机循环,变温热源理论热机循环,串接、联合和多热源理论热机循环,具有非均匀工质的理论热机循环,多级热力循环)、理论化学机循环(包括单级等温化学机循环,单级非等温化学机循环,多级等温化学机循环,多级非等温化学机循环)、工程热力与化学循环(包括活塞式加热气缸膨胀过程,内燃机循环,光驱动发动机循环)、商业机循环等不可逆循环动态优化研究方面介绍了广义热力学优化理论的研究进展,最后指出除在研究对象范围和研究内容方面进一步拓展与细化外,追求物理模型的统一性、优化方法的通用性和优化结果的普适性是广义热力学优化理论的另一重要发展趋势,包括建立广义机模型. 展开更多
关键词 有限时间热力学 广义热力学优化理论 最优控制 不可逆循环 热机循环 化学机循环 商业机循环 广义机循环
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斯特林热机的性能优化分析 被引量:24
12
作者 袁都奇 刘宗修 《热能动力工程》 CAS CSCD 北大核心 1996年第5期282-284,共3页
考虑了斯特林热机工作过程中热阻的不可逆性、等容回热过程的有限时间性以及回热损失,应用有限时间热力学理论,对牛顿传热律下斯特林热机的性能进行了优化分析,得到了对优化设计、最佳工作参数选择有意义的结论。
关键词 斯特林热机 传热 有限时间热力学 热机
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Optimal configuration for a finite high-temperature source heat engine cycle with the complex heat transfer law 被引量:22
13
作者 LI Jun CHEN LinGen SUN FengRui 《Science China(Physics,Mechanics & Astronomy)》 SCIE EI CAS 2009年第4期587-592,共6页
The optimal configuration of a heat engine operating between a finite high-temperature source and an infinite low-temperature reservoir is derived by using finite time thermodynamics based on a complex heat transfer l... The optimal configuration of a heat engine operating between a finite high-temperature source and an infinite low-temperature reservoir is derived by using finite time thermodynamics based on a complex heat transfer law,including Newtonian heat transfer law,linear phenomenological heat transfer law,radiative heat transfer law,Dulong-Petit heat transfer law,generalized convective heat transfer law and generalized radiative heat transfer law,q ∝(△T n). In the engine model the only irreversibility of finite rate heat transfer is considered. The optimal relation between the power output and efficiency of the heat engine is also derived by using an equivalent temperature of the hot reservoir. The obtained results include those obtained in recent literature and can provide some theoretical guidance for the designs of practical engines. 展开更多
关键词 finite time thermodynamics finite HEAT capacity RESERVOIR HEAT engine CYCLE OPTIMAL configuration OPTIMAL performance HEAT transfer law
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内可逆回热式燃气轮机热电联产装置的[火用]经济性能优化 被引量:23
14
作者 陶桂生 陈林根 孙丰瑞 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第6期919-922,共4页
应用有限时间热力学方法,研究了恒温热源条件下内可逆回热式燃气轮机热电联产装置的(火用)经济性能,导出了利润率及(火用)效率的解析式。利用数值计算方法,以利润率为目标,对热导率的分配和压比的选取进行了优化,研究了最优利润率及相应... 应用有限时间热力学方法,研究了恒温热源条件下内可逆回热式燃气轮机热电联产装置的(火用)经济性能,导出了利润率及(火用)效率的解析式。利用数值计算方法,以利润率为目标,对热导率的分配和压比的选取进行了优化,研究了最优利润率及相应(火用)效率特性,并分析了各种联产设计参数对联产优化性能的影响。改进了以往文献中热量(火用)的计算方法,发现了存在最佳的用户侧温度。 展开更多
关键词 有限时间热力学 回热式燃气轮机热电联产装置 [火用]经济性能 利润率
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Optimal performance of a generalized irreversible four-reservoir isothermal chemical potential transformer 被引量:20
15
作者 XIA Dan CHEN LinGen SUN FengRui 《Science China Chemistry》 SCIE EI CAS 2008年第10期958-970,共13页
A new cyclic model of a four-reservoir isothermal chemical potential transformer with irreversible mass transfer, mass leakage and internal dissipation is put forward in this paper. The optimal relation be-tween the c... A new cyclic model of a four-reservoir isothermal chemical potential transformer with irreversible mass transfer, mass leakage and internal dissipation is put forward in this paper. The optimal relation be-tween the coefficient of performance (COP) and the rate of energy pumping of the generalized irre-versible four-reservoir isothermal chemical potential transformer has been derived by using finite-time thermodynamics or thermodynamic optimization. The maximum COP and the corresponding rate of energy pumping, as well as the maximum rate of energy pumping and the corresponding COP, have been obtained. Moreover, the influences of the irreversibility on the optimal performance of the iso-thermal chemical potential transformer have been revealed. It was found that the mass leakage affects the optimal performance both qualitatively and quantitatively, while the internal dissipation affects the optimal performance quantitatively. The results obtained herein can provide some new theoretical guidelines for the optimal design and development of a class of isothermal chemical potential trans-formers, such as mass exchangers, electrochemical, photochemical and solid state devices, fuel pumps, etc. 展开更多
关键词 is othermal four-reservoir chemical potential TRANSFORMER coefficient of PERFORMANCE rate of energy pumping finite time thermody-namics
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燃气轮机循环有限时间热力学分析:理论和应用 被引量:18
16
作者 陈林根 吴晏 孙丰瑞 《燃气轮机技术》 北大核心 2001年第1期46-47,共2页
在简要回顾有限时间热力学理论的发展历史并分析其发展趋势的基础上 。
关键词 有限时间热力学 燃气轮机循环 广义热力学优化
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The optimal path of piston motion for Otto cycle with linear phenomenological heat transfer law 被引量:18
17
作者 XIA ShaoJun CHEN LinGen SUN FengRui 《Science China(Physics,Mechanics & Astronomy)》 SCIE EI CAS 2009年第5期708-719,共12页
An Otto cycle engine with internal and external irreversibilities of friction and heat leakage, in which the heat transfer between the working fluid and the environment obeys linear phenomenological heat transfer law ... An Otto cycle engine with internal and external irreversibilities of friction and heat leakage, in which the heat transfer between the working fluid and the environment obeys linear phenomenological heat transfer law [q ∝△(T -1)], is studied in this paper. The optimal piston motion trajectory for maximizing the work output per cycle is derived for the fixed total cycle time and fuel consumed per cycle. Optimal control theory is applied to determine the optimal piston trajectories for the cases of with and without piston acceleration constraint on each stroke and the optimal distribution of the total cycle time among the strokes. The optimal piston motion with acceleration constraint for each stroke consists of three segments, including initial maximum acceleration and final maximum deceleration boundary segments, respectively. Numerical examples for optimal configuration are provided, and the obtained results are compared with those obtained with Newton’s heat transfer law [q ∝△(T )]. The results also show that optimizing the piston motion can improve power and efficiency of the engine by more than 9%. This is primarily due to the decrease in heat leakage loss on the initial portion of the power stroke. 展开更多
关键词 linear PHENOMENOLOGICAL heat transfer LAW Otto cycle maximum work output optimal PISTON TRAJECTORY finite time thermodynamics generalized thermodynamIC optimization
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有限时间热力学理论的特征及发展中几个重要标志 被引量:13
18
作者 陈金灿 严子浚 《厦门大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2001年第2期232-241,共10页
有限时间热力学是经典热力学的延伸和推广 ,是现代热力学理论的一个新分支 .主要研究非平衡系统在有限时间中能流和熵流的规律 .它既不同于 2 0世纪 30年代建立起来的不可逆热力学 ,又不同于工程热力学 ,有它自己鲜明的理论特征 .现已... 有限时间热力学是经典热力学的延伸和推广 ,是现代热力学理论的一个新分支 .主要研究非平衡系统在有限时间中能流和熵流的规律 .它既不同于 2 0世纪 30年代建立起来的不可逆热力学 ,又不同于工程热力学 ,有它自己鲜明的理论特征 .现已广泛地应用于物理、化学和工程热物理等许多学科领域 ,建立了一系列相应的新理论 .在有限时间热力学的发展过程中 ,内可逆卡诺循环模型、最大功率输出时的效率、基本优化关系、内可逆循环统一理论、不可逆循环理论等方面的研究起到了极其重要的作用 .文中还结合相关的问题简述我们组在有限时间热力学研究中所做的部分工作和特色 . 展开更多
关键词 有限时间热力学 理论特征 内可逆循环 CA效率 非平衡系统 能流 熵流
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海基合成燃油系统关键单元的热力学分析与优化研究进展 被引量:19
19
作者 陈林根 王超 +1 位作者 张磊 夏少军 《中国科学:技术科学》 EI CSCD 北大核心 2021年第2期137-175,共39页
本文在简要回顾化学反应过程有限时间热力学研究的基础上,从海基合成燃油系统的碳、氢源捕获子系统各单元(包括电化学海水酸化单元,酸化海水CO2捕集单元,氢气(H2)获取单元)、燃料催化合成子系统各单元(包括"长链烃裂解"合成... 本文在简要回顾化学反应过程有限时间热力学研究的基础上,从海基合成燃油系统的碳、氢源捕获子系统各单元(包括电化学海水酸化单元,酸化海水CO2捕集单元,氢气(H2)获取单元)、燃料催化合成子系统各单元(包括"长链烃裂解"合成燃油技术路径中逆水气变换单元反应器、费托合成单元反应器,"短链烃聚合"合成燃油技术路径中CO2氢化合成低碳烯烃单元反应器、烯烃齐聚单元反应器)性能研究方面介绍了其热力学分析与优化研究进展.研究工作结合热力学、传热学、流体力学、化学反应动力学、最优控制理论和多目标优化方法,建立模型,优化性能,探索海基合成燃油系统关键单元的热设计与优化问题.由浅入深,从建立热源温度完全可控的一维活塞流反应器模型到建立考虑真实热源载热工质的二维拟均相反应器模型;由可逆模型到不可逆模型,从建立经典平衡态热力学模型到建立考虑多种不可逆因素的有限时间热力学模型;由单目标优化到多目标优化,从熵产生率最小和比熵产生率(对目标产物产率平均的熵产生率)最小的单目标优化到综合考虑目标产物产率最大和熵产生率最小、出口平均转化率最高和最大径向温差最小的多目标优化.本文取得了一些具有重要理论意义和实用价值的研究成果,可为海基合成燃油系统的设计与优化提供科学依据和理论指导.下一步的发展方向是实现两个子系统和全系统与关键单元集成的构形热力学优化. 展开更多
关键词 有限时间热力学 广义热力学优化理论 最优控制 海基合成燃油系统 化学反应过程 熵产率 产率 多目标优化
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The minimum heat consumption for heat-driven binary separation processes with linear phenomenological heat transfer law 被引量:17
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作者 SHU LiWei CHEN LinGen SUN FengRui 《Science China Chemistry》 SCIE EI CAS 2009年第8期1154-1163,共10页
The optimal performance of heat-driven binary separation processes with linear phenomenological heat transfer law(q∝△(T-1)) is analyzed by taking the processes as heat engines which work between high-and low-tempera... The optimal performance of heat-driven binary separation processes with linear phenomenological heat transfer law(q∝△(T-1)) is analyzed by taking the processes as heat engines which work between high-and low-temperature reservoirs and produce enthalpy and energy flows out of the system,and the temperatures of the heat reservoirs are assumed to be time-and space-variables.A numerical method is employed to solve convex optimization problem and Lagrangian function is employed to solve the average optimal control problem.The dimensionless entropy production rate coefficient and dimensionless enthalpy flow rate coefficient are adopted to indicate the major influence factors on the performance of the separation process,such as the properties of different materials and various separation requirements for the separation process.The dimensionless minimum average entropy production rate and dimensionless minimum average heat consumption of the heat-driven binary separation processes are obtained.The obtained results are compared with those obtained with the Newtonian heat transfer law(q∝△(T)). 展开更多
关键词 linear PHENOMENOLOGICAL HEAT transfer law heat-driven SEPARATION binary SEPARATION process HEAT CONSUMPTION entropy production rate finite time thermodynamics
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