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Volume 28: Pages 115-119, 2015
The effects of internal energy transfers on power cycle efficiency
David Van Den Eindea)
1284 170th Street, Bejou, Minnesota 56516, USA
This paper discusses the effects that the internal energy transfers have on the efficiency of a closed condensing nonflow through transcritical power cycle with staged heat input. The cycle uses a combined solvent and solid solute as its working fluid. The differential in excess enthalpies of solution between the cycle’s subcritical liquid range at its T2 and supercritical fluid range near its T1 causes an internal temperature elevation of input heat. The effect on cycle efficiency produced by kinetic energy transferred from molecular translation to potential during gas to liquid phase change at the cycle’s T2 is discussed. Variations in the solvent’s enthalpy change though the supercritical region is shown to be an accurate predictor of the density at which retrograde solubility initiates. Methanol and ferrocene are used in the cycle to demonstrate the impossible demand of the second law that positive excess enthalpies for solid solutes must be higher in low-density supercritical fluids beyond the retrograde region than in the subcritical liquid range.
Cet article évoque les effets qu'ont les transferts d'énergie interne sur l'efficacité d'un non-écoulement condensant fermé au travers d'un cycle de puissance transcritique avec une entrée de chaleur étagée. Le cycle utilise comme fluide de travail une combinaison de solvant et de soluté solide. Le différentiel dans l'excès d'enthalpie de solution entre la plage liquide sous-critique du fluide en son point T2 et la plage fluide sur-critique près de son point T1 provoque une élévation de la température interne de la chaleur d'entrée. L'effet sur l'efficacité du cycle produit par le transfert d'énergie cinétique de la translation moléculaire au potentiel pendant la transition de phase gaz vers liquide au point T2 du cycle est évoqué. Nous montrons que les variations dans le changement d'enthalpie du solvant à travers la région sur-critique permettent de prédire précisément la densité à laquelle la solubilité rétrograde débute. Du méthanol et du ferrocène sont utilisés dans le cycle pour démontrer l'impossibilité de l'exigence du deuxième principe de la thermodynamique, selon lequel les enthalpies excédentaires positives pour les solutés solides doivent être supérieures dans les fluides sur-critiques à basse densité au-delà de la région rétrograde par comparaison avec la plage liquide sous-critique.
Key words: Power Cycle; Supercritical Retrograde Solubility; Excess Enthalpy; Second Law of Thermodynamics; Lennard-Jones; Nanofluid.
Received: November 20, 2014; Accepted: February 10, 2015; Published Online: March 3, 2015
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