Optimizing thermodynamic cycles with two finite-sized reservoirs

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作者
Hong Yuan,Yuhan Ma,C. P. Sun
出处
期刊:Physical review [American Physical Society]
卷期号:105 (2) 被引量:16
标识
DOI:10.1103/physreve.105.l022101
摘要

We study the nonequilibrium thermodynamics of a heat engine operating between two finite-sized reservoirs with well-defined temperatures. Within the linear response regime, it is found that the uniform temperature of the two reservoirs at final time τ is bounded from below by the entropy production σ_{min}∝1/τ. We discover a general power-efficiency tradeoff depending on the ratio of heat capacities (γ) of the reservoirs for the engine, and a universal efficiency at maximum average power of the engine for arbitrary γ is obtained. For practical purposes, the operation protocol of an ideal gas heat engine to achieve the optimal performance associated with σ_{min} is demonstrated. Our findings can be used to develop a general optimization scenario for thermodynamic cycles with finite-sized reservoirs in real-world circumstances.
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