Ciclul Brayton-Joule

Ciclul Brayton-Joule este un ciclu termodinamic care este referința ideală pentru funcționarea turbinelor cu gaz . Ciclul este realizat de o serie de organe mecanice rotative care funcționează în serie cu flux liber, adică cu aspirație și ieșire deschise către mediul extern. Transformările implicate sunt două izobare și două izentrope (sau două poltropice dacă constrângerea idealității scade).

A fost brevetat de inginerul american George Brayton în 1872 .

Caracteristici tehnice

Ciclul în diagrame presiune-volum și temperatură-entropie

Ciclul cuprinde patru faze:

compresia izentropică a gazului într-un compresor rotodinamico, cu schimbul ciclu negativ de lucru ;
încălzire izobarică;
expansiunea izentropică a gazului într-o turbină , schimbul de lucru pozitiv al ciclului;
răcirea izobarică.

Toate mașinile reale cu ciclu Brayton-Joule sunt de tipul cu combustie internă cu ciclu deschis. Compresorul trage aer din mediu, crescându-și presiunea fără a face schimb de căldură cu exteriorul; se injectează combustibilul care arde ridicând temperatura fluidului, dar nu presiunea care rămâne constantă (volumul specific crește); fluidul cu un conținut ridicat de entalpie se extinde într-o turbină, oferindu-i o funcționare mecanică și scăzând presiunea și temperatura acestuia; fluidul care iese din turbină la presiunea ambiantă se descarcă în atmosferă și se răcește.

Randament

Eficiența termodinamică ideală a ciclului Brayton-Joule este mai mică decât cea a ciclului Carnot care funcționează între aceleași temperaturi maxime și minime și crește odată cu creșterea raportului de presiune. Randamentul, conform definiției generale, este:

\eta =1-{\frac {1}{\beta ^{\left({\frac {\gamma -1}{\gamma }}\right)}}}

{\ displaystyle \ eta = 1 - {\ frac {1} {\ beta ^ {\ left ({\ frac {\ gamma -1} {\ gamma}} \ right)}}}}

\ eta = 1 - {\ frac {1} {\ beta ^ {{left ({\ frac {\ gamma -1} {\ gamma}} \ right)}}}

unde este $\beta$ ${\ displaystyle \ beta}$ $\ beta$ se înțelege ca raportul de compresie $\beta ={\frac {p_{2}}{p_{1}}}$ ${\ displaystyle \ beta = {\ frac {p_ {2}} {p_ {1}}}}$ $\ beta = {\ frac {p_ {2}} {p_ {1}}}$ cu $p_{2}$ ${\ displaystyle p_ {2}}$ $p_ {2}$ Și $p_{1}$ ${\ displaystyle p_ {1}}$ $p_ {1}$ respectiv presiunile de gaz de-a lungul transformărilor izobare de încălzire și răcire și coeficientul de expansiune adiabatică $\gamma ={\frac {c_{p}}{c_{v}}}$ ${\ displaystyle \ gamma = {\ frac {c_ {p}} {c_ {v}}}}$ $\ gamma = {\ frac {c_ {p}} {c_ {v}}}$ . Trebuie amintit că formula de eficiență menționată anterior este valabilă pentru orice ciclu termodinamic care are două polipropice opuse (și egale) dintre care cel puțin două sunt izentrope.

Utilizare

Ciclul Brayton-Joule stă la baza unei bune părți din producția de energie electrică și mecanică. În aceste cazuri, ciclul se desfășoară „la literă”, adică tot conținutul de entalpie al fluidului este utilizat pentru a produce lucrări mecanice pe arbore. Există multe scheme de construcție, cu utilizarea compresoarelor axiale sau radiale în funcție de dimensiune, cu utilizarea unuia sau a doi arbori coaxiali în funcție de utilizare și a altor diferențe. O valoare tipică pentru eficiența reală a mașinilor staționare este de aproximativ 35-38% pentru un ciclu de bază, în timp ce poate depăși 50% pentru un ciclu cu răcire intercalată, regenerare și arsură. Eficiența energetică globală crește și mai mult dacă căldura uzată (aer la aproximativ 500 ° C) este utilizată pentru cogenerare sau pentru un ciclu secundar de abur (instalații combinate). Aceste măsuri cresc eficiența întregului proces, dar lasă neschimbată performanța ciclului Brayton-Joule.

O destinație radical diferită este cea a turboreactorului sau a propulsiei cu aer turboventilator , unde expansiunea în turbină produce doar suficientă muncă pentru a acționa compresorul și orice ventilator (ventilator). Restul energiei conținute în fluid se cheltuiește pentru a accelera fluidul în sine în interiorul unei duze și, în consecință, produce o împingere înainte care face ca avionul să se miște, un pic ca atunci când eliberați un balon deschis (împingere care în schimb este neglijabilă pentru o instalație fixă, care trebuie să rămână bine ancorată la sol). Printre numeroasele caracteristici importante ale turbinelor cu gaz cu ciclu deschis (TAG) se numără aceea de a putea dezvolta puteri specifice ridicate și o eficiență ridicată a propulsiei, ceea ce le face foarte potrivite pentru propulsia aeriană.

Elemente conexe

Alte proiecte

Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere din ciclul Brayton-Joule

linkuri externe

Exemplu de motor cu ciclu Brayton , pe digilander.libero.it .

Portalul Termodinamicii : accesați intrările Wikipedia care se referă la Termodinamică