Термодинамический цикл гту: 9.10. Циклы газотурбинных установок | Электронная библиотека

Цикл — газотурбинная установка — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Cтраница 2

На рис. 22.11 изображен цикл газотурбинной установки на, pv — диаграмме с подводом удельной теплоты при р const. Он состоит из двух адиабат и двух изобар.
 [16]

Полученные выше результаты относятся к циклам газотурбинных установок с подводом тепла три р const и адиабатическим сжатием воздуха в компрессоре.
 [17]

Полученные выше результаты относятся к циклам газотурбинных установок с подводом тепла при р const и адиабатическим сжатием воздуха в компрессоре.
 [18]

На рис. 22 — 2 изображен цикл газотурбинной установки на ру-диаграмме с подводом тепла при р const. Он состоит из двух адиабат и двух изобар.
 [19]

Схема газотурбинной установки ( ГТУ.| Цикл газовой тур.  [20]

На рис. 22 — 12 изображен цикл газотурбинной установки на / га-диаграмме с подводом теплоты при р const. Он состоит из двух адиабат и двух изобар.
 [21]

Газовый цикл осуществляется и в виде цикла газотурбинной установки с подводом теплоты при р const. На рис. 15.8 этот цикл изображается пл.
 [22]

Схема МГД-генератора.  [23]

Следовательно, термодинамический цикл МГДУ идентичен циклу газотурбинной установки. Различие только в том, что в первом случае энергия расширения горячих газов преобразуется непосредственно в электроэнергию, тогда как в ГТУ она расходуется на вращение роторов газовой турбины и компрессора.
 [24]

На рис. 6 — 1 показан на Гя-диаграмме цикл газотурбинной установки со сгоранием топлива при постоянном давлении.
 [25]

На рис. 92 графически изображен рабочий процесс — цикл газотурбинной установки.
 [26]

Принципиальная схема и Т — s — диграмма цикла газотурбинной установки со ступенчатым сжатием и промежуточным охлаждением воздуха: КНД — компрессор низкого давления; КВД — компрессор высокого давления; Т — турбина; ГЯ — топливный насос; КС — камера сгорания; ВО — воздушный охладитель; Р — регенератор.
 [27]

Цикл рабочего тела в таких установках осуществляется подобно циклам газотурбинных установок замкнутой схемы. Газ выходит в компрессор с наименьшей температурой цикла, и масса его имеет наименьший объем ( минимальная газовая постоянная), что обусловливает уменьшение работы сжатия при соответствующей степени повышения давления в цикле. Далее рабочее тело последовательно нагревается в регенераторе и нагревателе с внешним подводом тепла до максимальной температуры цикла. При этом происходит диссоциация с увеличением объема до максимума ( максимальная газовая постоянная), что приводит к увеличению работы расширения.
 [28]

Эта постановка теории истечения является единственно возможной, если циклы газотурбинных установок рассматриваются в первой части книги. В других учебниках ( Вукаловича и Новикова, Жуковского, Литвина, в первых четырех изданиях учебника Сушкова и др.) теория истечения газа и пара дается в одной главе, после изложения общей теории пара.
 [29]

Цикл Ренкина для перегретого пара.  [30]

Страницы:  

   1

   2

   3

   4

Термодинамические циклы двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и газотурбинных установок (ГТУ)

Похожие презентации:

Термодинамические основы работы теплоэнергетических установок. Циклы ДВС

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС). Теоретические циклы ДВС. Сравнение циклов ДВС

Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания

Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания

Термодинамические основы работы теплоэнергетических установок

Турбины. Газотурбинные установки (ГТУ). Парогазовые установки (ПГУ). Циклы прямого преобразования

Циклы теплосиловых установок. Термодинамическая эффективность циклов теплосиловых установок. (Занятие 7)

Принципиальное устройство и работа двигателей внутреннего сгорания

Теплотехника. Двигатели внутреннего сгорания. (Лекция 8)

Термодинамические основы циклов двигателей внутреннего сгорания (Тема 2)

1. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ Двигателей внутреннего сгорания (ДВС) И ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК (ГТУ)

2. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ КРУГОВЫХ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОВЫХ МАШИН

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ
КРУГОВЫХ ПРОЦЕССОВ
(2)
ТЕПЛОВЫХ МАШИН
Круговыми процессами (циклами) тепловых машин называются замкнутые
процессы, в которых рабочее тепло возвращается в исходное состояние.
В основе теории круговых процессов лежит первое начало термодинамики
(внешний баланс) :
*
*
Q dU L
Q dU L Q Q
*
*
*
1
*
2
L*12
где Q*1 — тепло подводимое от внешнего источника высших температур,
[Дж] ; Q*2 – тепло, которое отдается источнику низших температурб [Дж] ;
L*12- полученная в тепловом двигателе работа, [Дж].
Коэффициентом полезного действия (КПД) теплового двигателя называется
величина отношения полученной работы к затраченному количеству тепла:
L*
*
1
Q
1
Q2*
Q1*

3. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ КРУГОВЫХ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОВЫХ МАШИН

В соответствии со следствием II второго начала термостатики кпд
термодинамического цикла теплового двигателя не зависит от
вида цикла, природы рабочего тела цикла, а определяется лишь в
зависимости от соотношения средних абсолютных температур
рабочего тела в процессах сообщения (Тm,1) и отъема тепла (Тm,2):
t 1
Tm, 2
Tm,1
Круговые процессы тепловых машин наиболее наглядно изображаются в координатах Р-V (универсальных координатах работы) и
в координатах Т-S (универсальных координатах приведенного
теплообмена).

4. ЦИКЛЫ ПОРШНЕВЫХ ДВС

Рабочее тело
Идеальный газ, имеющий постоянные значения массового
расхода и теплоемкостей во всех стадиях цикла
С подводом тепла при V= idem (цикл Отто)
Различают следующие
термодинамические
циклы поршневых ДВС
С подводом тепла при Р=idem (цикла Дизеля)
Со смешанным подводом тепла:
при Р=idem и затем при V= idem (Цикл Тринклера)
Отсутствуют необратимые потери тепла и работы
При этом, принимают,
что
Процесс горения заменяется подводом тепла к рабочему телу
от нагревателя, а процесс же охлаждения продуктов сгорания,
заменяется процессом отвода тепла от рабочего тела к
холодильнику

5.

ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ ЦИКЛ ОТТО С ПОДВОДОМ ТЕПЛА (при V= idem)

Термический КПД цикла Отто
t 1
где
Q2*
Q1*
1
va
vc
c v Tr Ta
1
1 k 1
c v T f Tc
— степень сжатия
к- показатель адиабаты
Основные процессы:
a-c: адиабатное сжатие топливно – воздушной смеси;
с-f: изохорный подвод теплоты при сгорании топлива;
f-r: адиабатическое расширение
r-a: отвод тепла в изохорическом процессе.

6. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ ЦИКЛ С ПОДВОДОМ ТЕПЛА (при Р=idem)

Основные процессы:
а-c: адиабатное сжатие воздуха;
c-z: изобарный подвод тепла;
z-r: адиабатическое расширение;
r-a: отвод тепла в изохорическом
процессе.
Термический КПД цикла Дизеля:
t 1
1
k 1
k 1
k ( 1)
z
— степень предварительного расширения при
где
c постоянном давлении.

7.   ТЕРМИЧЕСКИЙ ЦИКЛ ТРИНКЛЕРА СО СМЕШАННЫМ ПОДВОДОМ ТЕПЛА (при V= idem и Р=idem)

ТЕРМИЧЕСКИЙ ЦИКЛ ТРИНКЛЕРА СО СМЕШАННЫМ ПОДВОДОМ
ТЕПЛА (при V= idem и Р=idem)
Термический КПД цикла со смешанным подводом тепла при V= idem и
Р=idem определяется по формуле:
t 1
1
k 1
1
1 k 1
k
Pz
Pc

8.

ЦИКЛЫ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК

Газотурбинная установка (ГТУ) является тепловым двигателем, в которой тепло за счет
сгорания топлива в камере сгорания преобразуется в работу
Термодинамические циклы ГТУ различают
ЦИКЛ БРАЙТОНА (P=IDEM)
ЦИКЛ ГЕМФРИ (V=IDEM)
Атмосферный воздух
Рабочее тело в
цикле ГТУ
Смесь атмосферного воздуха с продуктами сгорания
топлива
однокомпонентные газы (гелий, диоксид углерода и др.)

9. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ ЦИКЛ БРАЙТОНА С ПОДВОДОМ ТЕПЛА (при Р=idem)

Подача топлива
Потребитель
(электрогенератор
и т.д.)
Камера сгорания
Компрессор сжимает
воздух
Начальные параметры
атмосферного воздуха
Турбина, где происходит
расширение рабочего тела

10. Схема и процесс ГТУ с подводом тепла при P=idem

• Рабочие
• Работапроцессы
адиабатического
компрессора
сжатия
и турбины
и расширения
ГТУ являются
1 кг рабочего
процессами
тела в перемещения
рабочего
компрессоре
тела из иобласти
турбинеодного
такова:давления в область другого, поэтому удобно
использовать уравнение первого начала термостатики для потока
1 кг газа:
m
m
h
W
h
h
C
T
T
C
T
1
c
z
zтепла:
s
z
s
pm
z
s
pm z
Для процесса подвода
ത h C показатель
P qP

English    
Русский
Правила

Термодинамический цикл газотурбинного двигателя — цикл Брайтона

+ Только текстовый сайт + Версия без Flash + Свяжитесь с Гленном Чтобы двигать самолет по воздуху, мы должны использовать какую-то двигательную установку для создания тяги. Наиболее широко используется форма двигательной установки для современных самолетов газовая турбина двигатель. Турбинные двигатели входят в разнообразие форм, в том числе турбореактивные двигатели, турбовентиляторы и турбовинтовой, но все эти типы двигателей имеют некоторые общие черты. Все газотурбинные двигатели имеют основной компоненты компрессор, секция сгорания, а также силовая турбина, которая приводит в движение компрессор. термодинамика все газотурбинные двигатели похожи. Чтобы понять, как работает двигательная установка, мы должны изучить основы термодинамики газы. Газы имеют различные свойства, которые мы можем наблюдать с помощью чувства, в том числе газ давление р , температура Т , масса и объем В в котором содержится газ. Внимательное научное наблюдение определило, что эти переменные связаны друг с другом, и значения этих свойства определяют государство газа. Термодинамический процесс , такой как отопление или сжатие газа, изменяет значения переменных состояния в способом, который описывается законы термодинамики. работа, совершаемая газом и тепло, переданное газу зависит от начального и конечного состояний газа и в процессе, используемом для изменения состояния. Можно выполнить ряд процессов, в которых состояние изменяется во время каждого процесса, но газ в конце концов возвращается в исходное состояние. Такой ряд процессов называется цикл и формирует основу для понимания работы двигателя. На этой странице мы обсуждаем термодинамический цикл Брайтона , который используется в все газотурбинные двигатели. На рисунке показан Т-образная диаграмма цикла Брайтона. Использование газотурбинного двигателя система нумерации станций, мы начинаем с условия свободного течения на станции 0 . В крейсерском полете входное отверстие замедляет поток воздуха по мере его поступления к лицевая сторона компрессора на станции 2 . По мере замедления потока часть энергии, связанной с скорость самолета увеличивается статическое давление воздуха и поток сжимается. В идеале компрессия изоэнтропический и статический температура также повышается, как показано на участок. Компрессор делает работает на газе и увеличивает давление и температура изоэнтропически станции 3 выход компрессора. Поскольку сжатие идеально изэнтропическое, вертикальная линия на T-s диаграмма описывает процесс. На самом деле сжатия нет изоэнтропический, а технологическая линия сжатия наклонена вправо, потому что увеличения энтропия потока. процесс горения в горелки происходит при постоянном давлении от станции 3 до станции 4 . Повышение температуры зависит от типа используемого топлива и соотношение топливо-воздух. Затем горячий выхлоп проходит через силовая турбина, в которой Работа осуществляется потоком со станции 4 до станции 5 . Поскольку турбина и компрессор находятся на одном валу, работа, совершаемая над турбиной, точно равны работе компрессора и, в идеале, изменению температуры то же самое. сопло то приносит поток изэнтропически возвращается к давлению свободного потока от станции 5 до станции 8 . Внешне условия течения вернуться к условиям свободного потока, что завершает цикл. Площадь под диаграммой T-s пропорциональна полезной работе и толкать вырабатывается двигателем. Показана диаграмма p-V для идеального цикла Брайтона. здесь: Анализ цикла Брайтона используется для предсказания термодинамического производительность газотурбинных двигателей. EngineSim компьютерная программа, доступная на этом веб-сайте, использует Цикл Брайтона для определения тяги и расхода топлива в конструкции двигателя. для заданных значений производительности компонента. А технический документ описание анализа также доступно. Деятельность: Экскурсии с гидом Навигация.. Домашняя страница руководства для начинающих   + Горячая линия главного инспектора + Данные о равных возможностях трудоустройства публикуются в соответствии с Законом об отсутствии страха + Бюджеты, стратегические планы и отчеты о подотчетности + Закон о свободе информации + Повестка дня президентского руководства + Заявление НАСА о конфиденциальности, Заявление об отказе от ответственности, и Сертификат доступности       Редактор: Нэнси Холл Официальный представитель НАСА: Нэнси Холл Последнее обновление: 13 мая 2021 г. + Свяжитесь с Гленном

Цикл Брайтона — Химия LibreTexts

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Идентификатор страницы

1911

Цикл Брайтона — это термодинамический цикл, описывающий работу газовых турбин. Идея, лежащая в основе цикла Брайтона, состоит в том, чтобы извлекать энергию из потока воздуха и топлива для создания полезной работы, которую можно использовать для питания многих транспортных средств, придавая им тягу. Самыми основными этапами извлечения энергии являются сжатие проходящего воздуха, сгорание, а затем расширение этого воздуха для создания работы и одновременного обеспечения сжатия. Полезность цикла Брайтона огромна, поскольку он является основой для управления многими транспортными средствами, такими как реактивные самолеты, вертолеты и даже подводные лодки.

Введение

Первой газовой турбиной, которая реализовала цикл Брайтона (однако непреднамеренно, поскольку она была создана еще до того, как был создан цикл Брайтона), была газовая турбина Джона Барбера, запатентованная в 1791 году. Идея машины заключалась в том, чтобы сжимать атмосферный воздух в одна камера и топливо в другой камере, и обе камеры будут соединены с сосудом для сжигания. Как только воздух смешается с топливом и вступит в реакцию, энергия сгорания будет использоваться для вращения турбины для выполнения полезной работы. Однако, поскольку еще в конце 18 века не было технологических достижений и тому подобного, газовая турбина не имела достаточно энергии для сжатия газов и одновременного выполнения полезной работы, поэтому она не использовалась.

Джордж Брайтон был инженером, который разработал первый двухтактный двигатель внутреннего сгорания с непрерывным зажиганием, который продавался под названием «Brayton’s Ready Motors». В конструкции использовались термодинамические процессы, которые сейчас считаются «циклом Брайтона», но также называются циклом Джоуля. Газовая турбина была запатентована в 1872 году. Конструкция представляла собой двигатель, соединенный с резервуаром сжатого атмосферного воздуха и газа, который включался только при повороте клапана. Это выпустит сжатый газ в сосуд для сжигания, который будет вращать поршни для создания механической работы и повторного сжатия газа в резервуаре.

Газовая турбина Джона Барбера (1791)

Цикл Брайтона для газовой турбины Джона Барбера является неполным из-за того, что энергия не перенаправляется на сжатие исходных газов, а также из-за того, что это был один из первых выдающихся газотурбинных двигателей, когда-либо созданных , она по-прежнему имеет большое значение. Топливо и атмосферный газ удерживаются в разных камерах и нагреваются для повышения давления. Это частично соответствует закону идеального газа PV = nRT, и, поскольку объем сосуда остается постоянным, повышение температуры увеличивает давление. Газ объединяется в квадратный отсек, где искра или пламя воспламеняют смесь, которая затем быстро увеличивает температуру (но не давление, потому что газ быстро уходит, чтобы раскрутить турбину).

Хотя это очень грубый газотурбинный двигатель, тем не менее, он послужил отличной основой для дальнейших научных достижений и разработки цикла Брайтона.

Газовая турбина Джорджа Брайтона (1872 г.)

Газовая турбина Джорджа Брайтона была первой и наиболее известной полностью работающей газовой турбиной, в которой реализован цикл Брайтона. Газ находится под давлением и удерживается в резервуаре A, где клапан выпускает его для прохождения через туннель B и воспламеняется в камере C. Это изобарический процесс из-за того, что любое увеличение давления просто вытолкнет газ из двигателя. Когда работа выполняется на поршне D, механическая работа может быть использована для различных целей, таких как производство электричества или движение, а также в отделении E есть поршень, который всасывает атмосферный воздух из клапана F. Клапан G представляет собой подходит для топливного элемента, где соотношение топлива и воздуха может быть установлено таким образом, чтобы поддерживать желаемое соотношение для максимальной эффективности. Затем газ механически сжимается обратно в резервуар А через адиабатический процесс за счет поршня E.

Современная реактивная газовая турбина

Рис. 1: Газовая турбина для производства электроэнергии серии GE H. Этот блок мощностью 480 мегаватт имеет номинальный тепловой КПД 60% в конфигурациях с комбинированным циклом. Это изображение взято с: www.netl.doe.gov/scng/project…iesTurbine.jpg. Как работа федерального правительства США, изображение находится в общественном достоянии.

Это один из многих современных газотурбинных двигателей, в которых используется цикл Брайтона для приведения в действие многих транспортных средств или выработки электроэнергии. В передней части двигателя находится вход в камеру сжатия, так что воздух всасывается множеством турбин, которые постоянно вращаются и наклонены в определенном месте для оптимального сжатия воздуха. Достаточно воздух достаточно сжимается в середине двигателя (сосуде сгорания), топливо добавляется в камеру сгорания и инициируется воспламенение, где чрезвычайно экзотермическая реакция приводит к тому, что газ с силой выходит из двигателя в расширительную камеру в задняя часть двигателя. Прямо перед камерой расширения расположены турбины, соединенные с турбинами в камере сжатия, поэтому весь двигатель представляет собой непрерывный цикл, пока в камеру сгорания поступает постоянный поток топлива.

Идеальный цикл Брайтона

Краткий качественный обзор того, как работает цикл Брайтона, путем рассмотрения того, как работает реактивный двигатель. Газовая турбина крыла реактивного самолета всасывает атмосферный воздух из задней части двигателя и сжимает его в камере смешения/сгорания. В камере смешения/сгорания топливо смешивается со сжатым атмосферным воздухом, воспламеняется и выходит в расширительную камеру. Энергия, которая выходит из задней части газовой турбины, используется для питания шага сжатия, а также для придания тяги струе.

Затем цикл Брайтона можно количественно описать в газотурбинном двигателе реактивного самолета двумя диаграммами: диаграммой температура/энтропия и диаграммой давление/объем.

Диаграмма температура/энтропия

На этой диаграмме мы видим, что существует 8 процессов, описывающих цикл Брайтона с точки зрения температуры, энтропии и давления.

(1) Окружающий воздух в атмосфере, который в настоящее время не нарушен.

(1 -> 2) Окружающий воздух соприкасается с компрессором газовой турбины, и давление и температура резко возрастают. Повышение давления происходит за счет работы, совершаемой компрессором воздуха, который нагнетает воздух в смеситель/камеру сгорания, а повышение давления вызывает повышение температуры молекул газа, поскольку объем сосуда остается постоянным (PV = nRT). ). Поскольку это идеальный процесс, считается, что энтропия остается неизменной, таким образом, это изоэнтропический процесс (хотя на самом деле энтропия действительно увеличивается из-за течения и движения молекул газа).

(3 -> 5) Атмосферный воздух уплотнен в камере сгорания, где газообразное топливо смешивается с воздухом. После воспламенения этой смеси мы видим резкий рост температуры и энтропии (не давления, поскольку кривые представляют определенное значение давления, так что это изобарический процесс ) из-за реакции горения топлива. и воздух. Энергия химических связей в топливе разрывается из-за воспламенения, и происходит сильно экзотермическая реакция, которая повышает энтропию из-за разрушения углеводородных цепей на воду и воздух (больше молекул) и повышает температуру из-за увеличения энергии окружающей среды от экзотермическая реакция.

(5 -> 8) В точке 5 топливо и воздух под давлением выходят из камеры сгорания в камеру расширения, где мы видим быстрое падение давления из-за большего объема и воздействия окружающей среды. Энергия камеры сгорания используется для двух целей: для вращения турбины, соединенной с компрессором (который обеспечивает непрерывную работу цикла Брайтона) и для создания тяги. Эти две цели представляют собой точку 6 и в идеале представляют собой изоэнтропический процесс . Быстрое падение давления показывает, как энергия воздуха в энергии сгорания используется механически для вращения турбины, которая будет запускать процесс компрессора, потому что энергия, необходимая для сжатия атмосферной энергии, меньше, чем энергия, вырабатываемая при воспламенении. топливо. Энергия, оставшаяся от вращения турбины, используется в качестве тяги для выполнения работы (например, при полете на реактивном самолете). Затем выбрасываемый воздух становится окружающим воздухом, который имеет более высокий уровень энергии, чем воздух из точки 1, но в конечном итоге теряет энергию в окружающую среду (9).0172 изобарический процесс ) и становятся начальным атмосферным воздухом.

Диаграмма давления/объема

На этой диаграмме показаны шесть процессов, описывающих давление и объем газа. Распространенная ошибка состоит в том, что считается, что объем относится к реакционному сосуду, тогда как на самом деле это объем газа. Этот график совпадает с диаграммой TS, но не проходит по точкам одновременно (потому что на этой диаграмме всего 6 точек).

(1 -> 3) Окружающий воздух всасывается в компрессор, где объем газа быстро уменьшается за счет сжатия в камере сгорания. По мере продолжения сжатия давление газа начинает быстро расти в точке 2 после заполнения объема камеры сгорания и достигает максимума в точке 3. В точке 3 происходит воспламенение.

(4 -> 6) Когда происходит воспламенение, давление газа остается постоянным из-за того, что газ может выходить в расширительную камеру (обратите внимание, что хотя газ выходит, процесс сжатия все еще работает, поэтому любое давление, потерянное из-за выхода газа, поддерживается постоянным из-за газа, поступающего в камеру сгорания), что приводит к увеличению объема активированного газа. При выходе газа в атмосферу давление падает и объем газа увеличивается до того, что было в точке 1. Работа совершается от расширения газа, который с большой силой выталкивается из расширительной камеры. Затем эта сила используется для вращения турбин и создания тяги.

Неидеальные/реалистичные процессы цикла Брайтона

Идеальные процессы, показанные на диаграммах выше, используются для лучшего изучения и понимания цикла Брайтона. Однако применительно к реальным задачам необходимы некоторые поправки. Первая проблема заключается в том, что процесс сжатия считается изоэнтропическим. Это неправильно, потому что высокоскоростной поток окружающего воздуха увеличивает энтропию (молекулы с более высокой энергией) и, следовательно, не является изоэнтропическим процессом. на самом деле это адиабатический процесс , потому что в газе не происходит теплообмена и при сжатии совершается только механическая работа. Это также относится к процессу расширения, когда газ расширяется в расширительной камере, но еще не вышел в атмосферу. В идеале он изоэнтропический, но расширение газа действительно увеличивает энтропию, поэтому на самом деле это адиабатический процесс, потому что опять же нет теплообмена (только механическая работа, выполняемая за счет расширения).

Неидеальные процессы цикла Брайтона указывают на проблему; что работа, используемая для повышения энтропии, таким образом, является утечкой количества работы, которая могла бы быть использована для получения полезной механической энергии. Затем используется набор уравнений для расчета эффективности цикла Брайтона при определенных давлениях и температурах.

Эффективность цикла Брайтона

Чтобы найти эффективность цикла Брайтона, мы должны выяснить, сколько работы каждый процесс вносит в общую внутреннюю энергию. Для этого мы будем анализировать приведенную выше диаграмму PV.

Во-первых, внутренняя энергия

\[U = q_1 + q_2 — w = 0\]

равна нулю, потому что первый закон термодинамики утверждает, что энергия не уничтожается и не создается, и потому что в теории Брайтона цикла функция конечного состояния газа является начальной, U = 0,

Это означает

\[w = q_1 + q_2\]

где \(q_1\) — теплота, полученная при сгорании (поэтому она отрицательна), а \(q_2\) — теплота, выделившаяся после расширения.

Если рассматривать газ как идеальный газ с постоянной удельной теплоёмкостью, мы можем найти добавку тепла от камеры сгорания как

\[q_1 = c_p(T_I — T_F)\]

и тепло, потерянное в атмосферу

\[q_2 = c_p(T_F — T_I)\]

Где \(T_F\) — конечная температура горения или часть «тепла, теряемого в атмосферу», а последняя — начальная. (Таким образом, на кривой PV процесс сгорания будет иметь \(q_1 = c_p(T_4 — T_3)\)

Итак, теперь, когда мы выразили количество потерянного и полученного тепла в терминах температур, мы можем восстановить уравнение, чтобы найти eta (тепловой КПД)

\[\eta = \dfrac{\textrm{Net work}} {\ textrm {Тепло}} = \ dfrac {c_p [(T_c -T_c) — (T_d — T_a)]} {c_p (T_ [T_c = T_b]} = 1 — \ frac {(T_d-T_a)} { (T_c-T_b)} = 1 — \frac{T_a(T_d/T_a-1)}{T_b(T_c/T_b-1)}.\]

где c — конечная температура процесса горения, b — температура начальная температура перед горением, а — начальная температура невозмущенного газа и d — температура газа после его выброса Цифры, соответствующие буквам на графике ПВ: а = 2, Ь = 3, с = 4, д = 6,

Чем меньше отношение температур, тем выше эффективность цикла Брайтона. То есть, чем больше тепла поступает в систему и меньшее количество тепла теряется в атмосферу, тем значительно снижается температурный коэффициент и имеет более высокий процент КПД.

Ссылки

1. Хюнеке, Клаус. Реактивные двигатели: основы теории, конструкции и эксплуатации . Оцеола, Висконсин, США: Motor International, 1997. Печать.
2. Джексон, У. Д., Г. А. Браун, Дж. Л. Керреброк и Р. Э. Стикни. Исследование новых концепций преобразования энергии. футов. Белвуар: Центр технической информации обороны, 1965. Печать.
3. Шоу, Джон Э. «Сравнение циклов Карно, Стирлинга, Отто, Брайтона и Дизеля» Труды Академии наук Миссури (2008): 1-6. Распечатать.

Внешние ссылки

• http://www.nndb.com/people/236/000175708/
• www.if.uidaho.edu/~gunner/Tur…TRODUCTION.pdf
• www.google.com/patents?id=vWl…page&q&f=false
• http://www.grc.nasa.gov/WWW/K-12/air. ..e/brayton.html
• http://web.mit.edu/16.unified/www/SP…es/node27.html

Задачи

1. В идеальном и неидеальном цикле Брайтона есть четыре процесса. Перечислите их (как идеальные, так и неидеальные) в правильном порядке и кратко скажите, что происходит (применительно к газотурбинному реактивному двигателю).
2. Во время фазы сгорания цикла Брайтона отметьте, что происходит со следующими условиями:

	Увеличение	Уменьшение	Константа
Энтропия (идеальная (отметка x)/неидеальная (отметка o))
Температура
Том
Давление

3. В фазе горения цикла Брайтона температура до воспламенения составляла 300 К. После воспламенения температура газовой смеси составляла 4000 К. Примем, что тепло, поглощенное из атмосферы, равно 5000 К. Найти КПД этой газовой турбины.
4. Из данных вопроса 3 найдите \(q_1\) и \(q_2\), предполагая \(c_p= 5\).
5. Почему энтропия остается постоянной (какие рассуждения) в идеальном цикле Брайтона, но изменяется в неидеальном цикле Брайтона.

Решения

1. Идеальное

1. Изэнтропическое — энтропия остается при сжатии.
2. Изобарический — Давление постоянное, поскольку происходит сгорание до места, где выделяется тепло.
3. Изэнтропический — Энтропия остается, когда происходит расширение.
4. Изобарическое давление – постоянное давление, так как тепло от реакции уходит в атмосферу.

Неидеальный

1. Адиабатический — Сжатие (без теплообмена).
2. Изобарический — такой же, как идеальный.
3. Адиабатический — Расширение (без теплообмена).
4. Изобарический — такой же, как идеальный.

2.

	Увеличение	Уменьшение	Константа
Энтропия (идеальная (отметка x)/неидеальная (отметка o))	xo (+ энергия = + энтропия)
Температура	х (экзотермический)
Том	х (расширение)
Давление			x (изобарический; выход газа до давления +)

3. \(1 — (4000 — 300)/5000 = 0,26\). Это означает, что он работает с КПД 26%.

4.