1. Розрахунок термічного ККД циклу ГТУ з опорою на базові поняття
2. Цикл ГТУ: побудова діаграм і розрахунок термічного ККД: (pic) MAS 11 MCS 14
Цикл Брайтона / Джоуля - термодинамічний цикл, що описує робочі процеси газотурбінного, турбореактивного і прямоточного повітряно-реактивного двигунів внутрішнього згоряння, а також газотурбінних двигунів зовнішнього згоряння із замкнутим контуром газоподібного (однофазного) робочого тіла.
Цикл названий на честь американського інженера Джорджа Брайтона, який винайшов поршневий двигун внутрішнього згоряння, який працював у цій циклу.
Іноді цей цикл називають також циклом Джоуля - на честь англійського фізика Джеймса Джоуля, який встановив механічний еквівалент тепла.
P - V діаграма циклу Брайтона
(T - S) діаграма циклу Брайтона
Ідеальний цикл Брайтона складається з процесів
· 1-2 Ізоентропіческое стиснення.
· 2-3 изобарического підведення теплоти.
· 3-4 Ізоентропіческое розширення.
· 4-1 изобарического відведення теплоти.
З урахуванням відмінностей реальних адиабатических процесів розширення і стиснення від ізоентропіческіх, будується реальний цикл Брайтона (1-2p -3-4p -1 на T-S діаграмі)
Термічний ККД ідеального циклу Брайтона прийнято виражати формулою:
де - ступінь підвищення тиску в процесі ізоентропійного стиснення (1-2);
- показник адіабати (для повітря дорівнює 1,4)
Слід особливо відзначити, що цей загальноприйнятий спосіб обчислення ККД циклу затемнює суть того, що відбувається процесу. Граничний ККД термодинамічної циклу обчислюється через ставлення температур за формулою Карно:.
де - температура холодильника;
Рівне це ж відношення температур можна виразити через величину застосовуваних в циклі відносин тисків і показник адіабати:
Таким чином, ККД циклу Брайтона залежить від початкової () і кінцевої температур () процесу стиснення рівно так само, як і ККД циклу Карно. При нескінченно малій величині нагріву робочого тіла по лінії (2-3) процес можна вважати ізотермічним і повністю еквівалентним циклу Карно. Величина нагріву робочого тіла при ізобаріческом процесі визначає величину роботи віднесену до кількості використаного в циклі робоче тіло і не впливає на розрахований за вищевказаною формулою термічний ККД циклу.
Однак при реалізації циклу нагрів прагнуть виробляти до можливо великих величин, обмежених жаростойкостью застосовуваних матеріалів - з метою мінімізувати розміри механізмів, що здійснюють стиснення і розширення робочого тіла. Тому верхній температурою циклу практично є температура. Відповідно, ККД циклу Брайтона менше ККД циклу Карно, реалізованого в діапазоні температур -.
Втрати в компресорі оцінюються адіабатних ККД
де - теоретична (адіабатне) робота в компресорі, рівна;
- дійсна робота в компресорі, рівна.
Величина адиабатного ККД компресора # 951; кад досягає 0,8 - 0,85.
Втрати в турбіні оцінюються відносним ККД, що дорівнює
де - дійсна робота розширення в турбіні, що дорівнює '
- адіабатне робота розширення в турбіні, рівна.
У сучасних газових турбін = 0,8 - 0,9. Для того, щоб побудувати дійсний цикл ГТУ або визначити параметри в точках
2 'і 4', потрібно задатися значеннями і (з довідкової літератури).
Робота дійсного циклу ГТУ дорівнює
Теплота, підведена в КС реальної ГТУ, підраховується по
Внутрішній ККД ГТУ, що враховує зазначені вище втрати в компресорі і турбіні, дорівнює
Ефективний ККД. враховує всі складові перетворення теплоти в електроенергію, включаючи теплові втрати в камері згоряння, механічні втрати на тертя в підшипниках і втрати в електричному генераторі,
де # 951; м - механічний ККД, рівний зазвичай 0,95 - 0,99;
- ККД камери згоряння, рівний 0,98;
- ККД електричного генератора