Brayton Cycle – Turbinenmotor
Der amerikanische Ingenieur George Bailey Brayton brachte 1872 die Erforschung von Wärmekraftmaschinen voran , indem er einen Verbrennungsmotor mit konstantem Druck patentierte, der zunächst verdampftes Gas, später jedoch flüssige Brennstoffe wie Kerosin verwendete. Diese Wärmekraftmaschine ist als ” Brayton’s Ready Motor ” bekannt . Das bedeutet, dass der ursprüngliche Brayton-Motor einen Kolbenkompressor und einen Kolbenexpander anstelle einer Gasturbine und eines Gaskompressors verwendete.
Heute moderne Gasturbinenmotoren und Luftholen Strahltriebwerke sind auch ein Konstantdruck – Wärmemotoren, deshalb wir ihre Thermodynamik durch die beschreiben Brayton – Zyklus . Im Allgemeinen beschreibt der Brayton-Zyklus die Funktionsweise einer Konstantdruck-Wärmekraftmaschine .
Es ist einer der häufigsten thermodynamischen Kreisprozessen , die in Gasturbinenkraftwerken oder in Flugzeugen zu finden sind. Im Gegensatz zum Carnot-Zyklus führt der Brayton-Zyklus keine isothermen Prozesse aus , da diese sehr langsam durchgeführt werden müssen. In einem idealen Brayton- Zyklus durchläuft das System, das den Zyklus ausführt, eine Reihe von vier Prozessen: Zwei isentrope (reversible adiabatische) Prozesse wechseln sich mit zwei isobaren Prozessen ab.
Da nach dem Carnot-Prinzip kein Motor effizienter sein kann als ein umkehrbarer Motor ( ein Carnot-Wärmemotor ), der zwischen denselben Hochtemperatur- und Niedertemperaturspeichern betrieben wird, muss eine auf dem Brayton-Zyklus basierende Gasturbine einen niedrigeren Wirkungsgrad aufweisen als der Carnot-Wirkungsgrad.
Eine große Eintakt-Gasturbine erzeugt beispielsweise 300 Megawatt elektrische Leistung und hat einen thermischen Wirkungsgrad von 35–40%. Moderne GuD-Anlagen (Combined Cycle Gas Turbine), bei denen der thermodynamische Kreislauf aus zwei Kraftwerkskreisläufen besteht (z. B. der Brayton-Kreislauf und der Rankine-Kreislauf), können einen thermischen Wirkungsgrad von rund 55% erreichen.
Brayton-Zyklus – pV, Ts-Diagramm
Der Brayton-Zyklus ist häufig in einem Druckvolumendiagramm ( pV-Diagramm ) und in einem Temperatur-Entropie-Diagramm ( Ts-Diagramm ) aufgetragen .
Wenn sie auf einem geplottet P-V-Diagramm , lesen die isobare Verfahren der isobare Leitungen für das Gas (die horizontalen Linien), adiabatische Prozesse zwischen diesen horizontalen Linien bewegen , und die durch den gesamten Zyklus hinweg Pfad begrenzt Bereich stellt die gesamte Arbeit , die während einem getan werden kann , Zyklus.
Das Temperatur-Entropie-Diagramm (Ts-Diagramm), in dem der thermodynamische Zustand durch einen Punkt in einem Diagramm mit bestimmten Entropien als horizontale Achse und absoluter Temperatur (T) als vertikale Achse angegeben wird. Ts-Diagramme sind ein nützliches und weit verbreitetes Werkzeug, insbesondere weil sie die Darstellung des Wärmeübergangs während eines Prozesses erleichtern. Bei reversiblen (idealen) Prozessen ist die Fläche unter der Ts-Kurve eines Prozesses die Wärme , die während dieses Prozesses auf das System übertragen wird.
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