Was ist das Druckverhältnis – Brayton-Zyklus – Gasturbine – Definition

Im Allgemeinen ist das Erhöhen des Druckverhältnisses der direkteste Weg, um den thermischen Gesamtwirkungsgrad eines Brayton-Zyklus zu erhöhen, da sich der Zyklus dem Carnot-Zyklus nähert. Wärmetechnik

Druckverhältnis – Brayton-Zyklus – Gasturbine

Der thermische Wirkungsgrad hinsichtlich des Verdichterdruckverhältnisses (PR = p 2 / p 1 ), welches der Parameter ist häufig verwendet:

thermischer Wirkungsgrad - Brayton-Zyklus - Druckverhältnis - Gleichung

thermischer Wirkungsgrad - Brayton-Zyklus - DruckverhältnisIm Allgemeinen ist das Erhöhen des Druckverhältnisses der direkteste Weg, um den thermischen Gesamtwirkungsgrad eines Brayton-Zyklus zu erhöhen, da sich der Zyklus dem Carnot-Zyklus nähert.

Nach dem Carnotschen Prinzip können höhere Wirkungsgrade durch Erhöhen der Gastemperatur erreicht werden.

Es gibt jedoch auch Grenzen für die Druckverhältnisse , die im Zyklus verwendet werden können. Die höchste Temperatur im Zyklus tritt am Ende des Verbrennungsprozesses auf und ist durch die maximale Temperatur begrenzt , der die Turbinenschaufeln standhalten können. Metallurgische Überlegungen (ca. 1700 K) setzen der thermischen Effizienz wie üblich Obergrenzen.

Gasturbine - Druckverhältnis - thermischer Wirkungsgrad
Ideale Brayton-Kreisprozessen mit unterschiedlichen Druckverhältnissen und gleicher Turbineneintrittstemperatur.

Berücksichtigen Sie die Auswirkung des Kompressordruckverhältnisses auf den thermischen Wirkungsgrad, wenn die Turbineneintrittstemperatur auf die maximal zulässige Temperatur begrenzt ist. Es gibt zwei Ts-Diagramme von Brayton-Kreisprozessen mit derselben Turbineneinlasstemperatur, aber unterschiedlichen Kompressordruckverhältnissen auf dem Bild. Wie bei einer festen Turbineneintrittstemperatur zu sehen ist, nimmt die Nettoarbeitsleistung pro Zyklus (W net = W T – W C ) mit dem Druckverhältnis ( Zyklus A ) ab. Der Zyklus A hat jedoch den größeren Wirkungsgrad.

Andererseits hat der Zyklus B eine größere Netzleistung pro Zyklus (umschlossene Fläche im Diagramm) und damit die größere Netzleistung pro Massenstromeinheit. Die Arbeit, die durch die Zykluszeiten eines Massenstroms durch den Zyklus erzeugt wird, ist gleich der von der Gasturbine erzeugten Leistung.

Daher ist bei geringerer Arbeitsleistung pro Zyklus (Zyklus A) ein größerer Massendurchsatz (also ein größeres System ) erforderlich, um die gleiche Leistung aufrechtzuerhalten, was möglicherweise nicht wirtschaftlich ist. Dies ist das Hauptaugenmerk bei der Konstruktion von Gasturbinen, da hier die Ingenieure die thermische Effizienz und die Kompaktheit in Einklang bringen müssen. In den meisten gängigen Ausführungen liegt das Druckverhältnis einer Gasturbine im Bereich von etwa 11 bis 16.

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