Beispiel für eine adiabatische Expansion
Nehmen Sie eine adiabatische Expansion von Helium ( 3 → 4 ) in einer Gasturbine an . Da sich Helium fast wie ein ideales Gas verhält , verwenden Sie das ideale Gasgesetz , um die Austrittstemperatur des Gases ( T 4, real ) zu berechnen . In diesen Turbinen erhält die Hochdruckstufe Gas (Punkt 3 in der Abbildung; p 3 = 6,7 MPa ; T 3 = 1190 K (917 ° C)) von einem Wärmetauscher und leitet es an einen anderen Wärmetauscher ab, wo der Ausgangsdruck beträgt ist p 4 = 2,78 MPa (Punkt 4) .
Lösung:
Die Austrittstemperatur des Gases T 4, real , kann unter Verwendung der Beziehung p, V, T für den adiabatischen Prozess berechnet werden . Beachten Sie, dass es sich um dieselbe Beziehung wie beim isentropischen Prozess handelt , daher müssen die Ergebnisse identisch sein. In diesem Fall berechnen wir die Ausdehnung für verschiedene Gasturbinen (weniger effizient) wie im Fall der isentropischen Expansion in Gasturbinen.
In dieser Gleichung ist der Faktor für Helium gleich κ = c p / c v = 1,66 . Aus der vorhergehenden Gleichung folgt, dass die Austrittstemperatur des Gases T 4 real ist:
Siehe auch: Mayers Beziehung
Siehe auch: Erster Hauptsatz der Thermodynamik
Siehe auch: Ideales Gasgesetz
Siehe auch: Was ist Enthalpie?
Adiabatischer Prozess in Gasturbinen
Nehmen wir den Brayton-Zyklus an , der die Funktionsweise einer Wärmekraftmaschine mit konstantem Druck beschreibt . Moderne Gasturbinentriebwerke und luftatmende Strahltriebwerke folgen ebenfalls dem Brayton-Zyklus.
Der Brayton-Zyklus besteht aus vier thermodynamischen Prozessen. Zwei adiabatische Prozesse und zwei isobare Prozesse.
- adiabatische Kompression – Umgebungsluft wird in den Kompressor gesaugt und dort unter Druck gesetzt (1 → 2). Die für den Kompressor erforderliche Arbeit ist gegeben durch W C = H 2 – H 1 .
- isobare Wärmezufuhr – Die Druckluft strömt dann durch eine Brennkammer, in der Kraftstoff verbrannt und Luft oder ein anderes Medium erwärmt wird (2 → 3). Es ist ein Prozess mit konstantem Druck, da die Kammer zum Ein- und Ausströmen geöffnet ist. Die hinzugefügte Nettowärme ist gegeben durch Q add = H 3 – H 2
- adiabatische Expansion – Die erwärmte Druckluft dehnt sich dann auf der Turbine aus und gibt ihre Energie ab. Die von der Turbine geleistete Arbeit ist gegeben durch W T = H 4 – H 3
- isobare Wärmeabgabe – Die Restwärme muss abgeführt werden, um den Kreislauf zu schließen. Die abgegebene Nettowärme ist gegeben durch Q re = H 4 – H 1
Wie zu sehen ist, können wir solche Kreisprozessen (ähnlich für den Rankine-Zyklus ) unter Verwendung von Enthalpien beschreiben und berechnen (z. B. thermische Effizienz ) .
Siehe auch: Thermische Effizienz des Brayton-Zyklus
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