Quel est le rapport de pression – Cycle de Brayton – Turbine à gaz – Définition

Rapport de pression – Cycle de Brayton – Turbine à gaz

Le rendement thermique en terme de rapport de pression du compresseur (PR = p ₂ / p ₁ ), paramètre couramment utilisé:

En général, l’ augmentation du rapport de pression est le moyen le plus direct d’accroître l’efficacité thermique globale d’un cycle de Brayton, car le cycle se rapproche du cycle de Carnot.

Selon le principe de Carnot, des rendements plus élevés peuvent être atteints en augmentant la température du gaz.

Mais il y a aussi des limites sur les rapports de pression qui peuvent être utilisés dans le cycle. La température la plus élevée du cycle se produit à la fin du processus de combustion et elle est limitée par la température maximale à laquelle les aubes de turbine peuvent résister. Comme d’habitude, des considérations métallurgiques (environ 1700 K) imposent une limite supérieure au rendement thermique.

Considérez l’effet du rapport de pression du compresseur sur l’efficacité thermique lorsque la température d’entrée de la turbine est limitée à la température maximale autorisée. Il existe deux diagrammes Ts de cycles de Brayton ayant la même température à l’entrée de la turbine, mais différents rapports de pression du compresseur sur la photo. Comme on peut le voir pour une température d’entrée de turbine fixe, le débit de travail net par cycle (W _net = W _T – W _C ) diminue avec le rapport de pression ( cycle A ). Mais le cycle A a la plus grande efficacité.

D’autre part, le cycle B a un rendement net en travail net plus important par cycle (zone fermée dans le diagramme) et donc un travail net supérieur développé par unité de débit massique. Le travail produit par le cycle multiplié par un débit massique tout au long du cycle est égal à la puissance produite par la turbine à gaz.

Par conséquent, avec moins de travail par cycle (cycle A), un débit massique plus important (donc un système plus grand ) est nécessaire pour maintenir la même puissance, ce qui peut ne pas être économique. C’est la considération clé dans la conception de la turbine à gaz, dans la mesure où les ingénieurs doivent équilibrer l’efficacité thermique et la compacité. Dans les conceptions les plus courantes, le rapport de pression d’une turbine à gaz est compris entre environ 11 et 16.