Cycle de Brayton – Turbine Engine
En 1872, un ingénieur américain, George Bailey Brayton, a fait progresser l’étude des moteurs thermiques en brevetant un moteur à combustion interne à pression constante, utilisant initialement du gaz vaporisé mais plus tard des combustibles liquides tels que le kérosène. Ce moteur thermique est connu sous le nom de « Moteur prêt de Brayton » . Cela signifie que le moteur Brayton d’origine utilisait un compresseur à piston et un détendeur à piston au lieu d’une turbine à gaz et d’un compresseur à gaz.
Aujourd’hui, les moteurs à turbine à gaz modernes et les moteurs à réaction à respiration aérodynamique sont également des moteurs thermiques à pression constante, c’est pourquoi nous décrivons leur thermodynamique par le cycle de Brayton . En général, le cycle de Brayton décrit le fonctionnement d’un moteur thermique à pression constante .
C’est l’un des cycles thermodynamiques les plus courants que l’on retrouve dans les centrales à turbine à gaz ou dans les avions. Contrairement au cycle de Carnot , le cycle de Brayton n’exécute pas de processus isothermes , car ceux-ci doivent être effectués très lentement. Dans un cycle de Brayton idéal , le système exécutant le cycle subit une série de quatre processus: deux processus isentropiques (adiabatiques réversibles) alternés avec deux processus isobares.
Étant donné que le principe de Carnot stipule qu’aucun moteur ne peut être plus efficace qu’un moteur réversible ( un moteur thermique Carnot ) fonctionnant entre les mêmes réservoirs à haute et à basse température, une turbine à gaz basée sur le cycle de Brayton doit avoir un rendement inférieur à celui de Carnot.
Une grande turbine à gaz à cycle unique produit généralement par exemple 300 mégawatts d’énergie électrique et a une efficacité thermique de 35 à 40%. Les centrales modernes à turbine à gaz à cycle combiné (CCGT), dans lesquelles le cycle thermodynamique se compose de deux cycles de centrale électrique (par exemple le cycle de Brayton et le cycle de Rankine), peuvent atteindre une efficacité thermique d’environ 55%.
Cycle d’Ericsson
Le cycle Ericsson tire son nom d’un inventeur suédo-américain John Ericsson , qui a conçu et construit de nombreux moteurs thermiques uniques basés sur divers cycles thermodynamiques. Il est reconnu pour avoir inventé deux cycles de moteur thermique uniques et développé des moteurs pratiques basés sur ces cycles.
Son premier cycle thermodynamique ” le premier cycle Ericsson ” est maintenant appelé “cycle de Brayton”, en fait c’est le cycle de Brayton fermé, qui est couramment appliqué aux moteurs à turbine à gaz à cycle fermé modernes.
Cycle de Brayton vs cycle d’Ericsson
Le deuxième cycle Ericsson est ce qu’on appelle maintenant le cycle Ericsson. Le deuxième cycle Ericsson est similaire au cycle Brayton, mais utilise de la chaleur externe et intègre l’ utilisation multiple d’un refroidissement intermédiaire et d’un réchauffage . En fait, c’est comme un cycle de Brayton avec un nombre infini d’étages de réchauffage et d’intercooler dans le cycle. Comparé au cycle de Brayton qui utilise la compression et l’ expansion adiabatiques , un cycle Ericsson idéal consiste en une compression et une expansion isothermeprocessus, combinés avec la régénération de chaleur isobare entre eux. L’application du refroidissement intermédiaire, de la régénération thermique et de la combustion séquentielle augmente considérablement l’efficacité thermique d’une turbine, en fait, l’efficacité thermique du cycle Ericsson idéal est égale à l’efficacité Carnot.
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