Brayton Cycle – Moteur à turbine
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, puis 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 et les turboréacteurs modernes à air comprimé sont également des moteurs thermiques à pression constante. C’est pourquoi nous décrivons leur thermodynamique selon 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 puisse trouver 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 isothermiques , car ceux-ci doivent être effectués très lentement. Dans un cycle de Brayton idéal , le système qui exécute le cycle subit une série de quatre processus: deux processus isentropiques (adiabatiques réversibles) alternés avec deux processus isobares.
Puisque le principe de Carnot stipule qu’aucun moteur ne peut être plus efficace qu’un moteur réversible ( un moteur thermique Carnot ) fonctionnant entre la même température élevée et des réservoirs à basse température, une turbine à gaz en fonction du cycle Brayton doit avoir une efficacité inférieure à l’efficacité Carnot.
Une grande turbine à gaz à cycle unique produit par exemple, par exemple, 300 mégawatts d’énergie électrique et un rendement thermique compris entre 35 et 40%. Les installations modernes à turbine à gaz à cycle combiné (CCGT), dans lesquelles le cycle thermodynamique est constitué de deux cycles de centrale (par exemple, le cycle de Brayton et le cycle de Rankine), peuvent atteindre un rendement thermique d’environ 55%.
Cycle de Brayton – diagramme pV, Ts
Le cycle de Brayton est souvent tracé sur un diagramme de volume de pression (diagramme pV ) et sur un diagramme de température d’entropie ( diagramme Ts ).
Tracés sur un diagramme de volume de pression , les processus isobares suivent les lignes isobares du gaz (les lignes horizontales), les processus adiabatiques se déplacent entre ces lignes horizontales et la zone délimitée par la piste cyclable complète représente le travail total pouvant être effectué pendant une journée. cycle.
Le diagramme température-entropie (diagramme Ts) dans laquelle l’état thermodynamique est défini par un point sur un graphique avec l’ entropie déterminée (s) en tant que l’axe horizontal et la température absolue (T) comme axe vertical. Les diagrammes Ts sont un outil utile et courant, notamment parce qu’il permet de visualiser le transfert de chaleur au cours d’un processus. Pour les processus réversibles (idéaux), l’aire sous la courbe Ts d’un processus est la chaleur transférée au système pendant ce processus.
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