Exemple: expansion isentropique dans une turbine à gaz
Supposons une expansion isentropique de l’hélium ( 3 → 4 ) dans une turbine à gaz . Comme l’hélium se comporte presque comme un gaz parfait , utilisez la loi des gaz parfaits pour calculer la température de sortie du gaz ( T 4, is ). Dans cette turbine, l’étage haute pression reçoit du gaz (point 3 sur la figure; p 3 = 6,7 MPa ; T 3 = 1190 K (917 ° C)) d’un échangeur de chaleur et l’évacue vers un autre échangeur de chaleur, où la pression de sortie est p 4 = 2,78 MPa (point 4) .
Solution:
La température de sortie du gaz, T 4, est , peut être calculée en utilisant p, V, T Relation pour le processus isentropique (processus adiabatique réversible):
Dans cette équation, le facteur pour l’hélium est égal à κ = c p / c v = 1,66 . D’après l’équation précédente, la température de sortie du gaz, T 4 , est:
Voir aussi: Première loi de la thermodynamique
Voir aussi: Loi sur les gaz parfaits
Voir aussi: Qu’est-ce que l’enthalpie?
Exemple: expansion isentropique dans une turbine à gaz
Supposons le cycle de Brayton idéal qui décrit le fonctionnement d’un moteur thermique à pression constante . Les moteurs à turbine à gaz modernes et les moteurs à réaction à respiration aérodynamique suivent également le cycle de Brayton.
Le cycle de Brayton idéal se compose de quatre processus thermodynamiques. Deux processus isentropiques et deux processus isobares.
- compression isentropique – l’air ambiant est aspiré dans le compresseur, où il est mis sous pression (1 → 2). Le travail requis pour le compresseur est donné par W C = H 2 – H 1 .
- addition de chaleur isobare – l’air comprimé traverse ensuite une chambre de combustion, où le combustible est brûlé et l’air ou un autre milieu est chauffé (2 → 3). Il s’agit d’un processus à pression constante, car la chambre est ouverte pour entrer et sortir. La chaleur nette ajoutée est donnée par Q add = H 3 – H 2
- expansion isentropique – l’air chauffé sous pression se détend ensuite sur la turbine, cède son énergie. Le travail effectué par turbine est donné par W T = H 4 – H 3
- rejet de chaleur isobare – la chaleur résiduelle doit être rejetée afin de fermer le cycle. La chaleur nette rejetée est donnée par Q re = H 4 – H 1
Comme on peut le voir, nous pouvons décrire et calculer (par exemple l’ efficacité thermique ) de tels cycles (de même pour le cycle de Rankine ) en utilisant des enthalpies .
Voir aussi: Efficacité thermique du cycle de Brayton
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