Brayton cyklus

FONT SIZE:
fontsize_dec
fontsize_inc
21-02-2018 Martin Horn B

The Brayton cyklus, også kendt som Joule Froude cykle eller cyklus er en termodynamisk cyklus består i sin enkleste form, i en adiabatisk kompression trin, en isobar opvarmningstrin og en adiabatisk ekspansion af et sammentrykkeligt fluidum termodynamisk. Det er en af ​​de termodynamiske cyklusser af en bredere anvendelse, når gasturbinen motor base, således at produktet cyklus kan variere fra mekanisk arbejde, der anvendes til fremstilling af elektricitet i naturgasbrændere eller SAG anden fordel ved elproduktion industri og nogle terrestriske og marine motorer, henholdsvis til generering af et fremstød ind i en aerorreactor.

Historisk udvikling

Brayton cyklus, som i de fleste af termodynamiske cykler, er det nødvendigt at skelne den termodynamiske cyklus sig af sin teknologiske selve ansøgningen. Som i nogle andre varme motorer, har motorer baseret på Brayton cyklus præsenterede forskellige formelle løsninger, som dybest set kan reduceres til Brayton motor stempel-lignende ydeevne til moderne diesel- og benzinmotorer, og i dag kun De eksisterer undtagen på museer, og Brayton kontinuerlig flow motorer som i modsætning til stempelmotorer, termodynamisk væske optagelse er kontinuerlig, og som er grundlaget for gasturbinen.

Den Brayton cyklus først synes forbundet med et patent på en gasmotor engelsk opfinder John Barber, i 1791. Formelt kunne Barber motor klassificeres som diskontinuert strøm, selvom rudimentær kompression system, for at ikke at nå selv 2 atmosfæres tryk, og de meget høje varmetab i forbindelse med varmeanlægget og komplikationer forbundet med at bruge luft i stedet for damp, har motoren svigter dramatisk versus langt mere effektiv dampmaskine James Watt. Lige som det skete med andre motorer af den tid, som Stirling motor blev Barber idé glemt.

I 1840'erne den britiske fysiker James Prescott Joule rejst teoretisk og formelt, for første gang, det Brayton cyklus. Hans arbejde var begrænset til teoretisk og termodynamisk felt, erkender, at opnå høj mekanisk effekt cyklus eller kræver høje omkostninger til brændstof, kompression systemer eller meget stor og robust gas, Joule rejst siden gennemførelsen af ​​Brayton cyklus som diskontinuerlig flow cyklus, hvor gassen skal komprimeres af en cylinder og et stempel.

Når afgrænset cyklus egenskaber, den første større forsøg på at sætte det i praksis kom i 1872, da George Brayton patenteret sin Klar Engine. I sit patent, baseret på en stempelmotor diskontinuert strøm, kan komprimering finde sted i en cylinder, hvorefter trykluft, hvilket ville have sket for et varmekammer vil blive opvarmet af en ekstern varmekilde, for endelig at udvide i ekspansionscylinderen, der producerer arbejde. Motoren havde betydelige problemer, kan ikke garantere en perfekt konstans af trykket i trinnet med opvarmning af den komprimerede luft. Ligeledes og som planlagt Joule Brayton motorer, til at udvikle en rimelig magt, de havde til at være ekstremt stort, som, selv om at komme til markedet, de aldrig haft udbredt.

I øjeblikket er Brayton cyklus forbundet med gasturbinemotoren, selv Brayton aldrig designet andet end en stempelmotor. Selv den termodynamiske væske gennemgår de samme processer som de, der indsendes i sin version af stempelmotor, gasturbine har kendetegnet af, som er en kontinuerlig strøm motor. Det betyder, at væsken, som regel luft, indlægges konstant og kontinuerligt frigivet fra motoren, i modsætning til stempelmotorer, hvor optagelse og eksklusion er intermitterende.

Udviklingen af ​​gasturbinen produceres hovedsagelig i begyndelsen af ​​det tyvende århundrede, og er derfor at løse de vigtigste tekniske problemer i forbindelse med Brayton cyklus, nemlig kompressionstrin. Komprimering af en komprimerbar fluid ikke er enkel: stempelmotorer lært problemet indeslutte gassen i en cylinder - det lukkede kammer og reducere omfanget deraf med et stempel, der forårsager en forøgelse af trykket ; Men fører dette til væsentlige tunge og store for store beføjelser, den høje mekaniske inerti kræves for at sikre driften kontinuerligt motorer. Gasturbinen anvender imidlertid en kompressor, der består af et eller flere trin af roterende vinger, der skubber luften, transmittere en kinetisk energi først accelererer og derefter, ved hjælp af skovle, langsom til at konvertere overskydende energi i tryk. Da en sådan fremgangsmåde involverer at overføre en væske fra et lavt tryk til et andet højt tryk, en proces, der lidt begunstiget af termodynamik, kompression på den måde var meget problematisk og ineffektiv i det nittende århundrede. Med fremme af teknologi, udvikling af nye materialer og den stadig bedre forståelse af fluid mekanik i begyndelsen af ​​det tyvende århundrede de første virkelig effektive kompressorer begyndte at forekomme, og ikke snart hæve opførelsen af ​​den første vindmølle gas.

I disse indretninger kommer komprimering efterfulgt af en forbrænding i en rudimentær indre forbrændingskammer hvor der tilsættes brændstof til trykluft til at brænde, og ekspansion udviklet i en turbine, der producerer mekanisk arbejde lyder anvendes i at drive kompressoren, og det resterende drev en elektrisk generator i eller anden anordning, der kræves mekanisk arbejde.

Anvendelsen af ​​gasturbinen baseret på Brayton cyklus air fremdrift engelsk ingeniør Frank Whittle, der i 1927 patenteret ideen og foreslog den britiske luftvåben er forfalden. En række eksperter under ledelse af Alan Arnold Griffith havde studeret i de foregående år de tekniske muligheder for gasturbinen som et middel luft køretøj, men hans idé var baseret på anvendelse af den mekaniske arbejde output til at drive en propel. Whittle imidlertid foreslået at have en Brayton cyklus, således at ingen netto mekanisk arbejde ikke produceres, således at vindmøllen kun nok energi til at drive kompressoren. Fremdrift ville forekomme, ifølge ham, fordi den høje hastighed af gasserne på turbinen udløbet og danner en fremaddrivende jet over motoren generere en trykkraft.

Whittle idé blev rejst næsten samtidig af den tyske Hans von Ohain. Under Anden Verdenskrig en hektisk kapløb mellem de to sider ville følge af udviklingen i de første jetmotorer. Efter dette, ville gasturbinen baseret på Brayton cyklus kommer til at dominere som fly fremaddrivende, medens der fortsat anvendes i genereringen industrien. Det har også programmer som en marine motor, pumpesystemer store maskiner, blandt andre, udgør i dag en af ​​de mest avancerede maskiner i verden.

Ved anvendelse af luft termodynamisk fluid kan Brayton cyklus drives ved høje temperaturer, så det er egnet til at drage fordel af høje temperaturer varmekilder og opnå en høj termodynamisk effektivitet.

På grundforløbet er der variationer, der komplicerer det at forbedre nogle af dens funktioner, såsom magt eller ydelse. Eksempler på disse varianter er Brayton-cyklus med regenerator, flertrins Brayton cyklus, eller en kombination af en Brayton cyklus med en Rankine-cyklus til opnåelse af såkaldte kombineret cyklus.

Forrige artikel Børns Press
Næste artikel Big Brother