Брайтона цикл

Бра́йтона цикл — термодинамічний силовий цикл, що описує робочі процеси газотурбінних, турбореактивних та прямоточних повітряно-реактивних двигунів зі внутрішнім згорянням при постійному тиску й розімкнутою тепловою схемою газоподібного робочого тіла.

Історична довідка

Запатентований 1872 інженером Дж. Брайтоном (1830–1892; США), пізніше названий його іменем. Цикл описував процеси у поршневих двигунах внутрішнього згоряння. Але через складнощі реалізації циклу, конструктивні та експлуатаційні особливості такі двигуни не отримали практичного застосування.

У 20 ст. з розвитком турбінобудування (зокрема газотурбінобудування) істотно зросла затребуваність теплових двигунів, що працюють за циклом Брайтона. До середини 20 ст. переважна частина газотурбінних установок (ГТУ) промислового призначення і газотурбінних двигунів (ГТД) авіаційного і суднового призначення мали просту розімкнуту теплову схему відповідно до термодинамічного силового циклу Брайтона.

Цей цикл застосовується також в ГТУ з замкнутою тепловою схемою при зовнішньому підводі теплоти в цикл. Масштаби застосування таких установок менші, ніж установок із розімкнутою схемою (однак вони мають перспективи розвитку в енергетиці та промисловості).

Характеристики

Цикл Брайтона на рис. 1 і рис. 2 представлений у системі термодинамічних координат (Р — тиск; V — питомий об'єм; Т — температура; S — ентропія робочого тіла) , де

qр і qо – питомі теплові потоки підводу та відводу теплоти в циклі;

(1–2) — ізоентропійне (адіабатне) стиснення в компресорі;

(2–3) — ізобарне підведення теплоти в камері згоряння;


(3–4) — ізоентропійне (адіабатне) розширення в турбіні;

(4–1) — ізобарне відведення теплоти в атмосферу.

Термічний коефіцієнт корисної дії (ККД) ідеального оборотного циклу Брайтона описується залежністю: ɳ_т= 1 — 1/σ^((к-1)/к) де σ — показник ступеня підвищення тиску робочого тіла ,

К — показник адіабати (для повітря К = 1,4).

ККД циклу Брайтона може визначатись через еквівалентне співвідношення початкової і кінцевої температур стиснення: ,

де Т1, Т2 – початкова та кінцева температури робочого тіла в процесі стиснення.

З урахуванням реальних умов протікання робочого процесу — втрат на тертя, турбулентності, втрат теплоти у навколишнє середовище, аеродинамічних втрат у вхідних і вихідних пристроях тощо — реальний процес стиснення і розширення в компресорі та турбіні протікає по лініях 1–2р і 3–4р зі зростанням ентропії та супроводжується незворотними втратами роботи на теплоту і зазвичай розглядається як політропний процес.За збереження принципових положень циклу Брайтона в основу розрахунку робочих характеристик і параметрів ГТУ і ГТД простого розімкнутого циклу закладено перелік усіх зазначених чинників. Найбільш важливим показником економічності теплового циклу є ефективний ККД установок, що для ГТУ і ГТД сягає 40–44 %.

Застосування

Термодинамічний силовий цикл Брайтона використовується практично у всіх ГТУ і ГТД з простою розімкнутою тепловою схемою. Водночас є базовою структурною основою складніших термодинамічних циклів ГТУ та ГТД, що забезпечують вищий рівень ККД установок. До них належать цикли установок із регенерацією теплоти відхідних газів, цикли з проміжним підігрівом газів між турбінами, цикли з проміжним охолодженням повітря в компресорі.

Створені перспективні високоефективні парогазові установки, що працюють за комбінованим термодинамічним циклом Брайтона-Ренкіна. Вони об'єднали в високотемпературній частині циклу газотурбінну, а в низькотемпературній частині — паротурбінну установки. Це уможливило суттєве зростання ефективності використання палива та підвищення ефективності ККД (до 50–60 % і більше).

Література

  1. Швець І. Т., Кіраковський Н. Ф. Загальна теплотехніка та теплові двигуни. Київ : Вища школа, 1977. 272 с.
  2. Базаров И. П. Термодинамика. 4-е изд., перераб. и доп. Москва : Высшая школа, 1991. 376 с.
  3. Цанев С. В., Буров В. Д., Ремезов А. Н. Газотурбинные и парогазовые установки теплових электростанций. 3-е изд., стереот. Москва : Издательский дом МЭИ, 2009. 579 с.
  4. Reisel J. Principles of Engineering Thermodynamics. Boston : Cengage Learning, 2015. 576 p.

Автор ВУЕ

Б. Д. Білека


Покликання на цю статтю

Покликання на цю статтю: Білека Б. Д. Брайтона цикл // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/Брайтона цикл (дата звернення: 10.05.2021).


Оприлюднено

Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено:
04.09.2020

Офіційний телеграм-канал ВУЕОфіційний телеграм-канал ВУЕ