Braytonův cyklus versus Rankinův cyklus: 7 kompletních rychlých faktů

Téma Braytonův cyklus vs. Rankinův cyklus nám dává představu, že si musí být oba v některých aspektech podobní. Oba cykly se používají k výrobě mechanické energie z tepelné energie.

Hlavní rozdíl mezi těmito cykly je použitá pracovní tekutina. Rankinův cyklus používá jako pracovní tekutinu kapalinu (většinou vodu), zatímco Braytonův cyklus používá jako pracovní tekutinu plyn (většinou vzduch). Tento článek provádí srovnávací analýzu Braytonova cyklu a Rankinova cyklu.

Hlavní komponenty používané v Braytonově cyklu

Každý cyklus potřebuje sadu strojů, které pomáhají dosáhnout požadovaného výkonu.

Braytonův cyklus se skládá z následující pracovní části -

• Kompresor- Komprimuje vzduch isentropicky.
• Míchací komora- Do stlačeného vzduchu se přidává teplo, které izobaricky zvyšuje teplotu.
• Turbína- V turbíně dochází k expanzi vzduchu, protože otáčením hřídele turbíny se tlak vzduchu snižuje a teplota se snižuje. Tento proces je isentropická expanze.

 Práce Braytonova cyklu

Braytonův cyklus obecně používá jako pracovní tekutinu atmosférický vzduch. Dokončení tohoto cyklu vyžaduje minimálně tři procesy (otevřený cyklus má tři procesy a uzavřený cyklus má minimálně čtyři procesy).

Různé procesy, kterými pracovní tekutina prochází v uzavřeném ideálním Braytonově cyklu, jsou-

• Isentropická komprese Okolní vzduch je nasáván dovnitř kompresoru a je komprimován isentropicky.
• Izobarické přidání tepla- Teplo se do stlačeného vzduchu přidává za konstantního tlaku.
• Isentropická expanze- Vzduch se v turbíně rozpíná isentropicky.
• Izobarické odmítnutí tepla- Teplo je ze systému odváděno při konstantním tlaku.

Isentropické procesy komprese a expanze označují ideální cyklus. Obvykle není proces zcela izoentropický kvůli nevratnosti a ztrátám třením v turbíně a kompresoru. Izentropický účinnost turbíny a kompresor označují velikost užitečného výkonu, který lze získat za daných podmínek.

Díly použité v Rankinově cyklu

Rankinův cyklus vyrábí mechanickou energii z tepelné energie pracovní tekutiny. Toho je dosaženo mnoha součástmi pracujícími v harmonii.

Pracovní komponenty používané v Rankinově cyklu jsou-

• Čerpadlo- Nízkotlaká kapalina je Čerpáno aby kotel zvýšil svůj tlak.
• Kotel- Teplo se přidává do pracovní kapalina uvnitř kotle. Proces přidávání tepla je izobarický. Vysokotlaká kapalina se uvnitř kotle přemění na vysokotlakou páru.
• Turbína- Pára je expandována v turbíně. Vysokotlaká pára je zodpovědná za výrobu mechanické energie, které je dosahováno otáčením hřídele turbíny.
• Kondenzátor- Nízkotlaká pára kondenzuje uvnitř kondenzátoru. Kondenzátor není nic jiného než a výměník tepla který odebírá teplo z páry a přeměňuje ji na kapalinu.

Práce Rankinova cyklu

Rankinův cyklus se používá k výrobě mechanické energie z tepelné energie pracovní tekutiny (v tomto případě z vody), která se zase používá k výrobě elektřiny (k výrobě elektřiny se využívá výkon hřídele turbíny).

Rankinův cyklus funguje také na čtyřech hlavních procesech. Oni jsou-

• Izentropická komprese (proces 1-2): V tomto procesu se zvyšuje tlak pracovní tekutiny.
• Přidání izobarického tepla (proces2-3): Vysokotlaká kapalina je vystavena teplu uvnitř kotle, kde je přeměněna na páru. Pára vystupuje pod vysokým tlakem a vstupuje do turbíny v bodě 3.
• Izentropická expanze (proces 3-4): Vysokotlaká pára otáčí vrtulemi turbíny, čímž se hřídel turbíny začne otáčet. Během tohoto procesu se vysokotlaká pára přemění na nízkotlakou páru. Nízká tlaková pára vstupuje do kondenzátoru.
• Izobarické odmítnutí tepla- Pára se uvnitř kondenzátoru převede zpět do kapalného stavu. Teplo je z páry odváděno za konstantního tlaku, v důsledku čehož se pára přeměňuje na kapalinu.

Všimněte si, že kondenzátor a kotel jsou zařízení, která mění stav pracovní tekutiny bez změny teploty a tlaku.

Efektivita Rankinova cyklu a Braytonova cyklu

Účinnost je měřítkem účinnosti cyklu. Množství výstupu, které může cyklus v daném množství vstupu dodat, se nazývá účinnost cyklu.

Před diskusí o účinnost Rankinova cyklu a Braytona cyklu, podívejme se na účinnost turbíny a kompresoru-

Izotropická účinnost turbíny je dána-

Izentropická účinnost kompresoru je dána-

Porovnání účinnosti Rankinova cyklu a účinnosti Braytonova cyklu je uvedeno níže-

Jak zvýšit účinnost Braytonova a Rankinova cyklu?

Účinnost je poměr výstupu ke vstupu. Aby se zvýšila účinnost jakéhokoli cyklu, je třeba zvýšit výkon při konstantním vstupu nebo snížit vstup pro konstantní výstup nebo zvýšit výkon při snížení vstupu.

V obou cyklech lze ke zvýšení účinnosti použít stejné metody. Tyto metody jsou-

• Regenerace- Pára z kondenzátoru prochází turbínou, aby se zvýšila vstupní teplota, než se pára dostane do kotle.
• ohřev Používá se sekundární turbína, která má za následek větší pracovní výkon.
• Mezichlazení- Mezichladič ochlazuje plyn po stlačení, čímž je znovu k dispozici ke stlačení. Tím se sníží práce kompresoru.
• Kombinovaný cyklus regenerace, mezichladění a ohřevu- Tento cyklus využívá kombinaci regeneračního cyklu, cyklu předehřívání a mezichladění.

Jaké jsou dva hlavní typy Braytonova cyklu?

Braytonův cyklus může využívat regeneraci, ohřev, mezichladění nebo někdy všechny. Základní cyklus, ve kterém lze takové metody použít, je však dvou typů.

Dvě základní formy Braytonova cyklu jsou-

• Otevřený Braytonův cyklus- V cyklu Open Brayton jsou výfukové plyny plivány do atmosféry. Každý cyklus používá novou sadu plynu nebo pracovní tekutiny.
• Uzavřený Braytonův cyklus- V uzavřeném Braytonově cyklu jsou výfukové plyny ochlazeny a odeslány zpět do kompresoru, aby byly znovu použity. Tím se vytvoří úplný cyklus.

Co je to kombinovaný cyklus?

Jedna kombinuje dvě věci, aby získala větší výkon nebo zvýšila účinnost konkrétního systému. V kombinovaném cyklu jsou oba Braytonovy a Rankinovy ​​cykly kombinovány, aby se z dané sady vstupů získal větší výkon.

Braytonův cyklus produkuje více energie, proto se nazývá cyklus doplňování. Výfukové plyny z tohoto cyklu jsou tak horké, že je lze použít jako zdroj pro relativně nízkoenergetický cyklus, což je Rankinův cyklus. V tomto případě je také znám jako cyklus dna.

Teplo z výfukových plynů je rekuperováno zpětným kotlem na odpadní teplo v cyklu dna. Pára/voda se zahřeje a dokončí Rankinův cyklus.

Tímto způsobem lze odpadní výfukové plyny z jednoho cyklu použít jako zdroj pro další cyklus.