Ottoův cyklus vs Braytonův cyklus: 5 faktů, které byste měli vědět

Braytonovy a Ottovy cykly generují mechanickou energii z tepelné energie. Tento článek podrobně pojednává o tématu Ottoův cyklus vs Braytonův cyklus.

Braytonův cyklus se používá v proudových motorech, zatímco Ottoův cyklus se používá ve vozidlech se zážehovým motorem. Pojďme zjistit, jaké další rozdíly a podobnosti existují mezi těmito cykly.

Hlavní pracovní části používané v Braytonově cyklu

Na výrobě spolupracuje sada strojů Braytonův cyklus je to možné.

Různé pracovní části používané v Braytonově cyklu jsou kompresor, směšovací komora a turbína. Kompresor stlačuje vzduch, palivo se přidává do směšovací komory, kde dochází k interakci stlačeného vzduchu a paliva. Nakonec je tepelná energie přeměněna na mechanickou energii turbínou.

Práce Braytonova cyklu

V Braytonově cyklu se jako pracovní tekutina používá vzduch. K dokončení tohoto cyklu jsou zapotřebí minimálně tři procesy (tři procesy pro otevřený cyklus a čtyři procesy pro uzavřený cyklus).

Následující procesy tvoří Braytonův cyklus -

  • Isentropická komprese Proces 1-2 představuje izoentropickou kompresi, při které je vzduch stlačován beze změny jeho entropie.
  • Izobarické přidání tepla- Proces 2-3 představuje izobarické přidávání tepla, při kterém se teplo přidává do směšovací komory; teplo v kombinaci se stlačeným vzduchem produkuje vysokou tepelnou energii.
  • Isentropická expanze- Proces 3-4 představuje izoentropickou expanzi, při které se tepelná energie přeměňuje na mechanickou energii. Rotace hřídele turbíny představuje mechanickou energii.
  • Izobarické odmítnutí tepla- Proces 4-1 představuje izobarické odvádění tepla, kde je teplo odváděno z pracovní tekutiny a je posíláno dále, aby bylo stlačeno pro další cyklus.
Ottov cyklus versus Braytonův cyklus
Obrázek: Braytonův cyklus (2′ a 4′ představuje skutečný cyklus)

Hlavní části použité v Ottově cyklu

Části použité v Ottově cyklu jsou mnohem menší než části použité v Braytonově cyklu.

Části použité v Ottově cyklu jsou

  • Píst- Píst vykonává vratný pohyb nahoru a dolů, který stlačuje pracovní tekutinu uvnitř válce.
  • Válec- Válec je základem Ottova cyklu. Válec je místo, kde probíhá veškerá přeměna energie.  
  • Ventily- Sací a výtlačný ventil slouží k nasávání pracovní kapaliny a výstupu výfukových plynů.

Fungování Ottova cyklu

Ottov cyklus využívá jako pracovní tekutinu páru.

V Ottově cyklu probíhají následující procesy:

  • Isentropická komprese Proces 1-2 ukazuje izoentropickou kompresi pracovní tekutiny. Píst se pohybuje z BDC do TDC. Entropie systému je během tohoto procesu konstantní, proto se nazývá isentropická komprese.
  • Isochorický přídavek tepla - Proces 2-3 představuje přidávání tepla do systému. Píst zůstává v horní úvrati a ukazuje vznícení pracovní tekutiny.
  • Konstantní expanze entropie - Proces 3-4 představuje isentropickou expanzi (konstantní entropickou expanzi), kdy se píst pohybuje z TDC do BDC. Protože entropie zůstává během tohoto procesu konstantní, nazývá se izoentropická expanze.
  • Izochorický přídavek tepla - Proces 4-1 představuje přidání tepla do konstantního objemu. Píst zůstává nehybný v BDC, zatímco teplo je odváděno do atmosféry.

Tento cyklus se neustále opakuje, když se píst pohybuje do TDC.

Braytonův cyklus vs účinnost Ottova cyklu

Oba cykly různé procesy a různé pracovní tekutiny. To ovlivňuje účinnost cyklů.

Porovnání tepelných účinností Braytonova cyklu a Ottova cyklu je uvedeno v tabulce níže-

Tepelná účinnost Braytonova cykluTepelná účinnost Ottova cyklu
Tabulka: Účinnost Braytonova cyklu vs účinnost Ottova cyklu

Kde,

rp je kompresní poměr a Y je specifický tepelný poměr.

Pro konstantní hodnoty kompresního poměru tedy mají obě účinnosti stejné hodnoty.

Ale v praxi se Braytonovy cykly používají pro větší hodnoty kompresních poměrů a Ottoův cyklus pro malé hodnoty kompresního poměru. Vzorec účinnosti tedy může být stejný, ale jejich aplikace se liší.

Proč je Braytonův cyklus vhodnější než Ottoův cyklus?

Brayton cyklus využívá plynovou turbínu a kompresor, zatímco Ottoův cyklus ke své činnosti využívá uspořádání pístového válce. Ottoův cyklus je preferován pro zážehové motory, kde nelze do vozidla namontovat plynovou turbínu a kompresor.

Následující body podrobně vysvětlují výhody Braytonu oproti Ottově cyklu -

  • Při stejných hodnotách komprese a pracovního výkonu zvládne Braytonův cyklus větší objem při malém rozsahu teplot a tlaku.
  • Uspořádání pístového válce nezvládne velký objem nízkotlakého plynu. Proto je u vozidel preferován Ottoův cyklus.
  • V Ottově cyklu jsou pracovní části vystaveny maximální teplotě po velmi krátkou dobu a také chvíli trvá, než se ochladí. Zatímco v cyklu plynové turbíny jsou pracovní části neustále vystaveny vysoké teplotě. V procesu ustáleného stavu, přenos tepla ze strojního zařízení je obtížné v procesu konstantního objemu (tj. Ottov cyklus) než při konstantním tlaku (tj. Braytonův cyklus).
Přejděte na začátek