Η θερμοδυναμική παίζει καθοριστικό ρόλο στη λειτουργία των στροβίλων που χρησιμοποιούνται σε συστήματα παραγωγής ενέργειας και προώθησης. Δύο θεμελιώδεις κύκλοι, οι κύκλοι Rankine και Brayton, περιγράφουν πώς οι στροβίλοι μετατρέπουν τη θερμική ενέργεια σε μηχανική εργασία.

Ο Κύκλος Rankine

Ο κύκλος Rankine χρησιμοποιείται κυρίως σε ατμοηλεκτρικές μονάδες. Περιλαμβάνει τη μετατροπή του νερού σε ατμό, η οποία στη συνέχεια οδηγεί μια τουρμπίνα για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Ο κύκλος αποτελείται από τέσσερις κύριες διεργασίες: βραστό νερό, επέκταση του ατμού στην τουρμπίνα, συμπύκνωση του ατμού πίσω στο νερό, και άντληση νερού πίσω στο λέβητα.

Η απόδοση στον κύκλο Rankine εξαρτάται από τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ της πηγής θερμότητας και του νεροχύτη. Βελτιώσεις περιλαμβάνουν την επαναθέρμανση του ατμού και την αναγέννηση θέρμανσης τροφών νερού για τη μεγιστοποίηση της ενεργειακής εξαγωγής.

Ο Κύκλος Μπρέιτον

Ο κύκλος Brayton χρησιμοποιείται σε αεριοστροβίλους και κινητήρες αεριωθούμενων. Περιλαμβάνει συμπίεση αέρα, προσθήκη θερμότητας σε σταθερή πίεση, και στη συνέχεια επέκταση των θερμών αερίων μέσω ενός στροβίλου για την παραγωγή εργασίας.

Οι βελτιώσεις απόδοσης επικεντρώνονται στην αύξηση της θερμοκρασίας εισόδου του στροβίλου και τη μείωση των απωλειών πίεσης. \" απλότητα του κύκλου το καθιστά κατάλληλο για εφαρμογές υψηλής ταχύτητας, υψηλής ισχύος.

Σύγκριση των κύκλων

  • Ο κύκλος Rankine χρησιμοποιεί αλλαγή φάσης (υγρό σε ατμό), ενώ ο κύκλος Brayton περιλαμβάνει μόνο αέρια.
  • Το Rankine είναι κοινό σε θερμικούς σταθμούς παραγωγής ενέργειας· το Brayton είναι τυπικό στους κινητήρες αεριωθούμενων και στους αεριοστροβίλους.
  • Η απόδοση εξαρτάται από τις διαφορές θερμοκρασίας· οι υψηλότερες θερμοκρασίες γενικά βελτιώνουν τις επιδόσεις.
  • Και οι δύο κύκλοι στοχεύουν στη μεγιστοποίηση της εξόδου εργασίας, ενώ ελαχιστοποιούν τις απώλειες ενέργειας.