가스 터빈 또는 항공기 엔진의 효율


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아래 위키 백과 에서 가져온 것과 같은 대부분의 최신 항공기 엔진 은 흐름 온도를 높이기 위해 터빈 (또는 여러)과 그 사이의 연소실에 의해 구동되는 여러 압축기 단계로 구성됩니다.

현대 터보 팬 스케치

일반적으로 제조업체와 설계자는 효율을 높이기 위해 압축 온도와 연소 온도를 높이는 데 집중합니다.

내 질문은 완벽한 가스, 에너지 손실 또는 마찰, 일정한 입구 온도 및 속도와 같은 가정을 단순화하는 것입니다.이 열역학적 사이클의 효율성은 어떻게 평가됩니까? 압력 또는 온도 상승으로 인한 효율 증가를 어떻게 정량화 할 수 있습니까?


답변:


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가스 터빈은 가장 간단한 경우 다음과 같은 Brayton주기를 사용하여 모델링됩니다.

  1. 등방성 압축 (압축기 내)
  2. 정압 열 추가 (연소실)
  3. 비 등방성 팽창 (터빈 내)
  4. 일정한 압력 열 제거 여기에 이미지 설명을 입력하십시오

효율은 순 출력 작업 / 열 입력으로 정의되므로 효율은 다음과 같이 사이클 상태의 온도와 쉽게 관련 될 수 있습니다.

여기에 이미지 설명을 입력하십시오

공정 1-2 및 3-4는 등 엔트로피이고, P2 = P3 및 P4 = P1입니다. 그러므로:

여기에 이미지 설명을 입력하십시오

마지막으로 효율성은 다음과 같이 압축 비율과 관련 될 수 있습니다.

여기에 이미지 설명을 입력하십시오

그러나 대부분의 가스 터빈은 등 엔트로피 압축 및 팽창, 정압 열 추가, 단일 단계 압축 및 단일 단계 확장과 같은 단순한 이론적 이상적인 조건에서 작동하지 않습니다. 이러한 경우 모델링 및 효율성 분석은 이상적인주기보다 훨씬 복잡합니다.

약어 :

  • wnet: 기계적인 순 작업, 터빈 전력 빼기 압축기 전력
  • q: 열, 추가 또는 거부. qin = 열 추가 qout = 열 제거
  • k: 비열 비 Cp/Cv

수학적 표기법이 실제로 무엇을 의미하는지 자세히 설명해 주시겠습니까? 예를 들어 마지막 식에서 k 는 무엇 입니까? w 또는 q 는 무엇 입니까?
니콜라스

@Nicolas 업데이트
Algo

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@Nicolas 나는 Yunus Cengel의 책을 추천하고 싶다 : 열역학-브 레이튼 사이클에 대해 많은 세부 사항을 찾을 수있는 엔지니어링 접근법.
Algo

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압축비가 향상되는 한 가지는 연소 속도와 연소 완성도를 높여 배기 가스로 배출되는 미 연소 연료 / 입자의 비율을 감소 시킨다는 것입니다.

증가 된 압축은 또한 배기 터빈에 대한 더 높은 팽창비를 허용하여 전력을 증가시킬 것이다. 이는 압축비가 표준 피스톤 기반 엔진에 미치는 영향과 유사합니다.


질문에 대한 물리적 통찰력에 감사드립니다. 이러한 이득을 정량화하는 "간단한"방법이 있는지 궁금합니다.
Nicolas
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