Mô hình Chu_trình_Brayton

Động cơ với chu trình Brayton có ba thành phần:

  • Máy nén khí
  • Buồng trộn khí với nhiên liệu
  • Buồng giãn nở

Trong động cơ Brayton của thế kỷ 19, không khí được hút vào máy nén khí chạy bằng piston và xylanh, và quá trình nén có thể coi một cách lý tưởng là đẳng entropy. Khí nén được đưa sang buồng trộn để hòa với nhiên liệu, tạo áp suất không đổi (quá trình đẳng áp). Hỗn hợp khí nhiên liệu nóng và cao áp được đánh lửa trong buồng giãn nở và năng lượng trong phản ứng hóa học giữa không khí và nhiên liệu được giải phóng, làm hỗn hợp giãn nở, đẩy piston của buồng giãn nở; theo quá trình đẳng entropy. Một phần công năng sản sinh bởi buồng giãn nỏ được cung cấp cho máy nén khí, thông qua các tay quay [1].

Ngày nay chu trình Brayton được nhắc đến trong động cơ tuốc bin khí. Động cơ này cũng có ba phần:

  • Buồng nén khí
  • Buồng đốt
  • Buồng giãn nở làm quay tuốc bin

Không khí được hút vào buồng nén, được làm tăng áp suất theo quá trình gần với đẳng entropy. Khí đã nén chạy sang buống đốt, nơi nhiên liệu được phun vào và đánh lửa, làm tăng nhiệt độ khí trong một quá trình đẳng áp, do buồng đốt mở thông cho dòng chảy vào và ra. Khí ở áp suất và nhiệt độ cao được giãn nở tại buồng giãn nở đẩy các cánh quạt của tuốc bin; theo quá trình giãn nở đẳng entropy. Một phần công năng cung cấp cho tuốc bin được dùng vào việc nén khí ở buồng nén khí.

Chu trình Brayton lý tưởng: P - áp suất; v - thể tích; q - nhiệt lượng; T - nhiệt độ ; s - entropy. 1-2: Nén đẳng entropy tại máy nén; 2-3: gia nhiệt đẳng áp tại buồng đốt; 3-4: giãn nở sinh công đẳng entropy tại tuốc bin; 4-1: khép kín chu trình đẳng áp bên ngoài môi trường.

Trên thực tế, quá trình nén khí và giãn nở không thực sự đẳng entropy; và công năng bị hao hụt trong các quá trình này làm giảm hiệu suất nhiệt động lực học của động cơ.

Công có ích do động cơ sinh ra được thể hiện bằng diện tích hình khép kín 1 – 2 – 3 – 4. Diện tích này càng lớn thì công có ích và hiệu suất càng lớn, để tăng diện tích này thì phải tăng áp suất sau máy nén của điểm 2;3 (áp suất của điểm 4;1 là áp suất môi trường không thể giảm xuống được) nên hiệu suất động cơ được quyết định bằng tỷ số nén. Việc tăng tỷ số nén giúp cải thiện hiệu suất và công suất của hệ thống Brayton.[2]