Hiệu quả trong tuabin khí hoặc động cơ máy bay

Hầu hết các động cơ máy bay hiện đại, như mô tả dưới đây được lấy từ Wikipedia , bao gồm một số giai đoạn máy nén được điều khiển bởi một tuabin (hoặc một số) và một buồng đốt ở giữa, để tăng nhiệt độ của dòng chảy.

Nhìn chung, các nhà sản xuất và nhà thiết kế tập trung vào việc tăng tỷ lệ nén cũng như nhiệt độ đốt cháy để tăng cường hiệu quả.

Câu hỏi của tôi là, theo các giả định đơn giản hóa như khí hoàn hảo, không tổn thất năng lượng hoặc ma sát, nhiệt độ và tốc độ đầu vào không đổi: Hiệu quả của chu trình nhiệt động này được đánh giá như thế nào? Làm thế nào người ta có thể định lượng hiệu quả đạt được từ việc tăng áp suất hoặc nhiệt độ?

Tua bin khí được mô hình hóa bằng chu trình Brayton, trong trường hợp đơn giản nhất là:

1. Nén đẳng hướng (trong máy nén)
2. Bổ sung nhiệt áp suất không đổi (buồng đốt)
3. Mở rộng đẳng hướng (trong tuabin)
4. Từ chối nhiệt áp suất không đổi

Và vì hiệu quả được định nghĩa là công việc đầu ra ròng / Đầu vào nhiệt, Hiệu quả có thể dễ dàng liên quan đến nhiệt độ của các trạng thái chu kỳ như sau:

Các quy trình 1-2 và 3-4 là đẳng hướng và P2 = P3 và P4 = P1. Như vậy:

Và cuối cùng hiệu quả có thể liên quan đến tỷ lệ nén như sau:

Tuy nhiên, hầu hết các tuabin khí không hoạt động trong điều kiện lý tưởng đơn giản này như nén và giãn nở đẳng hướng, bổ sung nhiệt áp suất không đổi, nén một cấp và mở rộng một giai đoạn. Và trong những trường hợp như vậy, việc phân tích mô hình và hiệu quả phức tạp hơn nhiều so với chu trình lý tưởng.

Các từ viết tắt:

• $w_{net}$ : công việc cơ khí, công suất tuabin trừ công suất máy nén
• $q$ : nhiệt, thêm hoặc từ chối. = cộng nhiệt và = thải nhiệt$q_{in}$$q_{out}$
• $k$ : tỷ lệ nhiệt riêng$Cp/Cv$

Một điều làm tăng tỷ lệ nén cải thiện là nó sẽ tăng tốc độ đốt cháy và đốt cháy hoàn toàn, giảm phần trăm nhiên liệu / hạt không cháy đi ra khỏi khí thải.

Việc nén tăng cũng cho phép tỷ lệ giãn nở cao hơn cho tuabin xả, giúp tăng công suất. Điều này tương tự như cách các tỷ số nén ảnh hưởng đến động cơ dựa trên piston tiêu chuẩn.