Calculateur de cycle de Brayton

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Pression initiale (P₁) (Pa) :

Pression finale (P₂) (Pa) :

Température initiale (T₁) (K) :

Moocall Heat Ajouté (Q_in) (J):

Masse Débit Débit (m) (kg/s) :

Chaleur spécifique (C_p) (J/kg·K) :

Rapport de chaleur spécifique (γ) :

Température après compression (T₂) : - K

Température après combustion (T₃) : - K

Température après expansion (T₄) : - K

Efficacité thermique (η): - %

Net Solution Puissance de sortie (W_net): - J

Le calculateur de cycle de Brayton est un outil spécialisé conçu pour évaluer les performances des moteurs à turbine à gaz en analysant le cycle de Brayton, qui est fondamental pour leur fonctionnement. Ce calculateur aide les ingénieurs, les étudiants et les professionnels à comprendre clé paramètres tels que thermique Efficacité, le travail produit et l'apport de chaleur au cours du cycle. En saisissant des variables spécifiques comme les rapports de pression, les températures et les débits massiques, les utilisateurs peuvent déterminer avec précision le rendement et l'efficience de leurs turbines à gaz. Ces informations sont cruciales pour optimiser les performances du moteur et réduire les émissions. consommation de carburant, et amélioration globale l'efficacité énergétique dans diverses applications industrielles.

Calculateur de la formule du cycle de Brayton

Efficacité thermique (η) = 1 – (1 / (Rapport de pression (PR))^((γ – 1) / γ))

Formules détaillées :

Rapport de pression (PR) :

PR = P₂ / P₁

PR:Rapport de pression (sans dimension)
P₂: Pression après compression (en Pascals, atm ou autres unités cohérentes)
P₁: Pression avant compression (dans les mêmes unités que P₂)

Température après compression (T₂) :

T₂ = T₁ × (PR)^((γ – 1) / γ)

T₂: Température après compression (en Kelvin ou Celsius)
T₁: Température avant compression (dans les mêmes unités que T₂)
PR: Rapport de pression
γ: Rapport de chaleur spécifique (Cp/Cv) du fluide de travail (sans dimension)

Température après combustion (T₃) :

T₃ = T₂ + (Q_in / (m × Cp))

T₃: Température après combustion (en Kelvin ou Celsius)
Q_dans: Chaleur ajoutée lors de la combustion (en Joules ou unités d'énergie cohérentes)
m: Débit massique du fluide de travail (en kg/s)
Cp: Chaleur spécifique à pression constante (en J/(kg·K))

Voir aussi Calculateur Henderson-Hasselbalch en ligne

Température après expansion (T₄) :

T₄ = T₃ × (1 / PR)^((γ – 1) / γ)

T₄: Température après dilatation (en Kelvin ou Celsius)
T₃: Température après combustion
PR: Rapport de pression
γ: Rapport de chaleur spécifique

Efficacité thermique (η) :

η = 1 – (1 / (PR)^((γ – 1) / γ))

η:Efficacité thermique (exprimée en décimal ou en pourcentage)
PR: Rapport de pression
γ: Rapport de chaleur spécifique

Travail effectué par le compresseur (W_c) :

W_c = m × Cp × (T₂ – T₁)

Toilettes: Travail effectué par le compresseur (en Joules ou unités d'énergie cohérentes)
m: Débit massique du fluide de travail
Cp: Chaleur spécifique à pression constante
T₂: Température après compression
T₁: Température avant compression

Travail effectué par la turbine (W_t) :

W_t = m × Cp × (T₃ – T₄)

W_t: Travail effectué par la turbine (en Joules ou unités d'énergie cohérentes)
m: Débit massique du fluide de travail
Cp: Chaleur spécifique à pression constante
T₃: Température après combustion
T₄: Température après expansion

Sortie réseau (W_net) :

W_net = W_t – W_c

W_net: Production nette du cycle de Brayton (en joules ou en unités d'énergie cohérentes)
W_t: Travail effectué par la turbine
Toilettes: Travail effectué par le compresseur

Chaleur ajoutée (Q_in) :

Q_in = m × Cp × (T₃ – T₂)

Q_dans: Chaleur ajoutée pendant le processus de combustion (en Joules ou unités d'énergie cohérentes)
m: Débit massique du fluide de travail
Cp: Chaleur spécifique à pression constante
T₃: Température après combustion
T₂: Température après compression

Définitions des variables :

η: Efficacité thermique du cycle de Brayton
PR:Rapport de pression (P₂/P₁)
γ: Rapport de chaleur spécifique (Cp/Cv) du fluide de travail
P₁:Pression initiale avant compression
P₂: Pression après compression
T₁: Température initiale avant compression
T₂: Température après compression
T₃: Température après combustion
T₄: Température après expansion
Q_dans: Chaleur ajoutée pendant le processus de combustion
m: Débit massique du fluide de travail
Cp: Chaleur spécifique à pression constante
Cv: Chaleur spécifique à volume constant (liée à γ)

Voir aussi Calculateur d'enthalpie molaire en ligne

Conditions générales

Long	Définition
Efficacité thermique (η)	Une mesure de l’efficacité avec laquelle le cycle de Brayton convertit la chaleur en travail.
Rapport de pression (PR)	Le rapport entre la pression après compression et la pression avant compression.
Rapport de chaleur spécifique (γ)	Le rapport des chaleurs spécifiques à pression et volume constants (Cp/Cv).
Température après compression (T₂)	La température du fluide de travail après avoir été comprimé.
Température avant compression (T₁)	La température initiale du fluide de travail avant compression.
Température après combustion (T₃)	La température du fluide de travail après l'ajout de chaleur pendant la combustion.
Température après expansion (T₄)	La température du fluide de travail après détente dans la turbine.
Travail effectué par le compresseur (W_c)	L'énergie nécessaire pour comprimer le fluide de travail.
Travail effectué par la turbine (W_t)	L'énergie produite par la détente du fluide de travail dans la turbine.
Rendement du réseau (W_net)	Le rendement global du cycle de Brayton, calculé comme W_t – W_c.
Chaleur ajoutée (Q_in)	La quantité de chaleur introduite dans le cycle pendant la combustion.
Débit massique (m)	La masse du fluide de travail traversant le cycle par seconde.
Chaleur spécifique à pression constante (Cp)	La quantité de chaleur nécessaire pour augmenter la température d'une unité de masse d'un degré à pression constante.
Chaleur spécifique à volume constant (Cv)	La quantité de chaleur nécessaire pour augmenter la température d'une unité de masse d'un degré à volume constant.

Exemple de calculateur de cycle de Brayton

Prenons un exemple pour comprendre comment fonctionne le calculateur de cycle de Brayton.

Voir aussi Accélération dans le calculateur de champ électrique

Scénario:

Un ingénieur conçoit un moteur à turbine à gaz et doit calculer son rendement thermique et son rendement net. Les paramètres suivants sont fournis :

Pression initiale (P₁): 100kPa
Pression après compression (P₂): 1,000kPa
Température initiale (T₁): 300K
Chaleur ajoutée (Q_in): 500,000J
Débit massique (m): 10 kg/s
Chaleur spécifique à pression constante (Cp): 1,005 J/(kg·K)
Rapport de chaleur spécifique (γ)1.4

Calculs :

Rapport de pression (PR) :PR = P₂ / P₁
PR = 1,000 100 kPa / XNUMX kPa
PR = 10
Température après compression (T₂) :T₂ = T₁ × (PR)^((γ – 1) / γ)
T₂ = 300 K × (10)^((1.4 – 1) / 1.4)
T₂ ≈ 300 K × 10^0.2857
T₂ ≈ 300 K × 1.933
T₂ ≈ 580 K
Température après combustion (T₃) :T₃ = T₂ + (Q_in / (m × Cp))
T₃ = 580 K + (500,000 10 J) / (1,005 kg/s × XNUMX XNUMX J/(kg·K))
T₃ = 580 K + 49.75 K
T₃ ≈ 629.75 K
Température après expansion (T₄) :T₄ = T₃ × (1 / PR)^((γ – 1) / γ)
T₄ = 629.75 K × (1/10)^((1.4 – 1) / 1.4)
T₄ ≈ 629.75 K × 0.516
T₄ ≈ 324.3 K
Efficacité thermique (η) :η = 1 – (1 / (PR)^((γ – 1) / γ))
η = 1 – (1 / 10^0.2857)
η = 1 – (1 / 1.933)
η ≈ 1 – 0.517
η ≈ 0.483 ou 48.3 %
Travail effectué par le compresseur (W_c) :W_c = m × Cp × (T₂ – T₁)
W_c = 10 kg/s × 1,005 580 J/(kg·K) × (300 K – XNUMX K)
W_c = 10 × 1,005 280 × XNUMX
W_c = 2,814,000 XNUMX XNUMX J
Travail effectué par la turbine (W_t) :W_t = m × Cp × (T₃ – T₄)
W_t = 10 kg/s × 1,005 629.75 J/(kg·K) × (324.3 K – XNUMX K)
W_t = 10 × 1,005 305.45 × XNUMX
W_t ≈ 3,075,022.5 XNUMX XNUMX J
Sortie réseau (W_net) :W_net = W_t – W_c
W_net = 3,075,022.5 2,814,000 XNUMX J – XNUMX XNUMX XNUMX J
W_net ≈ 261,022.5 XNUMX J

Résultat:

Efficacité thermique (η) : 48.3%
Sortie réseau (W_net) : 261,022.5 Joules

Cet exemple montre comment le calculateur de cycle de Brayton peut être utilisé pour déterminer l'efficacité et le rendement d'un moteur à turbine à gaz en fonction de paramètres d'entrée spécifiques.

FAQ les plus courantes

1. Pourquoi devrais-je utiliser le calculateur de cycle de Brayton ?

Le calculateur de cycle Brayton offre une méthode simple et précise pour évaluer les performances des moteurs à turbine à gaz. En saisissant des paramètres essentiels tels que les rapports de pression, les températures et les débits massiques, les utilisateurs peuvent rapidement déterminer des paramètres critiques tels que l'efficacité thermique et le rendement net. Cet outil est précieux pour optimiser la conception des moteurs, améliorer l'efficacité énergétique et prendre des décisions éclairées dans les projets d'ingénierie liés à power systèmes de génération et de propulsion.

2. Le calculateur de cycle de Brayton peut-il être utilisé pour différents fluides de travail ?

Oui, le calculateur de cycle de Brayton peut être adapté à divers fluides de travail en ajustant les valeurs du rapport de chaleur spécifique (γ) et de chaleur spécifique à pression constante (Cp) en conséquence. Différents gaz et mélanges auront des propriétés uniques, il est donc essentiel de saisir les valeurs correctes pour garantir des calculs précis. Cette flexibilité rend le calculateur utile pour une large gamme d'applications au-delà des cycles Brayton standard à base d'air.