ККД газової турбіни або літального двигуна

Більшість сучасних літальних двигунів, наприклад, наведений нижче, взятий з Вікіпедії , складається з декількох ступенів компресора, які приводяться в дію турбіною (або декількома), і камерою згоряння між ними, щоб підвищити температуру потоку.

В цілому виробники та дизайнери зосереджуються на підвищенні коефіцієнтів стиснення, а також температурі згоряння для підвищення ефективності.

Моє запитання полягає в спрощенні припущень, таких як ідеальний газ, відсутність втрат енергії чи тертя, а також постійні температури та швидкості на вході: як оцінюється ефективність цього термодинамічного циклу? Як можна кількісно оцінити коефіцієнт корисної дії від підвищення тиску чи температури?

Газові турбіни моделюються за допомогою циклу Брейтона, який у найпростішому випадку складається з:

1. Ісентропічне стиснення (в компресорі)
2. Додавання тепла постійним тиском (камера згоряння)
3. Ісентропічне розширення (в турбіні)
4. Відхилення тепла постійним тиском

А оскільки ефективність визначається як робота чистого виходу / тепловідведення, ефективність може бути легко пов'язана з температурою станів циклу наступним чином:

Процеси 1-2 і 3-4 ізоентропічні, а P2 = P3 і P4 = P1. Таким чином:

І нарешті ефективність може бути пов'язана з коефіцієнтом стиснення наступним чином:

Однак більшість газових турбін не працюють на таких простих теоретичних ідеальних умовах, як ізоентропічне стискання та розширення, додавання тепла постійним тиском, одностадійне стиснення та одноступеневе розширення. І в таких випадках моделювання та аналіз ефективності набагато складніші, ніж ідеальний цикл.

Скорочення:

• $w_{net}$: механічна мережа, потужність турбіни мінус потужність компресора
• $q$: тепло, додавання або відторгнення. $q_{in}$ = додавання тепла і $q_{out}$ = відведення тепла
• $k$: питоме співвідношення тепла $Cp/Cv$

Одне з поліпшених коефіцієнтів стиснення полягає в тому, що це збільшить швидкість горіння і повноту горіння, зменшивши відсоток незагорілого палива / частинок, що виходять з вихлопу.

Підвищене стиснення також дозволяє підвищити коефіцієнти розширення для вихлопної турбіни, що збільшить потужність. Це схоже на те, як коефіцієнти стиснення впливають на стандартні поршневі двигуни.