Brayton çevrimi

Vikipedi, özgür ansiklopedi
Gezinti kısmına atla Arama kısmına atla

Brayton çevrimi, genel olarak gaz türbinlerinde kullanılan, periyodik bir prosesdir. Günümüzde geçerli olan gaz akışkanlı güç çevrimleri içinde önemli bir yer tutar. Diğer içten yanmalı güç çevrimleri gibi açık bir sistem olmasına rağmen; termodinamik analiz için egzoz gazlarının ikinci bir ısı değiştirgecinden geçtikten sonra içeri alınıp tekrar kullanıldığı farzedilir ve kapalı bir sistem gibi analize uygun hale gelir. İsmini, mucidi olan George Brayton’dan almıştır. Aynı zamanda Joule çevrimi olarak da bilinir.

Gelişimi[değiştir | kaynağı değiştir]

Brayton çevrimi ilk olarak, Amerikalı makine mühendisi George Brayton'un 1872 yılında patentini aldığı iki zamanlı kerosen yakan pistonlu motorunda kullanılmak üzere ortaya çıktı.

Çalışma prensibi[değiştir | kaynağı değiştir]

Brayton tip bir makine temel olarak üç elemanı içerir: gaz kompresörü, karışım odacığı ve genleştirici.

19. yüzyıldaki orijinal Brayton makinesinde çevre havası, kompresör pistonuna girer, burada basınçlandırılır. (Teorik olarak izentropik bir prosestir.) Sıkıştırılmış hava daha sonra karışım odacığı boyunca ilerler, yakıt ilave olur. (Bu da izobarik bir prosestir.) Isıtılmış, basınçlandırılmış hava ve yakıt karışımı daha sonra genişleme silindiri içinde alev alır ve genişleme piston/silindiri boyunca genişleyerek enerjisini aktarır. (Teorik olarak yine izentropik bir prosestir.) Piston/silindirden elde edilen işin bir bölümü kompresöre güç sağlamak için bir mil düzeneği aracılığı ile kullanılır.

Brayton'ın sadece pistonlu motorlar yapmış olmasına rağmen günümüzdeki modern Brayton makinelerinin hemen hemen hepsi türbinlidir. Bunun en yaygın örneği olan gaz türbinlerinde de yine temel olarak üç eleman vardır: gaz kompresörü, brülör (yakıcı) veya yanma odası ve genleşme türbini. Burada da çevre havası kompresöre girer ve basınçlandırılır. (Teorik olarak izentropik prosestir.) Basınçlı hava yanma odasına girer, yakıt ilavesiyle birlikte yanma gerçekleşir ve hava ısınır. (Bu da izobarik bir prosestir.) Yanma ürünü, türbin veya türbinler boyunca genişleyerek enerjisini aktarır. (Teorik olarak yine izentropik bir prosestir.) Türbinden elde edilen işin bir kısmı ile kompresöre güç verilir. Ne sıkıştırma, ne de genişleme gerçekte izentropik olamaz. Kompresör ve genleştirici boyunca kayıplar, verim kaybını kaçınılmaz kılar.[1] Genelde, sıkıştırma oranındaki artış, bir Brayton sisteminin tüm çıkış gücünü arttırmak için en çok kullanılan yoldur.

İdeal Brayton çevrimi. P = basınç, V = hacim, T = sıcaklık, S = entropi ve Q = sisteme eklenen veya sistemden atılan ısı.[2]

İdeal Brayton çevrimi:

  1. izentropik proses – ortam havası kompresöre çekilerek basınçlandırılır
  2. izobarik proses – sıkıştırılan hava yanma odasına geçer, yakıt yakılır ve hava ısınır —yanma odası akış giriş çıkışına açık olduğu için sabit basınçta
  3. izentropik proses – türbin (veya birden çok kademeli türbin) boyunca genişleyen hava, enerjisini türbinlere aktarır. Bu enerjinin bir kısmı, kompresöre güç vermek için kullanılır.
  4. izobarik proses – ısı atımı/egzoz (genelde atmosfere).

Gerçek Brayton çevrimi:

  1. adyabatik proses – sıkıştırma
  2. izobarik proses – ısı ilavesi
  3. adyabatik proses – genişleme
  4. izobarik proses – ısı atımı

Kaynakça[değiştir | kaynağı değiştir]

  1. ^ Çengel, Yunus A., and Michael A. Boles. "9-8." Thermodynamics: An Engineering Approach. 7th ed. New York: McGraw-Hill, 2011. 508-09. Print.
  2. ^ NASA/Glenn Research Center. "PV and TS Diagrams". www.grc.nasa.gov. 4 Haziran 2004 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 3 Haziran 2020.