Brayton- en Otto-cycli genereren mechanische energie uit thermische energie. Dit artikel gaat in detail in op het onderwerp Otto-cyclus versus Brayton-cyclus.
Brayton-cyclus wordt gebruikt in straalmotoren, terwijl Otto-cyclus wordt gebruikt in voertuigen met SI-motor. Laten we eens kijken welke andere verschillen en overeenkomsten er zijn tussen deze cycli.
Belangrijkste werkende onderdelen die worden gebruikt in de Brayton-cyclus
Een reeks machines werkt samen om te maken Brayton-cyclus mogelijk.
De verschillende werkende delen die in de Brayton-cyclus worden gebruikt, zijn de compressor, de mengkamer en de turbine. Compressor comprimeert de lucht, brandstof wordt toegevoegd in de mengkamer waar de samengeperste lucht en brandstof op elkaar inwerken. Ten slotte wordt thermische energie door een turbine omgezet in mechanische energie.
Werking van de Brayton-cyclus
Lucht wordt gebruikt als werkvloeistof in de Brayton-cyclus. Er zijn minimaal drie processen nodig om deze cyclus te voltooien (drie processen voor een open cyclus en vier processen voor een gesloten cyclus).
De volgende processen vormen samen de Brayton-cyclus-
- Isentropische compressie- Proces 1-2 vertegenwoordigt isentropische compressie waarbij lucht wordt gecomprimeerd zonder de entropie te veranderen.
- Isobare warmtetoevoeging- Proces 2-3 staat voor isobare warmtetoevoeging waarbij warmte aan de mengkamer wordt toegevoegd; warmte gecombineerd met perslucht produceert hoge thermische energie.
- Isentropische expansie- Proces 3-4 staat voor isentropische uitzetting waarbij de thermische energie wordt omgezet in mechanische energie. Rotatie van turbine-as vertegenwoordigt mechanische energie.
- Isobare warmteafstoting- Proces 4-1 staat voor isobare warmteafvoer waarbij de warmte wordt verwijderd uit de werkvloeistof en verder wordt gestuurd om samengeperst te worden voor de volgende cyclus.
Belangrijke onderdelen gebruikt in de Otto-cyclus
De onderdelen die in de Otto-cyclus worden gebruikt, zijn veel kleiner dan die in de Brayton-cyclus.
De onderdelen die worden gebruikt in de Otto-cyclus zijn-
- Zuiger- De zuiger voert een heen en weer gaande beweging uit die de werkvloeistof in de cilinder samendrukt.
- Cilinder- Cilinder is de basis van de Otto-cyclus. Cilinder is de plaats waar alle energieconversie plaatsvindt.
- Kleppen- De zuig- en perskleppen worden respectievelijk gebruikt voor de inlaat van werkvloeistof en de uitlaat van uitlaatgassen.
Werking van Otto Cycle
Otto-cyclus gebruikt stoom als werkvloeistof.
De volgende processen vinden plaats in de Otto-cyclus-
- Isentropische compressie- Proces 1-2 toont isentropische compressie van werkvloeistof. De zuiger beweegt van BDC naar BDP. De entropie van het systeem is constant tijdens dit proces, daarom wordt het isentropische compressie genoemd.
- Isochore warmte toevoeging- Proces 2-3 staat voor warmtetoevoeging in het systeem. De zuiger blijft op BDP en toont ontsteking van de werkvloeistof.
- Constante entropie-expansie - Proces 3-4 vertegenwoordigt isentropische expansie (constante entropie-expansie) waar de zuiger vandaan beweegt TDC naar BDC. Omdat de entropie tijdens dit proces constant blijft, wordt dit isentropische expansie genoemd.
- Isochore warmtetoevoeging- Proces 4-1 vertegenwoordigt warmtetoevoeging tot constant volume. De zuiger blijft stationair op BDC terwijl warmte wordt afgevoerd naar de atmosfeer.
Deze cyclus blijft zich herhalen terwijl de zuiger naar het BDP gaat.
Brayton-cyclus versus Otto-cyclusefficiëntie
Beide cycli verschillende processen en verschillende werkvloeistoffen. Dit beïnvloedt de efficiëntie van de cycli.
De vergelijking van de thermische efficiëntie van de Brayton-cyclus en de Otto-cyclus wordt weergegeven in de onderstaande tabel:
| Thermische efficiëntie van Brayton-cyclus | Thermische efficiëntie van Otto-cyclus: |
| |
Waar,
rp is de compressieverhouding en Y is de soortelijke warmteverhouding.
Daarom hebben beide efficiënties voor constante waarden van de compressieverhouding dezelfde waarden.
Maar in de praktijk worden Brayton-cycli gebruikt voor grotere waarden van compressieverhoudingen en Otto-cyclus wordt gebruikt voor kleine waarden van compressieverhouding. Daarom kan de formule van efficiëntie hetzelfde zijn, maar hun toepassingen zijn verschillend.
Waarom is de Brayton-cyclus geschikter dan de Otto-cyclus?
Brayton cyclus maakt gebruik van een gasturbine en compressor, terwijl de Otto-cyclus zuigercilinderopstelling gebruikt voor zijn werking. Otto-cyclus heeft de voorkeur voor SI-motoren waar men geen gasturbine en compressor in het voertuig kan plaatsen.
De volgende punten leggen in detail uit over de voordelen van Brayton ten opzichte van Otto-cyclus-
- Voor dezelfde waarden van compressie en werkoutput kan de Brayton-cyclus een groter volume aan bij een klein temperatuur- en drukbereik.
- Een zuigercilinder-opstelling kan geen grote hoeveelheid gas onder lage druk aan. Daarom heeft de Otto-cyclus de voorkeur in voertuigen.
- In de Otto-cyclus worden de werkende delen gedurende een zeer korte tijd blootgesteld aan de maximale temperatuur en het duurt ook even voordat ze zijn afgekoeld. Terwijl in de gasturbinecyclus de werkende delen de hele tijd worden blootgesteld aan hoge temperaturen. In een stationair proces is de warmteoverdracht van de machine is moeilijker in een constant volumeproces (dwz Otto-cyclus) dan bij constante druk (dwz Brayton-cyclus).
Hallo….Ik ben Abhishek Khambhata, heb B. Tech in Werktuigbouwkunde gevolgd. Gedurende de vier jaar dat ik ingenieur ben, heb ik onbemande luchtvaartuigen ontworpen en gevlogen. Mijn sterke punten zijn vloeistofmechanica en thermische techniek. Mijn vierdejaarsproject was gebaseerd op de prestatieverbetering van onbemande luchtvaartuigen met behulp van zonnetechnologie. Ik wil graag in contact komen met gelijkgestemden.