Цикл Брайтона

Цикл Брайтона/Джоуля — термодинамический цикл, описывающий рабочие процессы газотурбинного, турбореактивного и прямоточного воздушно-реактивного двигателей внутреннего сгорания, а также газотурбинных двигателей внешнего сгорания с замкнутым контуром газообразного (однофазного) рабочего тела.

Цикл назван в честь американского инженера Джорджа Брайтона, который изобрёл поршневой двигатель внутреннего сгорания, работавший по этому циклу.

Иногда этот цикл называют также циклом Джоуля — в честь английского физика Джеймса Джоуля, установившего механический эквивалент тепла.

P — V диаграмма цикла Брайтона I — S (T — S) диаграмма цикла Брайтона
Идеального (1—2—3—4—1)
Реального (1—2p—3—4p—1) Схема газовой турбины, работающей по открытому циклу: S — компрессор; KS — камера сгорания; T — турбина; G — электрический генератор Схема газовой турбины, работающей по закрытому циклу Брайтона: C — компрессор; T — турбина; W — нагреватель, M — холодильник, ~ подключённый электрогенератор

Идеальный цикл Брайтона состоит из процессов

• 1—2 Изоэнтропическое сжатие.
• 2—3 Изобарическое расширение (подвод теплоты).
• 3—4 Изоэнтропическое расширение.
• 4—1 Изобарическое сжатие (отвод теплоты).

С учётом отличий реальных адиабатических процессов расширения и сжатия от изоэнтропических, строится реальный цикл Брайтона (1—2p—3—4p—1 на T-S диаграмме)

Термический КПД идеального цикла Брайтона принято выражать формулой:
η = 1 − 1 π k − 1 k {displaystyle eta =1-{frac {1}{pi ^{frac {k-1}{k}}}}}

где π = p 2 / p 1 {displaystyle pi =p_{2}/p_{1}} — степень повышения давления в процессе изоэнтропийного сжатия (1—2); k {displaystyle k} — показатель адиабаты (для воздуха равный 1,4)

Обратный цикл Брайтона

Если обойти цикл Брайтона в обратном направлении — (1—4—3—2—1) получится цикл холодильной машины, называемый также циклом Белла Колемана.

Поскольку согласно второму началу термодинамики непосредственная теплопередача от тела с более низкой температурой к телу с более высокой невозможна, холодильный цикл Брайтона осуществим только при условии, что температура холодильника не ниже T 4 {displaystyle T_{4}} , а температура нагревателя не выше T 2 {displaystyle T_{2}} .

Холодильные установки с замкнутым контуром газообразного однофазного рабочего тела, работающие по обратному циклу Брайтона, применяются на практике.