دورة برايتون

كفاءة دورة برايتون ذات المرحلة الواحدة

في هذا الإطار، تعرف الكفاءة الحرارية بأنها النسبة بين الشغل المكتسب إلى الطاقة المبذولة.

وتبقي الإنتروبيا ثابتة

• 2 - 3 عملية متساوية الضغط ، إمداد الحرارة (dp=0, dQ>0, dv>0),
• بواسطة غرفة الاحتراق والتبادل الحراري
• إمداد الحرارة النوعية
• يبقى الضغط ثابتا
• ترتفع درجة الحرارة من إلى
• يتمدد الحجم من إلى

7/5

من جهة ثانية، ولغاز تتكون جزيئاته من 3 ذرات مثل بخار الماء أو ثاني أكسيد الكربون

في هذا الإطار، ولكن عندما نأخذ الحرارة النوعية للمادة والتوصيل الحراري ولزوجة المادة غاز حقيقي في الحسبان فنجد أن الهيدروجين يقدم لنا أكبر كفاءة.

علاوةً على ذلك، ويتضح من ذلك أن دورة برايتون تكون أكثر كفاءة عندما تعمل بعاز مثالي مثل الهيليوم.

إذا حددت المواد في الآلة درجة الحرارة القصوى

من جانب آخر، 4/3=(انظر Herleitung der Wärmekapaizität von idealen Gasen).

وتنخفض الإنتروبية النوعية من إلى

من جهة ثانية، تعطينا المساحة المحصورة داخل المنحنيات (1 - 2 - 3 - 4) الشغل W الناتج من الدورة.

إضافةً إلى ذلك، ويتم إمداد الدورة بالحرارة عن طريق احتراق وقود. وفي المحرك النفاث يكون الوقود هو الكيروسين، وهو سائل ينتج خلال تكرير النفط أثناء إنتاج البنزين والديزل.

من جانب آخر، وتوضح الصور الآتية المنحنيات المكتسبة لدورة عملية ودوال الحالة وبيانات العمليات نتجت من عمليات حسابية لدورة برايتون عملية:

الكفاءة

ويتمدد الحجم النوعي من إلى

• الإنتروبية النوعية تبقى ثابتة.
• 4 - 1 إخراج الحرارة الباقية(dp=0, dQ<0, dv<0).
• بواسطة تبادل حراري مع مبرد
• تحرر الحرارة النوعية
• ويبقى الضغط ثابتا
• فتنخفض درجة الحرارة من إلى
• ويقل الحجم من إلى

ويزيد الإنتروبي النوعي من إلى

• 3 - 4 تمدد خلال عملية متساوية الإنتروبية (dp<0, dQ=0, dv>0),
• بواسطة توربين يعمل كعملية كظومة
• التوربين يُنتج الشغل
• وينخفض الضغط من إلى
• وتنخفض درجة الحرارة من إلى

ومن خلال دورة جول نكتسب الشغل الميكانيكي

وفي السياق ذاته، يتضح من تلك العادلة الهامة ان الكفاءة الحرارية تعتمد اعتمادا كبيرا على النسبة بين درجتي الحرارة T1 و T2 ، ونظرا لأن درجات الحرارة هنا هي درجات الحرارة المطلقة فإن الكفاءة في أغلب الآلات لا تتعدى 50 %.

إضافةً إلى ذلك، بالنسبة لغاز مثالي يكون الإنتروبي النوعي h دالة لدرجة الحرارة ولا يعتمد على الضغط، فيكون:

من جهة ثانية، وهنا يمكن التعويض عن الحرارة بفرق الإنثالبي (قبل العملية وبعدها) :

وفي السياق ذاته، يبلغ معامل ثبات الإنتروبية «كابا» لغاز مثالي مثل الهيليوم أو الأرجون

5/3

في هذا الإطار، وقد حصلنا على هذه المعادلة الأخيرة عن طريق تعيين تغير درجة الحرارة خلال عملية الكبس مع الاحتفاظ بعدم تغير الإنتروبي.

ولذلك تكون كذلك:

حيث: : الحرارة النوعية للغاز.

وفي هذا السياق، wwork, من الحرارة qzu, التي زودنا بها الآلة، فنحصل على الآتي:

دورة برايتون كآلة حرارية سهلة الصيانة

كذلك، كما في محرك ستيرلينغ يمكن تشغيل الآلة الحرارية بطريقة دورة برايتون مع تزويدها بحرارة من الخارج، فتكتسب مزايا محرك ستيرلينغ.

في هذا الإطار، وعلى وجه العموم فإن توربين غازي يعمل بطريقة دورة برايتون باستخدام غاز مثل الهيليوم أو الهيدروجين يكون أكثر كفاءة في إنتاج شغل ميكانيكي وفي نفس الوقت تقل فيه الحاجة إلى الصيانة.

• انظر كذلك
• دورة كارنو
• دورة رانكن
• كفاءة تحويل الطاقة
• ثنائي أكسيد الكربون فوق الحرج
• ديناميكا حرارية
• توربين تسلا
• القانون الثاني للترموديناميك
• نظام حركة حرارية
• مخطط درجة الحرارة والإنتروبي
• نسبة الضغط الكلي
• نسبة الالتفافية

كذلك، كذلك بالنسبة إلى المفاعلات النووية لإنتاج الطاقة الكهربائية فهي تزود بضواغط طوربو تعمل بغاز الهيليوم ومزودة بكراسي تحميل مغناطيسية ورافعات من مواد مغناطيسية مسايرة Paramagnetic مما لا تحتاج إلى تشحيم لتقليل الاحتكاك. بذلك نتفادى استخدام شحوم تستلزم تجديدها بين حين وآخر.

إمكانية تحسين الكفاءة بزيادة عدد المراحل

وفي هذا السياق، بزيادة عدد مراحل الضغط وإخراج الحرارة زيادة كبيرة تتحول العملية إلى عملية كبس في ظروف عملية متساوية درجة الحرارة ، ويمكن وصف تلك العملية عندئذ بدورة إريكسون والتي تبلغ الكفاءة الحرارية فيها الكفاءة الحرارية لدورة كارنو.

إضافةً إلى ذلك، وعن طريق ضغط متتابع لتمدد على مراحل مصحوبة بتدوير لحرارة العادم يمكن تحسين الكفاءة الحرارية للآلة من خلال:

في تلك الحالة يمكن حساب كفاءة الآلة كالآتي:

تدوير جزءا من حرارة العادم،

حيث المعامل «كابا» هو معامل ثبات الإنتروبية.

ومن ناحية أخرى، نظرا لأنه في الغالب تخرج من ألة تمددية حرارة مرتفعة أعلى من درجة الحرارة الابتدائية فيمكن عن طريق مبادل حراري تحويل جزءا من تلك الحرارة إلى بداية العملية، تلك حرارة قادمة من الغاز العادم ولا نحتاج لتوفيرها بواسطة وقود إضافي.

علاوةً على ذلك، يؤدي إمداد الحرارة إلى مرحلة التمدد يمكن زيادة النسبة بين الحجمين بعد وقبل التمدد.

يؤدي إخراج الحرارة إلى خفض نسبة الضغطين Pmax /Pmin ،

T3

علاوةً على ذلك، يمكننا حساب درجة الحرارة المثلى T2 بعد الكبس، والتي تعطينا أكبر كاءة ممنكنة تحت تلك الظروف.

، وتبلغ

وفي هذا السياق، لغاز تتكون جزيئاته من ذرتين مثل الهيدروجين أو الأكسجين أو الهواء

تأريخ

علاوةً على ذلك، وتستغل دورة برايتون لتوضيح عمل محرك الاحتراق الداخلي مثل المحرك النفاث كما تطبق كذلك على محركات الاحتراق الخارجي.

من جانب آخر، وفي عصرنا الحالي ترتبط دورة برايتون بعمل التوربين الغازي رغم أن برايتون كان يبني محركات تعمل بالمكابس فقط.

إضافةً إلى ذلك، أن الآلة تعمل جيدا إلى أن كفاءتها كانت منخفضة حيث بلغت 17% فقط.

من جانب آخر، تقدم جورج بريتون، المهندس الأمريكي عام 1872 للحصول على براءة اختراع تختص بمحرك من اختراعه يسمى «ريدي موتور». وكانت الآلة تستعمل مكبسا وغرفة تمدد. وكان الهواء يسخن بواسطة فرن داخلي عند دخوله إلى اسطوانة التمدد. وكان برايتون يقوم بتصنيع آلته هذه ويبيعها في السوق فكانت تستعمل لضخ المياه، وأشغال المناجم، وفي محركات السفن.

وصفها

• تتكون الدورة من 4 مراحل (قارن مخطط الضغط والحجم):
• 1 - 2 عملية متساوية الإنتروبية بالكبس (dQ=0; dp>0, dv<0),
• بواسطة عملية ضغط كظومة.
• الشغل لعملية الضغط
• يرتفع الضغط من إلى
• فترتفع درجة الحرارة من إلى
• وينخفض الحجم النوعي من إلى