在布雷顿循环是，包括以下四个步骤的并且被施加到可压缩流体热力学诸如气体的热力循环。它的首次提及可以追溯到18世纪后期，尽管它是詹姆斯·焦耳（James Joule）第一次提出来的。这就是为什么它也被称为焦耳循环的原因。
它包括以下几个阶段，在图1的压力-体积图中方便地进行了说明：绝热压缩（不交换热量），等压膨胀（在恒定压力下发生），绝热膨胀（不交换热量）和等压压缩（在恒定压力下发生）。
图1.布雷顿循环。资料来源：自制。
工艺与说明
布雷顿循环是理想的热力学循环，最适用于解释用于发电和用于飞机发动机的燃气轮机和空气燃料混合物的热力学运行。
图2.涡轮机图和流程阶段。资料来源：自制。
例如，在涡轮机的运行中，工作气流有多个阶段，我们将在下面看到。
入场费
它由环境温度和压力下的空气通过涡轮机的进气口进入组成。
压缩
通过将叶片旋转抵靠涡轮压缩机部分中的固定叶片来压缩空气。这种压缩是如此之快，以至于几乎没有热交换，因此可以通过布雷顿循环的绝热过程AB进行建模。离开压缩机的空气增加了压力和温度。
燃烧
空气与丙烷气体或粉状燃料混合，后者通过燃烧室的喷射器引入。混合物产生燃烧的化学反应。
该反应提供的热量增加了温度，并增加了在恒定压力下在燃烧室内膨胀的气体颗粒的动能。在布雷顿循环中，此步骤使用在恒定压力下发生的BC过程进行建模。
扩张
在涡轮机本身的区域中，空气继续在涡轮机叶片上膨胀，使其旋转并产生机械功。在此步骤中，空气降低了温度，但实际上并未与环境进行热交换。
在布雷顿循环中，此步骤被模拟为CD绝热膨胀过程。涡轮机的一部分功被转移到压缩机上，另一部分用于驱动发电机或螺旋桨。
逃逸
流出的空气处于与环境压力相等的恒定压力下，并将热量传递给大量的外部空气，因此在短时间内它的温度与流入的空气相同。在布雷顿循环中，用恒压DA过程模拟此步骤，从而关闭热力学循环。
效率与温度，热量和压力的关系
我们建议计算布雷顿循环的效率，为此我们从其定义开始。
在热机中，效率定义为机器完成的净功除以所提供的热能。
热力学的第一原理指出，在热力学过程中贡献给气体的净热等于气体内部能量的变化加上它所做的功。
但是在一个完整的循环中，内部能量的变化为零，因此循环中贡献的净热量等于完成的净功。
热量输入，热量输出和效率
前面的表达式使我们可以将效率写为吸收或传入热量Qe（正值）和传递或流出热量Qs（负值）的函数。
布雷顿循环中的热量和压力
在布雷顿循环中，热量进入等压过程BC，并在等压过程DA中排出。
假设在过程BC中向n摩尔的恒压气体提供显热Qe，则其温度根据以下关系从Tb升高到Tc：
可以通过以下关系式计算出热量Qs，该关系式适用于恒压过程DA：
将这些表达式替换为使效率成为传入热量和传出热量的函数的表达式，并进行相关简化，可以得到以下效率关系：
简化结果
如果考虑到过程AD和BC是等压的，即在相同的压力下考虑到Pa = Pd和Pb = Pc，则可以简化先前的结果。
此外，由于过程AB和CD是绝热的，因此两个过程都满足泊松比：
其中，γ表示绝热商，即恒压下的热容量和恒压下的热容量之间的商。
使用这些关系和理想气体状态方程的关系，我们可以得到泊松比的替代表达式：
如我们所知，Pa = Pd，Pb = Pc，一个接一个地划分和划分，则温度之间具有以下关系：
如果将前面等式的每个成员都减一，则可以解决差值并安排各项，则可以证明：
性能与压力比的关系
布雷顿循环的效率与温度的关系所获得的表达式可以被重写为与压缩机出口和入口处的压力商有关的函数。
如果已知点A和B之间的泊松比是压力和温度的函数，则可以实现此目的，从而获得如下循环效率：
典型的压力比为8。在这种情况下，布雷顿循环的理论产率为45％。
应用领域
布雷顿循环作为模型被应用于热电厂中的燃气轮机，以驱动发电机发电。
这也是一个理论模型，非常适合飞机上使用的涡轮螺旋桨发动机，但根本不适用于飞机涡轮喷气发动机。
当您希望最大化涡轮机产生的功来驱动飞机的发电机或螺旋桨时，可以应用布雷顿循环。
图3.涡轮风扇发动机比涡轮喷气发动机更高效。资料来源：
另一方面，在飞机涡轮喷气发动机中，没有兴趣转换燃烧气体的动能以产生功，该功足以为涡轮增压器再充能。
相反，令人感兴趣的是获得排出气体的尽可能高的动能，从而根据作用和反作用原理获得飞机的动量。
解决的练习
-运动1
用于热电厂的燃气轮机在压缩机出口的压力为800 kPa。进气温度为环境温度，为25摄氏度，压力为100 kPa。
在燃烧室内，温度上升到1027摄氏度，进入涡轮机。
确定循环效率，压缩机出口处的气体温度和涡轮出口处的气体温度。
解
由于我们在压缩机出口处具有气体压力，并且我们知道入口压力是大气压，因此可以得到压力比：
r =铅/帕= 800 kPa / 100 KPa = 8
由于涡轮机运行时所用的气体是空气和丙烷的混合物，因此将绝热系数应用于双原子理想气体，即伽马值为1.4。
然后将按如下方式计算效率：
在这里我们应用了关系，该关系给出了布雷顿循环的效率与压缩机中压力比的关系。
温度计算
为了确定压缩机出口的温度或气体进入燃烧室的温度，我们采用效率与压缩机入口和出口温度之间的关系。
如果我们根据该表达式求解温度Tb，则可以获得：
作为练习数据，燃烧后温度上升到1027摄氏度，进入涡轮机。气体的一部分热能用于移动涡轮机，因此其出口处的温度必须更低。
为了计算涡轮机出口的温度，我们将使用先前获得的温度之间的关系：
从那里，我们求解Td以获得涡轮机出口处的温度。执行计算后，获得的温度为：
Td = 143.05摄氏度。
-练习2
燃气轮机遵循布雷顿循环。压缩机入口和出口之间的压力比为12。
假设环境温度为300K。作为附加数据，已知燃烧后（进入涡轮之前）的气体温度为1000K。
确定压缩机出口处的温度和涡轮出口处的温度。还要知道每秒功率为30 KW的涡轮机中每秒循环多少公斤气体。
假设气体的比热为常数，并在室温下取其值：Cp = 1.0035 J /（kg K）。
还假设压缩机中的压缩效率和涡轮中的减压效率为100％，这是理想化的，因为在实践中总是会发生损耗。
解
要确定压缩机出口处的温度，而要知道入口处的温度，我们必须记住这是绝热压缩，因此泊松比可用于AB过程。
对于任何热力学循环，净功将始终等于循环中交换的净热。
然后，每个操作循环的净功可以表示为该循环中循环的气体质量和温度的函数。
在该表达式中，m是在工作循环中通过涡轮循环的气体质量，Cp是比热。
如果我们取上一个表达式的时间导数，则得到的净平均功率是质量流量的函数。
求解m点，然后替换气体的温度，功率和热容量，我们得出的质量流量为1578.4 kg / s。
参考文献
- Alfaro，J。热力学循环。从以下网站恢复：fis.puc.cl。
- 费尔南德斯（Fernández）JF Ciclo Brayton。燃气轮机。UTN（门多萨）。从以下站点恢复：edutecne.utn.edu.ar。
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- 维基百科。布雷顿循环。从以下站点恢复：Wikiwand.com
- 维基百科。燃气轮机。从以下站点恢复：Wikiwand.com。