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Thermodynamische Maschinen

Einzelschritte des Joule- oder Brayton-Prozesses

Abb.1

Im ersten Schritt (Adiabate 1 2 ) wird die Luft verdichtet, wobei die Temperatur steigt. Im Erhitzer wird weiter erhitzt (Isobare 2 3 ), wozu die Wärmemenge Q = m c p ( T 3 T 2 ) nötig ist.

Im Schritt 3 wird die Luft adiabatisch entspannt und kühlt sich dabei ab. Nun gibt es zwei Möglichkeiten den Prozess zu führen:

Man kann die Luft entweichen lassen und Frischluft ansaugen (offene Prozessführung) oder man bringt in einem Kühler die Luft wieder auf Ausgangstemperatur zurück (geschlossene Prozessführung, Isobare 3 4 ).

Da die adiabatischen Zustandsänderungen zwischen den gleichen Druckgrenzen ausgeführt werden, gilt nach der Poisson-Gleichung:

T 1 T 2 = T 4 T 3 = ( p 0 p ) k 1 k

Die geleistete Arbeit ist gleich der Differenz der ausgetauschten Wärmemengen:

W = Q | Q 0 | = m c p ( T 3 T 2 ) ( 1 T 1 T 2 )

In diesem Prozess wird die Wärme nicht bei konstanter Temperatur ausgetauscht, es ergibt sich nicht das maximale Temperaturgefälle. Der Wirkungsgrad hängt hier vielmehr vom Kompressionsverhältnis ab:

η = 1 ( p 0 p ) k 1 k
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