Brayton Cycle VS Rankine Cycle: 7 সম্পূর্ণ দ্রুত তথ্য

বিষয় Brayton চক্র বনাম Rankine চক্র আমাদের একটি ধারণা দেয় যে তারা উভয় কিছু দিক একই হতে হবে. উভয় চক্র তাপ শক্তি থেকে যান্ত্রিক শক্তি উৎপন্ন করতে ব্যবহৃত হয়।

এই চক্রের মধ্যে প্রধান পার্থক্য হল ব্যবহৃত তরল। র‍্যাঙ্কাইন চক্র কার্যকারী তরল হিসাবে তরল (বেশিরভাগ জল) ব্যবহার করে যেখানে ব্রেটন চক্র কার্যকারী তরল হিসাবে গ্যাস (বেশিরভাগ বায়ু) ব্যবহার করে। এই নিবন্ধটি Brayton চক্র বনাম Rankine চক্রের একটি তুলনামূলক বিশ্লেষণ করে।

ব্রেটন চক্রে ব্যবহৃত প্রধান উপাদান

প্রতিটি চক্রের জন্য যন্ত্রপাতির একটি সেট প্রয়োজন যা পছন্দসই আউটপুট অর্জনে সহায়তা করে।

Brayton চক্র গঠিত নিম্নলিখিত কাজের অংশগুলি-

  • কম্প্রেসার- বায়ুকে সংকুচিত করে।
  • মেশানোর কামরা- সংকুচিত বায়ুতে তাপ যোগ করা হয় যা তাপমাত্রাকে আইসোবারিকভাবে বৃদ্ধি করে।
  • টারবাইন- টারবাইনে বায়ু প্রসারিত হয়, কারণ টারবাইন শ্যাফ্ট ঘূর্ণায়মান বায়ুর চাপ হ্রাস পায় এবং তাপমাত্রা হ্রাস পায়। এই প্রক্রিয়া isentropic সম্প্রসারণ.
ব্রেটন চক্র বনাম র‍্যাঙ্কাইন চক্র
চিত্র: ব্রায়টন চক্রে ব্যবহৃত অংশগুলি (ছবিটি একটি খোলা ব্রায়টন চক্র দেখায়)

 Brayton চক্রের কাজ

ব্রেটন চক্র সাধারণত বায়ুমণ্ডলীয় বায়ুকে তার কার্যকারী তরল হিসাবে ব্যবহার করে। এই চক্রটি সম্পূর্ণ করতে ন্যূনতম তিনটি প্রক্রিয়া লাগে (একটি খোলা চক্রের তিনটি প্রক্রিয়া থাকে এবং বন্ধ চক্রে ন্যূনতম চারটি প্রক্রিয়া থাকে)।

বদ্ধ আইডিয়াল ব্রেটন চক্রে কার্যকারী তরল যে বিভিন্ন প্রক্রিয়ার মধ্য দিয়ে যায় তা হল-

  • আইসেনট্রপিক কম্প্রেশন- পরিবেষ্টিত বায়ু সংকোচকারীর ভিতরে টানা হয় এবং সংকুচিত হয়।
  • আইসোবারিক তাপ সংযোজন- ধ্রুবক চাপে সংকুচিত বাতাসে তাপ যোগ করা হয়।
  • আইসেন্ট্রপিক সম্প্রসারণ- বায়ু একটি টারবাইনে এন্ট্রোপিক্যালি প্রসারিত হয়।
  • আইসোবারিক তাপ প্রত্যাখ্যান- ধ্রুবক চাপে সিস্টেম থেকে তাপ প্রত্যাখ্যান করা হয়।

আইসেনট্রপিক কম্প্রেশন এবং প্রসারণ প্রক্রিয়া একটি আদর্শ চক্র নির্দেশ করে। সাধারণত, টারবাইন এবং কম্প্রেসারে অপরিবর্তনীয়তা এবং ঘর্ষণ ক্ষতির কারণে প্রক্রিয়াটি সম্পূর্ণরূপে ইসেন্ট্রপিক হয় না। আইসেন্ট্রপিক টারবাইনের কার্যকারিতা এবং কম্প্রেসার উপযোগী আউটপুটের মাত্রা নির্দেশ করে যা প্রদত্ত অবস্থা থেকে পাওয়া যেতে পারে।

Rankine চক্রে ব্যবহৃত অংশ

র‍্যাঙ্কাইন চক্র কার্যকারী তরলের তাপ শক্তি থেকে যান্ত্রিক শক্তি উৎপন্ন করে। এটি সাদৃশ্যে কাজ করা অনেক উপাদান দ্বারা অর্জন করা হয়।

র‍্যাঙ্কাইন চক্রে ব্যবহৃত কাজের উপাদানগুলি হল-

  • পাম্প- নিম্নচাপের তরল হল pumped বয়লার তার চাপ বৃদ্ধি.
  • বয়লার- তাপ যোগ করা হয় বয়লার ভিতরে কাজ তরল. তাপ সংযোজন প্রক্রিয়া আইসোবারিক। উচ্চ চাপের তরল বয়লারের ভিতরে উচ্চ চাপের বাষ্পে রূপান্তরিত হয়।
  • টারবাইন- টারবাইনে বাষ্প প্রসারিত হয়। উচ্চ চাপের বাষ্প যান্ত্রিক শক্তি উৎপাদনের জন্য দায়ী যা টারবাইন শ্যাফ্ট ঘূর্ণন দ্বারা অর্জন করা হয়।
  • কনডেন্সার- কম চাপের বাষ্প কনডেন্সারের ভিতরে ঘনীভূত হয়। কনডেন্সার আর কিছুই নয় a তাপ পরিবর্তনকারী যা বাষ্প থেকে তাপ বের করে তরলে রূপান্তরিত করে।

Rankine চক্রের কাজ

র‍্যাঙ্কাইন চক্রটি কার্যকরী তরল (এই ক্ষেত্রে জল) এর তাপ শক্তি থেকে যান্ত্রিক শক্তি উত্পাদন করতে ব্যবহৃত হয় যা বিদ্যুৎ উৎপাদনের জন্য ব্যবহৃত হয় (বিদ্যুৎ উত্পাদন করতে টারবাইনের শ্যাফ্ট শক্তি ব্যবহার করা হয়)।

র‍্যাঙ্কাইন চক্র চারটি প্রধান প্রক্রিয়াতেও কাজ করে। তারা হল-

  • আইসেনট্রপিক কম্প্রেশন (প্রক্রিয়া 1-2): এই প্রক্রিয়ায় কাজের তরলের চাপ বেড়ে যায়।
  • আইসোবারিক তাপ সংযোজন (প্রক্রিয়া2-3): উচ্চ চাপের তরল বয়লারের ভিতরে তাপের শিকার হয় যেখানে এটি বাষ্পে রূপান্তরিত হয়। বাষ্প উচ্চ চাপে প্রস্থান করে এবং বিন্দু 3 এ টারবাইনে প্রবেশ করে।
  • আইসেনট্রপিক সম্প্রসারণ (প্রক্রিয়া 3-4): উচ্চ চাপের বাষ্প টারবাইন প্রোপেলারগুলিকে ঘোরায় ফলে টারবাইন শ্যাফ্ট ঘূর্ণন শুরু করে। এই প্রক্রিয়া চলাকালীন, উচ্চ চাপের বাষ্প নিম্নচাপের বাষ্পে রূপান্তরিত হয়। কম চাপ বাষ্প কনডেনসারে প্রবেশ করে।
  • আইসোবারিক তাপ প্রত্যাখ্যান- কনডেন্সারের ভিতরে বাষ্প আবার তরল অবস্থায় রূপান্তরিত হয়। ধ্রুবক চাপে বাষ্প থেকে তাপ প্রত্যাখ্যান করা হয় যার ফলে বাষ্প তরলে রূপান্তরিত হয়।

নোট করুন যে কনডেন্সার এবং বয়লার হল এমন ডিভাইস যা তাপমাত্রা এবং চাপ পরিবর্তন না করেই কাজের তরলের অবস্থা পরিবর্তন করে।

Rankine চক্র এবং Brayton চক্র দক্ষতা

দক্ষতা হল চক্রের কার্যকারিতার পরিমাপ। একটি চক্র নির্দিষ্ট পরিমাণ ইনপুটে যে পরিমাণ আউটপুট সরবরাহ করতে পারে তাকে চক্রের দক্ষতা বলে।

আলোচনা করার আগে Rankine চক্র এবং Brayton এর দক্ষতা সাইকেল, টারবাইন এবং কম্প্রেসার দক্ষতার উপর নজর দেওয়া যাক-

টারবাইন isentropic দক্ষতা দেওয়া হয়-

GIF

কম্প্রেসার isentropic দক্ষতা দেওয়া হয়-

GIF

র‍্যাঙ্কাইন চক্রের কার্যকারিতা এবং ব্রায়টন চক্র দক্ষতার তুলনা নীচে দেওয়া হল-

তুলনার বিষয়র‌্যাঙ্কাইন চক্রব্রেটন সাইকেল
আদর্শ দক্ষতাgifGIF
প্রকৃত দক্ষতাGIFgif
টিএস ডায়াগ্রামপ্রকৃত র‍্যাঙ্কাইনব্রেটন
সারণী: র‍্যাঙ্কাইন চক্রের দক্ষতা এবং ব্রায়টন চক্র দক্ষতার তুলনা
চিত্র ক্রেডিট: র‍্যাঙ্কাইন চক্র দ্বারা হোম IITK

ব্রেটন চক্র এবং র‌্যাঙ্কাইন চক্রের কার্যক্ষমতা কীভাবে বাড়ানো যায়?

দক্ষতা হল আউটপুট থেকে ইনপুটের অনুপাত। যেকোন চক্রের কার্যক্ষমতা বাড়ানোর জন্য, একজনকে ধ্রুবক ইনপুটে আউটপুট বাড়াতে হবে বা ধ্রুবক আউটপুটের জন্য ইনপুট কমাতে হবে বা ইনপুট কমানোর সময় আউটপুট বাড়াতে হবে।

উভয় চক্রে, দক্ষতা উন্নত করতে একই পদ্ধতি ব্যবহার করা যেতে পারে। এই পদ্ধতিগুলো হল-

  • পুনর্জন্ম- বাষ্প বয়লারে প্রবেশ করার আগে খাঁড়ি তাপমাত্রা বাড়ানোর জন্য কনডেন্সার থেকে বাষ্প টারবাইনের মধ্য দিয়ে যায়।
  • রিহিট একটি সেকেন্ডারি টারবাইন ব্যবহার করা হয় যার ফলে বেশি কাজের আউটপুট হয়।
  • ইন্টারকুলিং- ইন্টারকুলার কম্প্রেশনের পরে গ্যাসকে ঠান্ডা করে যার ফলে এটি আবার সংকুচিত হতে পারে। এভাবে কম্প্রেসরের কাজ কমে যায়।
  • সম্মিলিত পুনর্জন্ম, ইন্টারকুলিং এবং পুনরায় গরম করার চক্র- এই চক্রটি পুনর্জন্ম চক্র, পুনরায় গরম করার চক্র এবং ইন্টারকুলিং এর সমন্বয় ব্যবহার করে।

ব্রেটন চক্রের দুটি প্রধান প্রকার কি কি?

Brayton চক্র পুনর্জন্ম, পুনরায় গরম, intercooling বা কখনও কখনও তাদের সব ব্যবহার করতে পারে। কিন্তু ভিত্তি চক্র যেখানে এই ধরনের পদ্ধতি ব্যবহার করা যেতে পারে দুই ধরনের।

ব্রেটন চক্রের দুটি মৌলিক রূপ হল-

  • ব্রাইটন চক্র খুলুন- ওপেন ব্রায়টন চক্রে, নিষ্কাশন গ্যাসগুলি বায়ুমণ্ডলে ছড়িয়ে পড়ে। প্রতিটি চক্র নতুন সেট গ্যাস বা কার্যকরী তরল ব্যবহার করে।
  • বন্ধ ব্রেটন চক্র- বন্ধ ব্রেটন চক্রে, নিষ্কাশন গ্যাসগুলিকে ঠান্ডা করা হয় এবং পুনরায় ব্যবহার করার জন্য কম্প্রেসারে ফেরত পাঠানো হয়। এটি একটি সম্পূর্ণ চক্র গঠন করে।

একটি সম্মিলিত চক্র কি?

একটি আরও আউটপুট পেতে বা নির্দিষ্ট সিস্টেমের দক্ষতা বাড়াতে দুটি জিনিস একত্রিত করে। একটি সম্মিলিত চক্রে, ব্রায়টন এবং র‍্যাঙ্কাইন উভয় চক্রই ইনপুটের একটি নির্দিষ্ট সেট থেকে আরও আউটপুট পেতে একত্রিত হয়।

ব্রেটন চক্র বেশি শক্তি উৎপন্ন করে তাই একে টপিং চক্র বলা হয়। এই চক্রের নিষ্কাশন গ্যাসগুলি এতই গরম যে এটি তুলনামূলকভাবে কম শক্তি উত্পাদনকারী চক্রের উত্স হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে যা র্যাঙ্কাইন চক্র। এই ক্ষেত্রে, এটি বটমিং চক্র হিসাবেও পরিচিত।

নিষ্কাশন গ্যাস থেকে তাপ বটমিং চক্রে বর্জ্য তাপ পুনরুদ্ধার বয়লার দ্বারা পুনরুদ্ধার করা হয়। র‍্যাঙ্কাইন চক্র সম্পূর্ণ করার জন্য বাষ্প/জল উত্তপ্ত হয়।

এইভাবে একটি চক্রের বর্জ্য নিষ্কাশন গ্যাসগুলি অন্য চক্রের উত্স হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে।