브레이턴 사이클(가스터빈) 계산기

이상 사이클의 효율이 η = 1 − 1/r^((γ−1)/γ)로 압력비만의 함수이기 때문입니다. T3를 올려도 넣는 열과 버리는 열이 같은 비율로 늘어 몫이 그대로입니다. 그렇다고 T3가 쓸모없는 것은 아닙니다 — 효율은 그대로여도 «단위질량당 얼마나 많은 일을 뽑는가»(비출력)가 크게 늘어 같은 출력을 더 작은 엔진으로 낼 수 있습니다.

효율만 보면 그렇지만 비출력은 어느 지점을 넘으면 오히려 줄어듭니다. 최대가 되는 압력비가 (T3/T1)^(γ/2(γ−1))이고 그때 T2 = T4 = √(T1·T3)가 됩니다. 그 너머에서는 같은 출력을 내려고 공기를 훨씬 많이 밀어 넣어야 해 엔진이 커지고 무거워집니다. 항공기 엔진과 발전용 터빈이 서로 다른 압력비를 쓰는 이유입니다.

터빈이 낸 일 중 압축기가 도로 먹는 몫입니다. 브레이턴 사이클은 이상 상태에서도 30~50%로 원래 큽니다 — 왕복동 기관이 몇 퍼센트인 것과 크게 다릅니다. 그래서 압축기·터빈 효율이 조금만 떨어져도 순일이 급격히 줄고, 효율이 충분히 낮으면 아예 음수가 되어 엔진이 서 버립니다. 가스터빈이 20세기 중반까지 실용화되지 못한 이유가 이것입니다.

같은 일을 다른 방식으로 합니다. 오토·디젤은 한 실린더 안에서 압축·연소·팽창·배기를 차례로 하는 왕복동이고, 브레이턴은 압축기·연소실·터빈이 나눠 맡아 «흐르면서» 합니다. 그래서 오토는 압축비, 브레이턴은 압력비로 효율이 정해지고 역일비의 크기도 전혀 다릅니다.

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