랭킨사이클 정의와 특징

랭킨사이클은 열을 일로 변환하는 사이클로, 물의 상변화를 통한 사이클입니다. 증기사이클이라고도 불리며, 증기터빈을 사용하는 화력발전소의 기본 사이클입니다. 이 사이클은 증기와 액체의 상변화를 이용하여 작동하며, 작동유체가 항상 가스 상태인 가스 사이클과 구별됩니다.

 

 

특징

랭킨사이클의 주요 특징은 다음과 같습니다:

· 물의 상변화를 이용하여 압축과정과 팽창과정의 비체적의 차이를 최대로 합니다.

· 공급열의 평균 온도가 높아지거나 방출열의 평균 온도가 낮아지면 사이클의 효율이 증가합니다.

 

랭킨사이클 개략도_위키백과

 

랭킨 사이클의 과정

1. 급수펌프 (1 → 2) : 단열 압축 과정으로, 물을 고압 상태로 만듭니다.

2. 보일러 / 과열기 (2 → 3) : 등압 가열 과정으로, 물을 고온의 증기로 만듭니다.

3. 터빈 (3 → 4) : 단열 팽창 과정으로, 고온 고압의 증기를 이용해 일을 합니다.

4. 복수기 / 응축기 (4 → 1) : 등압 방열 과정으로, 증기를 다시 액체 상태로 만듭니다.

 

랭킨사이클 PV선도 및 TS선도

 

열효율

· 랭킨사이클의 열효율은 다음과 같이 계산됩니다:

 

· 따라서 랭킨사이클의 열효율은 다음과 같습니다:

 

실제 증기 사이클과 랭킨사이클의 차이

실제 증기 사이클은 랭킨사이클과 몇 가지 차이점이 있습니다:

 

· 배관 손실 : 압력 강하 및 열 손실 발생.

· 터빈 손실 : 현실적으로 단열의 효과를 기대하기 어려움.

· 펌프 손실 : 점성 유동에 의한 마찰 손실.

· 응축기 손실 : 포화 온도 이하로 냉각시키므로 비가용 에너지의 손실 발생.

 

실제 사이클에서는 배관 내 유체 마찰로 인해 압력 강하가 발생합니다. 이를 보상하기 위해 이상적인 사이클 대비 더 높은 압력으로 가압하여 운영됩니다.

 

사이클 효율 개선 방법

랭킨사이클의 효율을 개선하기 위한 방법은 다음과 같습니다:

· 보일러의 최고 압력을 높임 : 최고 온도는 같게 유지.

· 재열 사이클의 열효율 증가.

· 배기 압력과 온도를 낮춤 : 복수기 압력과 온도를 낮춤.

· 과열증기 사용 : 효율을 증가시킴.

 

랭킨사이클은 열을 일로 변환하는 효과적인 사이클로, 다양한 공학적 적용 분야에서 활용됩니다. 이 블로그 글을 통해 랭킨사이클의 정의, 특징, 작동 과정, 열효율, 실제 사이클과의 차이, 그리고 효율 개선 방법에 대해 이해할 수 있기를 바랍니다.

 

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