دورة رانكن

دورة رانكن (بالإنكليزية: Rankine cycle) هي دورة وظيفتها تحويل الطاقة الحرارية إلى شغل. تغذى الحرارة من مصدر خارجي إلى حلقة مغلقة، والتي عادة ما تستخدم الماء. تولد هذه الدورة حوالى 80% من الطاقة الكهربائية حول العالم، بما في ذلك جميع منشآت الطاقة الشمسية الحرارية, الطاقة الحيوية, طاقة وقود أحفوري ، و الطاقة النووية. يعود اسمها إلى العلامة الاسكوتلاندي، ويليام رانكن . تعد دورة رانكن اللبنة الأساسية في الديناميكا الحرارية المتعلقة بالمحرك البخاري.

وصف

مخطط فيزيائي للأجهزة الأربعة المستعملة في دورة رانكن.

تشكل دورة رانكن وصفاً لنموذج محرك حراري يعمل بالبخار، يوجد غالباً في محطة محطات توليد الطاقة. من المصادر التي تعمل بها دورة رانكن وقود الفحم، الغاز الطبيعي والنفط، والانشطار النووي.

يشار أحياناً لدورة رانكن بدورة كارنو التطبيقية وذلك لأنه عند استعمال توربين عالي الكفاءة، يبدأ مخطط تي أس بتشكيل دورة كارنو. يكمن الفرق الرئيسي بين الدورتين في أن إضافة الحرارة (في الغلاية) وطردها (في المكثف) تتم عند ثبات الضغط في دورة رانكن وعند ثبات الحرارة في دورة كارنو النظرية.

يستعان بمضخة لرفع ضغط المائع المستخدم من المكثف في الحالة السائلة بدلاً عن الحالة الغازية (المضحات لا تصلح لضخ الغاز). تستهلك الطاقة اللازمة لتشغيل السائل في الدورة بالمضخة كلياً، كما تضيع الطاقة المستهلكة لعملية التسخين في الغلاية.

تفقد هذه الطاقة بداية حيث لا يوجد أي تكثف في التربينة، جل طاقة البخار يتم التخلص منها في المكثف. مع ذلك فإن الطاقة اللازمة لتشغيل المائع بالمضخة لا زالت أقل بكثير مقارنة بتلك اللازمة لضغطه في الحالة الغازية (كما هو الحال في دورة كارنو).

المصادر

• ^Van Wyllen 'Fundamentals of thermodynamics' (ISBN 85-212-0327-6)
• Moran & Shapiro 'Fundamentals of Engineering Thermodynamics' (ISBN 0-471-27471-2)
• Wikibooks Engineering Thermodynamics

وصلات خارجية

• Organic Rankine Cycle for electric power generation
• Cyclone Power another commercial implementation

أنظر أيضا

• دورة كارنو
• دورة برايتون
• كفاءة تحويل الطاقة
• ديناميكا حرارية
• القانون الثاني للترموديناميك
• نظام حركة حرارية
• مخطط درجة الحرارة والإنتروبي

وصفها

توضيح مخطط الحالة
التمثيل الميكانيكي لدورة برايتون المغلقة.
دورة برايتون في مخطط الضغط والحجم.
دورة برايتون في مخطط الإنتروبي ودرجة الحرارة.

تتكون الدورة من 4 مراحل :

• 1 - 2 عملية متساوية الحجم الكبس (dQ=0; dp>0, dv<0),
  • بواسطة عملية ضغط كظومة .
  • آداء عملية الضغط$+w_{t12}$
    • يرتفع الضغط من $p_1$ إلى $p_2$
    • فترتفع درجة الحرارة من $T_1$ إلى $T_2$
    • وينخفض الحجم النوعي من$v_1$ إلى $v_2$
    • وتبقي الإنتروبيا ثابتة
• 2 - 3 عملية متساوية الضغط ،إمداد الحرارة (dp=0, dQ>0, dv>0),
  • بواسطة غرفة الاحتراق والتبادل الحراري
  • إمداد الحرارة النوعية $+q_{23}$
    • يبقى الضغط ثابتا
    • ترتفع درجة الحرارة من $T_2$ إلى $T_3$
    • يتمدد الحجم من $v_2$ إلى $v_3$
    • ويزيد الإنتروبي النوعي من $s_2$ إلى $s_3$
• 3 - 4 تمدد خلال عملية متساوية الحجم (dp<0, dQ=0, dv>0),
  • بواسطة توربين يعمل كعملية كظومة
  • سحب شغل التوربين $w_{t34}$
    • ينخفض الضغط من $p_3$ إلى $p_4$
    • وتنخفض درجة الحرارة من $T_3$ إلى $T_4$
    • يتمدد الحجم النوعي من $v_3$ إلى $v_4$
    • الإنتروبية النوعية تبقى ثابتة
• 4 - 1 إخراج الحرارة(dp=0, dQ<0, dv<0).
  • بواسطة مبادل حراري مبرد
  • سحب الحرارة النوعية $q_{41}$
    • ويبقى الضغط ثابتا
    • فتنخفض درجة الحرارة من $T_4$ إلى $T_1$
    • ويقل الحجم من $v_4$ إلى $v_1$
    • وينخفض الإنتروبيا النوعية من $s_4$ إلى $s_1$