[科普中国]-布雷顿循环发动机

布雷顿循环发动机是一种以气体为工质的热力循环发动机，是吸气式喷发动机，与燃气轮机的工作原理相同。

背景布雷顿循环是美、俄发展大功率空间核动力的主要研究方向。一是这种转换的功率范围宽,功率可以从数十千瓦(如法国国20kW的空间核电源)到兆瓦级(如俄罗斯热功率为3MW,电功率为0.8MW的电推进电源)；二是它可以采用高温气冷反应堆，反应堆一回路也可以采用液态金属冷却，二回路采用气体布雷顿循环。三是它适于双模式(核热推进和发电两用)反应堆。但它的轴速每分钟达到3万~6万转，如何防止转轴磨损、在空间条件下保持系统的正常运行等技术需要突破1。

工作过程布雷顿循环有时也被称为焦耳循环。理想的布雷顿循环包括四个工作过程，其p-V和T-S关系如图所示。图中,1-2为工质在压气机中被可逆绝热(等嫡)压缩；2-3为工质在热交换器中可逆定压加热；3-4为热的工质在汽轮机中做可逆绝热膨胀；4-1为工质通过可逆等压放热，完成一个循环。

参数简单的布雷顿循环发动机的一个重要循环参数是压气机的压缩比，它是发动机的最大压力与最低压力之比，k为热容比。改变压缩比和k任一个参数都可以改变简单布雷顿循环的热效率。单原子气体，如氮、等惰性气体做工质，有最高的热容比k，这类气体k为5/3；双原子气体k为7/5；三原子气体k为8/62。

分类布雷顿循环可以是开式循环，也可以是闭式循环。在核反应堆热源中只能采用闭式循环。有两种结构形式：一类是气体工质通过核反应堆的回路热交换器进行热交换，一般用锂做核反应堆的冷却剂。这样的反应堆结构紧凑，运行温度在1600K以下(锂的沸点约1620K)，但有两条主回路；第二类是气体工质直接通过核反应堆堆芯，由燃料元件加热气体工质。

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李晓林 - 教授 - 西南大学