열역학 사이클: 오토, 디젤, 브레이턴, 랭킨, COP

Thermo Cycles 페이지는 닫힌 열역학 사이클을 두 계층으로 해석합니다. Ideal-gas cycles 탭에는 여섯 가지 냉공기 표준 사이클 — 오토, 디젤, 브레이턴(재생과 중간 냉각 포함), 앳킨슨, 스털링, 카르노 — 이 들어 있어 효율, 알짜일, 상태점, P-v 및 T-s 선도를 즉시 반환합니다. Real-fluid cycles 탭은 랭킨 증기 동력과 함께 R134a 증기압축 냉동과 히트펌프를 다룹니다. 모든 결과는 각자의 온도 한계에 대한 카르노 효율 옆에 놓이고, 엔진은 그 한계를 넘는 사이클을 거부합니다.

更新 2026-10-016 个来源约 4 分钟读完

사이클 실행 방법

계층을 고릅니다.탭 바가 Ideal gas와 Real fluid를 전환하며, 계층마다 고유 경로 /engineering/cycles/ideal과 /engineering/cycles/real이 있습니다.
상태와 사이클 매개변수를 설정합니다.이상 사이클은 작동 유체, 켈빈 단위 입구 온도 T₁, kPa 단위 압력 p₁을 공유하고, 각 탭이 고유 필드를 더합니다 — 오토와 앳킨슨은 r과 q_in, 디젤은 r과 r_c, 브레이턴은 r_p, T₃, 손실 설정, 카르노와 스털링은 T_h와 T_c입니다.
곡선보다 카드를 먼저 읽습니다.효율, 카르노 한계, 알짜일, 입열/출열, 평균 유효 압력이 상태 표와 P-v / T-s 그래프 위에 있고, 아래 띠는 같은 r과 열입력에서 앳킨슨, 오토, 디젤을 다시 보여 줍니다.
실제 유체 사이클을 운전합니다.랭킨은 3 MPa / 350 °C → 75 kPa에서 열리며 선택적 재열 또는 개방형 급수 가열기를 쓸 수 있습니다(재열이 유리). 냉동과 히트펌프는 하나의 R134a 사이클을 공유합니다. 질량 유량이나 냉방 부하를 넣으면 kW/MW가 나오고, CoolProp을 불러오면 REFPROP급 물성을 얻습니다.

계산 예시

모든 판독값은 패널 자체의 표시입니다.

입력	표시되는 판독값
오토: r = 8, T₁ = 300 K, p₁ = 100 kPa, q_in = 1800 kJ/kg	η 56.472%, 카르노 한계 90.619%, w_net 1,016.5 kJ/kg, MEP 1,349.3 kPa, 상태 3 3197.91 K
디젤: r = 18, r_c = 2	η 63.158%, w_net 604.8 kJ/kg
브레이턴: r_p = 8, T₃ = 1300 K	η 44.796%; η_c 0.8 / η_t 0.85 → 27.411%; 재생 ε = 0.8 → 54.912%
앳킨슨: r = 8, q_in = 1800 kJ/kg	η 66.637%
랭킨: 3 MPa / 350 °C → 75 kPa	η 25.80%, w_turbine 686.2 / w_pump 3.03 kJ/kg, 건조도 0.863, 20 kg/s → 13.663 MW
R134a: −20 °C / 40 °C	COP 2.58, COP_hp 3.58, q_evap 130.15 kJ/kg, 스로틀 후 건조도 0.389, 3.5 kW 부하 → 1.356 kW

15 MPa / 600 °C → 10 kPa에서는 재열이 효율을 **41.59%**에서 **43.47%**로, 출구 건조도를 0.72에서 0.92로 끌어올립니다.

숫자가 가정하는 것

이상 계층은 냉공기 표준 해석입니다. γ, cp, cv가 일정하고 과정이 가역이므로 오토와 브레이턴의 효율은 비율에만 의존하고 투입 열에는 좌우되지 않습니다. 실제 유체 계층은 내장 포화표(물, R134a)와 이상기체 과열 모델을 보간하고 결과를 폴백 데이터로 표시합니다. CoolProp은 이를 헬름홀츠 자유에너지 상태방정식으로 대체합니다. 모든 사이클은 두 번 검사됩니다 — 알짜일은 입열에서 출열을 뺀 값과 같아야 하고, 효율은 1 − T_min/T_max 아래에 있어야 합니다.

기억할 한계

냉공기 표준이며 시뮬레이션이 아닙니다.: 비열이 일정하고 과정이 가역이므로 연소 화학, 밸브 타이밍, 마찰을 다루지 않습니다. 이 계층은 형태 비교와 교과서 답 확인에 쓰고, 엔진 연료 소비 예측에는 쓰지 마세요.
폴백 물성에는 알려진 오차가 있습니다.: CoolProp 없이 실제 유체 상태는 내장 표(물 5–20,000 kPa, R134a −40~90 °C)에서 나오며, 엔탈피와 엔트로피는 약 0.5–1%, 효율은 약 0.5포인트 어긋납니다. 표 범위를 벗어난 입력은 거부되고 절대 외삽되지 않습니다.
하지 않는 일.: 기동 과도, 보일러나 열교환기 설계, 연소 모델링, R134a 이외의 냉매는 다루지 않습니다. 입력한 압력과 온도는 압력 변환기와 온도 변환기에서 환산하세요. 동적 시스템 시뮬레이션은 Engineering Lab에 있습니다.

효율적으로 보이는 디젤이 효율적인 형태는 아니다

r = 8, q_in = 1800 kJ/kg의 비교 띠는 앳킨슨 66.64%, 오토 56.47%, 디젤 **40.10%**를 표시합니다 — 디젤 사이클이 첫 번째가 아니라 마지막입니다. 정압 열추가 때문에 같은 압축비와 열입력에서 셋 중 가장 비효율적이며, r = 18 프리셋이 **63.158%**에 도달하는 것은 더 높은 비율 덕분일 뿐입니다. 다른 이름 함정은 r 자체입니다. 브레이턴의 r_p = 8은 압력비(η 44.796%)이며 오토의 압축비 r = 8(η 56.472%)이 아니고, 둘은 서로 관련이 없습니다.

어울리는 상황

교과서와 숙제 확인

Cengel 예제 10-1이 랭킨 프리셋입니다. 3 MPa / 350 °C → 75 kPa는 η 25.80%(교과서 26.0%)와 건조도 0.863(0.8861)을 보여 줍니다. 차이는 선언된 폴백 물성 모델 때문이며, CoolProp을 불러오면 줄어듭니다.

엔진, 하이브리드, 히트펌프

r = 8의 오토는 **56.472%**를 읽고, r = 16은 노킹 한계 경고를 띄웁니다. 앳킨슨의 완전 팽창은 같은 r에서 **66.637%**에 도달하기에 하이브리드가 이를 사용합니다. R134a의 −20 / 40 °C는 냉방에서 COP 2.58, 히트펌프로 3.58을 내며, 3.5 kW 부하는 1.356 kW를 끌어씁니다.

참고 문헌

Wikipedia, Otto cycle — η = 1 − r^(1−γ). en.wikipedia.org （访问日期：2026-10-01）
Wikipedia, Diesel cycle — 차단비와 r_c → 1 극한. en.wikipedia.org （访问日期：2026-10-01）
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Wikipedia, Rankine cycle — 재열과 급수 재생. en.wikipedia.org （访问日期：2026-10-01）
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Bell et al., CoolProp (Ind Eng Chem Res 53:2498–2508, 2014) — 선택적 헬름홀츠 EOS 물성 백엔드. coolprop.org （访问日期：2026-10-01）