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

图1 p-V和T-S关系

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1所示。图中,1-2为工质在压气机中被可逆绝热(等熵)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。

参考资料