Power-Density vs Efficiency Trade-Off for a Recuperated Inside-Out Ceramic Turbine (ICT)
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Recuperated cycles can significantly increase the efficiency of small gas turbines that are today operating with low pressure ratios and uncooled or lightly cooled turbine blades. However, for mass-driven applications such as aeroengines, the efficiency benefit is typically outweighed by the increased weight associated with the heat exchanger (HX). Increase in specific power could overcome this penalty by reducing the mass flow through the system and therefore its weight and size. To do so, the Turbine Inlet Temperature (TIT) must be increased by ∼250 K over state-of-the-art small gas turbines. The Inside-out Ceramic Turbine (ICT) propose a new path to increase TIT of small turbines, where blade cooling schemes are impractical and costly. This new architecture increases the achievable TIT by using ceramic blades loaded in compression under centrifugal loads supported by an air-cooled rotating composite rim. This paper provides a system-level evaluation of the power-density to efficiency trade-off for the sub-megawatt class turbines using the ICT configuration. The numerical simulation includes 3 submodels to provide cycle efficiency and mass estimates for various cycle and HX design: (1) a station-based thermodynamic model; (2) a 1D-FEM HX model for a straight counterflow recuperator; and (3) a system-level mass model of the recuperated engine configured for a turboprop or turboshaft. At a TIT of 1550 K, the optimal ICT configuration provides a power density of 3 kW/kg and 40% thermal efficiency, which is 4 times lighter than recuperated turbines at 1300 K for the same efficiency level. Further increase in TIT to 1800 K would reach current state-of-the-art turboprop power densities (up to 5 kW/kg) while still achieving over 40% thermal efficiency or — for applications where power density can be traded for efficiency — up to 50% thermal efficiency while maintaining low pressure ratios and associated simplicity.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».