Würde das Entfernen von Wärme aus dem Kompressor und das Hinzufügen von Wärme zur Turbine den Wirkungsgrad einer Gasturbine erhöhen?

TL;DR: Sie haben vollkommen Recht!

Deine Grundüberlegungen sind richtig. Durch die (Zwischen-)Kühlung des Verdichters und die Vor-/Wiedererwärmung der Turbine kann ein thermodynamischer Vorteil erzielt werden.

Die Hindernisse liegen im technischen und kaufmännischen Bereich.

• Engineering: Konstruktion von Wärmetauschern, die klein, leicht und verlustarm sind.
• Kommerziell: Reduzieren Sie die Kosten.

Mir ist derzeit nur ein europäisches Forschungsprogramm ( NEWAC) zur Überwindung dieser Hindernisse bekannt, aber ich bin mir sicher, dass es noch andere gibt.

Die folgende Abbildung stammt von der Homepage von NEWAC:

Eine derartige Wärmeabfuhr erfolgt manchmal in Gasturbinentriebwerken nicht durch Kühlen des Kompressors während des Betriebs, sondern durch die Verwendung eines isobaren Ladeluftkühlers zwischen dem Nieder- und dem Hochdruckkompressor. Diese Arten von Konfigurationen sind bei Industriegasturbinen üblich, die zur Stromerzeugung, Schiffsantrieben und anderen Anwendungen verwendet werden, bei denen zusätzliches Gewicht kein so großes Problem darstellt wie bei Fluggasturbinen.

Soweit diese entzogene Wärmeenergie wieder dem Gasstrom durch den Turbinenabschnitt zugeführt werden kann, wäre dies nicht möglich, da die Kompressorauslasstemperaturen in der Nähe von 450 ° F liegen, wo Abgase bei etwa 1000 ° F austreten, was eine Rückkehr der verhindert Kompressorwärme an den Turbinenabschnitt für zusätzliche Leistung. Typischerweise wird das Abgas des Ladeluftkühlers einfach in die Atmosphäre abgelassen.

Üblicherweise werden Gasturbinen in Kraftwerken mit kombiniertem Zyklus verwendet, die die Abwärme der Gasturbine nutzen, um einen Wasserboiler anzutreiben, der eine Dampfturbine und einen sekundären Generator antreibt. Einige der in diesen Systemen verwendeten thermodynamischen Zyklen können sehr aufwendig sein und einen exergetischen Wirkungsgrad von über 60 % erreichen, was sie zu den effizientesten Wärmekraftmaschinen der Welt macht.

Es ist möglich, den Wirkungsgrad einer Gasturbine auf zwei Arten zu erhöhen: durch Kühlen von Luft, bevor sie in einen Kompressor eintritt, oder durch Erhitzen von Luft, nachdem sie einen Kompressor verlässt. Mit einem internen Wärmetauscher ist es also möglich – wenn die Wärme entgegengesetzt zum OP strömt: von den heißen Abgasen zur vom Kompressor geförderten Luft.

Aus dem Wikipedia-Artikel für den Brayton-Zyklus (der in einer Gasturbine stattfindet):

Rekuperator[14] – Wenn der Brayton-Zyklus mit einem niedrigen Druckverhältnis und einem hohen Temperaturanstieg in der Brennkammer gefahren wird, kann das Abgas (nach der letzten Turbinenstufe) immer noch heißer sein als das komprimierte Einlassgas (nach der letzten Kompression Stufe, aber vor der Brennkammer). In diesem Fall kann ein Wärmetauscher verwendet werden, um Wärmeenergie aus dem Abgas auf das bereits komprimierte Gas zu übertragen, bevor es in die Brennkammer eintritt. Die übertragene Wärmeenergie wird effektiv wiederverwendet und somit auch die Effizienz gesteigert.

Beachten Sie, dass die Wärme nach dem Kompressor/vor der Brennkammer zugeführt werden muss. Aus demselben Artikel:

Die Wärmeübertragung vom Auslass (nach der letzten Turbine) zum Einlass (vor der ersten Kompressorstufe) würde den Wirkungsgrad verringern, da heißere Einlassluft mehr Volumen und damit mehr Arbeit für den Kompressor bedeutet.

In diesem Licht erhöht das Kühlen der Luft vor dem Eintritt in einen Kompressor die Effizienz. Das Hinzufügen von Wärme nach der Turbine verringert den Wirkungsgrad, erhöht jedoch den Schub, wie Nachbrenner zeigen.