КВС в космосе

[alex_semenov]

Алекс, Вы изучали основы волновой теории?
1. Любая волна от любого типа излучателя, при пробеге много большем чем ее собственная длина - имеет ПЛОСКИЙ фронт.
2. Фокусирующую ("собирающую") с ФР равным млрд (и даже единицы км) изготовить принципиально невозможно, т.к. длина волны не позволяет. 

Да, да и давление света - на самом деле фотоэмиссия электронов. Я в курсе.
Что, что а в дебри фундаментальных теории я  вами НЕ ПОЛЕЗУ!
С вами только начни спорить! Это как плясать с русалками… Но там хоть смерть будет сладкой!

[Andrew Gontchev]

Да, да и давление света - на самом деле фотоэмиссия электронов. Я в курсе.
Что, что а в дебри фундаментальных теории я  вами НЕ ПОЛЕЗУ!
С вами только начни спорить! Это как плясать с русалками… Но там хоть смерть будет сладкой!

С русалками не пробовал - поделитесь впечатлениями, при случае 
Но все равно идея звездолета на паровой тяге - меня радует, когда я был молодым (дурным, как следствие возраста) я до этого не допер. Хватило лишь на ракету с водяной тягой. 
Классно летает - должен заметить....

[alex_semenov]

В космосе вам просто НЕКУДА больше сливать тепловые потери, кроме как через радиатор, что уже требует от вас затрат.

Сколько контуров у вас? 2?

Как не странно, я пока не считал.
Но, думаю, будет не менее трех.

Тогда берём в качестве реалистичного КПД турбины 60%. Оставшиеся 40% энергии в виде тепла перейдут во второй контур. Там КПД турбины уже будет меньше - допустим - 50%. Итого в двухконтурном случае вы только во ВРАЩАТЕЛЬНУЮ энергию конвертируете 0,6+0,4*0,5 = 80% энергии. Может быть 3 контура?

Зачем третий?
Я же сказал что заложил тепловой КПД 80%. Вот я его и достиг (вашими молитвами)!
Или вы думаете что я собираюсь 100% тепла превратить в электроэнергию?
Так это по второму началу термодинамики невозможно!

О чем был изначально спор? О том что существует идеальный КПД и реальный. И я говорил, что реальный КПД в космосе должен быть БЛИЗОК  к идеальному. Ну там на процент-другой ниже (что неизбежно).

В 3-м контуре температуры и давления ещё ниже, посему КПД будет уже где-то 40% (от 20% тепловой энергии, доставшейся третьему контуру). Итого вы выиграли ещё 8%. Дальнейшее увеличение числа контуров будет примерно асимптотически приближать вас к отметке в 90% КПД преобразования энергии во ВРАЩАТЕЛЬНУЮ.

Гм… интересно, где здесь у вас ошибка?
Я не понял всего хода мысли. Но я чувствую что концы с концами не сходятся. Дело в том что НЕ  ЗНАЯ температуры нагревателя и холодильника, невозможно посчитать к чему будет приближаться асимптота… А у вас тут само собой получилось 90%...
Гм…
Насколько я могу понять вашу мысль, асимптота должна приближаться к идеальному КПД. Если у вас идеальный КПД 5% то сколько каскадов не ставь - все они будут приближаться к 5%.

Именно поэтому городить большое кол-во контуров нет смысла. КПД электрогенератора не превышает 80%. Это означает, что в случае 2х контуров вы можете выжать 64% электрического КПД, в случае 3х - ~70% и ~72% в случае очень большого кол-ва контуров. Т.е. видно что 3 контура - уже достаточно и больше не стОит городить даже. Но и это идеализированный случай.

Да это все неправильный случай!  Ну как можно брать КПД турбины в 60% не привязывая ее к температуре нагревателя и холодильника?!  А если каскады турбин спускаются  по шкале Кельвина , то у них  уже будут разные КПД  собственно турбин! Кстати КПД турбин будет… расти… Не верите?
Возьмите две турбины, которая создает перепад на входе и выходе 100 градусов. Одна 1100 до 1000 К, а другая от 200 до 100 К. У последней КПД 0.5 а у первой 0.09! 

Обратите внимание на штуку, обозначенную буквой "С" на рисунке:

Без этой штуки ничего не будет. Это компрессор, и он, в самом идеальном случае, отбирает часть работы (вращательной энергии) прямо от турбины. Если это электрический насос - то всё намного хуже Ибо энергия вращения имеет более высокую энтропию, чем электрическая и более дешевая. Каждый контур сам съедает часть энергии. И чем больше порядок контура, тем меньше КПД его турбины и тем большую часть энергии отъедает компрессор/насос.. Это ещё одна причина, почему если контуров больше 2-3 то система уже демонстрирует меньше КПД. Итого, в 3-хконтурной системе А. Семёнова останется где-то 2/3 энергии, успешно преобразованной в электричество.

Ой, как же нам тут тяжело искать истину!
Мы (вы и я с вами) заблудились в основах.  Кстати Иван Моисеев (он здесь иногда бывает) жутко не любит термин КПД именно потому что в нем легко заблудиться.
Давайте четко сформулируем с чем вы и я не согласны!
Мы кажется вообще о разном спорим.

КПД тепловой машины по Карно - это теоретический придел, ограничивающий реальный КПД тепловой машины. Никакого ИНОГО предела ограничения КПД любой тепловой машины нет.  Абсолютно устраните трение, исключите абсолютно утечки тепла и вы получите идеальную машину из любой реальной.
Так ведь?
Вы же тут мне пытаетесь (как я понял) найти какой-то дополнительный ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ предел достижения предела Карно, обусловленный самой КОНСТРУКЦИЕЙ той или иной тепловой машины! Мол, мало того, что по Карно нельзя все 100% тепла превратить в энергию, но и приблизиться к своему теоретически термодинамическому КПД никакая турбина (например) не может! Получается что у всякой машины, у всякого цикла, скажем цикла Отто, цикла Стирлинга, цикла Дизеля есть еще один теоретический КПД, показывающий какую часть идеального КПД они могут теоретически достичь?!
И где, в каком справочнике, учебнике по теории тепловых машин он указан?
Да нету ничего подобного!
И "затраты", например, на вращение компрессора в газовой турбине - это не УТЕЧКИ (якобы делающие невозможным идеальный КПД), а часть этого самого ИДЕАЛЬНОГО (теоретического) цикла (Отто, Стирлинга и т.д. и т.п.) . Они никаким боком к тому, что реальные машины не додают КПД до идеального НЕ ИМЕЮТ.

[Andrew Gontchev]

ПД тепловой машины по Карно - это теоретический придел, ограничивающий реальный КПД тепловой машины. Никакого ИНОГО предела ограничения КПД любой тепловой машины нет.  Абсолютно устраните трение, исключите абсолютно утечки тепла и вы получите идеальную машину из любой реальной.
Так ведь?
Вы же тут мне пытаетесь (как я понял) найти какой-то дополнительный ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ предел достижения предела Карно, обусловленный самой КОНСТРУКЦИЕЙ той или иной тепловой машины! Мол, мало того, что по Карно нельзя все 100% тепла превратить в энергию, но и приблизиться к своему теоретически термодинамическому КПД никакая турбина (например) не может

Именно так - не может. По Карно теоретический достижимый КПД в первом приближении: 100(1-t/T) где T - начальная температура рабочего тела, t - его конечная температура на выхлопе (то есть после завершения цикла). Но есть еще одна засада (помимо трения теплопотерь и пр.) - подлость Матери-Природы, которая не удосужилась дать людЯм конструкционные материалы, выдерживающие очень высокие температуры, чтобы T поднять. И топливо, которое позволяет себе не детонировать при высокой степени сжатия (градус самовоспламенения). И хоть тресни, к примеру у ДВС КПД больше 40% недостижим

[alex_semenov]

Немного критики паруса. Я вижу на картинке с пятном Эйри, что оно неравномерно.

Досмотрелись?!
))
Или мы  уже когда-то об этом говорили?

Да. Я знаю про эту неприятность. У Фрисби
Beamed-Momentum LightSails for Interstellar Missions: Mission Applications and Technology Requirements  как раз этот нюанс поднят (не поднятый никем до него).
Дифракционное пятно диска Эйри  действительно имеет ярко выраженный пик
В гипертрофированном виде это выглядит так:



Считайте, что вы меня поймали на шулерстве!
На самом деле "простым листом алюминия" (которым я бравировал) мы не обойдемся.
Самое неприятное в том, что пик будет все же "плясать" и значит, парус надо считать на бо'льшие тепловые нагрузки.
Придется либо снижать ускорение, либо повышать зеркальность, либо повышать коэффициент черноты обратной стороны. А скорей всего делать и первое и второе и третье одновременно.

Вообще, мы с вами вокруг этих парусов уже столько наспорили, что наверное можно начинать собирать на диссертацию. Нет?

Я думаю, вы даже не представляете сколько там еще всяких вот таких вот "мелких" вопросов вылезает!
Вы  выясняли как развернуть, как управлять этим парусом?
А как бороться с колебаниями?
Но появление всех этих вопросов означает не то, что вы этот парус "загнали в тупик невозможности", а то что вы уже загнали его на стадию НИОКР. Научно-исследовательских, опытно-конструкторских работ.

Проблемы теперь возникают как снежный ком. Но они мельчают, становятся не принципиальными. В принципе преодолимыми. Все равно уже виден свет в конце длиннющего еще туннеля. Понимаете? Все эти вопросы, вопросы, вопросы придают этой идее просто уже плоть реального технического изделия. Крайне сложного. По сути предельно сложного!
Ну подумайте!
Если вы когда-нибудь запустите лазерный межзвездный парусник в реале (преодолев все проблемы) вы по-сути создадите машину ПРЕДЕЛЬНЫХ скоростей в этой вселенной!
Вы, что называете, ухватили бога за бороду.
Вы добрались до края возможностей!
До одного из краев.
Конечно, такое удовольствие вам так дешево не дастся! Один перечень всех "мелких" задач, которые вы должны будете решить вас повергнет в шок.

Ну вот подумайте. Если бы мечтатели прошлого, скажем, Дебержерак или Жуль Верн действительно вникли в детали того, как люди долетели до Луны, он бы просто не поверил что нам удалось решить ВСЕ проблемы, которые при этом возникли!
Верно?
Даже уже в эпоху Жуль Верна каждый инженер знал ВСЕ тонкости своей машины. Но в эпоху "Аполлоновна" никакой инженер не знал все тонкости программы "Аполлон". Их было слишком много! Если бы инженеру эпохи Жуль Верна показали список задач, решаемых NASA в период гонки за Луну он просто сказал что это невыполнимо собрать до кучи! Что все это рассыплется пот тяжестью мелких проблем!
 
*********
Я приложил работу  Фрисби (разрезал архиватором на два файла. Одним тут не получатеся)

[alex_semenov]

Именно так - не может. По Карно теоретический достижимый КПД в первом приближении: 100(1-t/T) где T - начальная температура рабочего тела, t - его конечная температура на выхлопе (то есть после завершения цикла). Но есть еще одна засада (помимо трения теплопотерь и пр.) - подлость Матери-Природы, которая не удосужилась дать людЯм конструкционные материалы, выдерживающие очень высокие температуры, чтобы T поднять. И топливо, которое позволяет себе не детонировать при высокой степени сжатия (градус самовоспламенения). И хоть тресни, к примеру у ДВС КПД больше 40% недостижим

Давайте оставим примеры с ненужными сложностями.
У нас есть ЗАМКНУТЫЕ контуры (в космосе только такие). Кстати они и на земле дают выше КПД. Что мешает добиться в такой турбите ЕЕ теоретического (теплового) предела КПД? Я утверждаю что ТОЛЬКО ТРИ ВЕЩИ.

1. Трени в движущихся машинах.
2. Теплове потери в коммуникациях (контакт с атмосферой котлов, теплообменников, трубопроводов) или даже утечки напрямую в атмосферу.
3. Электрическое сопротивление в обмотках генераторов.

ВСЕ!

 

[Andrew Gontchev]

1. Трени в движущихся машинах.
2. Теплове потери в коммуникациях (контакт с атмосферой котлов, теплообменников, трубопроводов) или даже утечки напрямую в атмосферу.
3. Электрическое сопротивление в обмотках генераторов.

ВСЕ!

Если бы все было так просто (только ТРИ) я бы нарисовал Вам ККД за пару недель вечерами. Как раз эти "проблемы" (но только эти) и не проблемы вовсе - решаются ленивым кивком мизинца левой ноги:
1. Магнитные подвесы с газовым резервированием, а можно и просто на краевом газовом подвесе. Трение фактически нулевое (диск диаметром 300мм, 10 кг весу, с 10 обс вращался около недели до остановки)
2. Полупроводниковая теплоизоляция - есть такая модная фича - теплопотери стакана кипятка - не более 0,1 градус/сутки.
3. Сверхпроводники, или как вариант очень высокие питающие напряжения (чтобы малый ток - как в ЛЭП)

[alex_semenov]

Вы на ходу находите все новые и новые вопросы!

Внимание, вопрос
Сколько актиноидов надо сжечь для запуска тысячи тонн на скорости в С/10? Есть ли столько урана/тория в Солнечной Системе вообще? Вы же собирались взрывать бомбы массой в десятки тысяч тонн ежечасно? Где столько исходного материала брать?

Вы оказывается не в курсе главной изюминки проекта?
ПРОПУСТИЛИ?
А я ведь для вас сталался!

Бомба в десятки тысяч тонн будет иметь не более 30 кг актиноидов (плутония) потому что это 6-и ступенчатый термоядерный монстр, где только первая и самая слабая ступень - ядерная. Остальные термояденрые триггеры друг для друга. И так - шесть раз!
Это же вы потребовали чистоту зарядов в 100 000.
Вот я и решил достать давно задуманную идея. Гравицапу.
При этом еще раз. 0.1с для Гравицапы не интересна. Не стоит затевать такой проект ради таких скоростей. Это предельный проект. Не унижайте его!

Немного критики собственно паруса
1) Я вижу на картинке с пятном Эйри, что оно неравномерно.

На это мы уже ответили…
 

2) Вы говорили также, что фокусное расстояние равно дистанции разгона. Означает ли это, что в конце разгона пятно Эйри будет занимать лишь малую долю на поверхности паруса, т.е. что удельная падающая мощность на кв. м. паруса будет больше?

Нет. На самом деле  оптика должна СОПРОВОЖДАТЬ корабль перенося фокус вслед за ним. Но вообще говоря на том фокусном расстоянии это не будет так сложно. 

3) Где, наконец, рассчёт выживания ПН под напором среды на скоростях С/10..С/2 ??

То ест вы все-таки НАМЕРЕНЫ  похоронить идею паруса под "грудой угля" из каверзных вопросов. "Угля" мелкого, но которого много?

Вы помните сколько споров возникло на той ветке? И даже участие Alex_AV не прояснило ситуацию. Мы уперлисть с ложную физику материалов и поведения их при воздействиях высоких энергий. Вы хотите утопить и ЭТУ ветку в этом диспуте?

Я считаю, что по поводу пыли мы остановились на ничьей.
При этом я боролся там имея за спиной фору. Никто так и не показал, что лазерный луч не очищает межзвездное пространство впереди паруса. А мне лично достаточно что бы парус пережил ТОЛЬКО разгон. То есть пока светит лазер.

ВСЕ! Я не хочу больше говорить о самом парусе. Хватит пока! Читайле того же Фрисби. У него  там есть как раз и про набегающий поток. Он уверял, что парус переживет даже 20 св. лет инерциального полета!

[Кремальера]

Я приложил работу  Фрисби (разрезал архиватором на два файла. Одним тут не получатеся)

Во!Оно!А я ее куда-то задевал.
А касательно деградации ПН.Можно поступить старым способомобвязаться перед боем тросами,да койкамипосле разгона прикрыться парусами и рангоутом.Для этого сделать такелаж полубегучим,то бишь иметь что-то вроде полу-медузы или парусника Дрекслера(с картинки Александра).В общем виде имеем "зонтик" с полужесткими штагами в центре и собирающими ниралами по периметру.Фалы жестких рей и стеньг также подтягиваются,образуя сложение в центре фрактала.Учитывая размеры парусины ,размеры сжимаемых "в горсть" гармошек получатся весьма внушительными.Правда и сам алгоритм складывания должен иметь несколько вариантов решения,на случай поломок.Или же надо будет иметь "автоматических марсовых".,на крайний вариант.

[alex_semenov]

Если бы все было так просто (только ТРИ) я бы нарисовал Вам ККД за пару недель вечерами. Как раз эти "проблемы" (но только эти) и не проблемы вовсе - решаются ленивым кивком мизинца левой ноги:
1. Магнитные подвесы с газовым резервированием, а можно и просто на краевом газовом подвесе. Трение фактически нулевое (диск диаметром 300мм, 10 кг весу, с 10 обс вращался около недели до остановки)
2. Полупроводниковая теплоизоляция - есть такая модная фича - теплопотери стакана кипятка - не более 0,1 градус/сутки.
3. Сверхпроводники, или как вариант очень высокие питающие напряжения (чтобы малый ток - как в ЛЭП)

Но смысла этого делать нет. Это не окупится здесь.
Вы не ответили прямо. Что еще? Где еще источник расхождения реальный КПД от идеальног по Карно?

[Andrew Gontchev]

Вы не ответили прямо. Что еще? Где еще источник расхождения реальный КПД от идеальног по Карно?

Принципиальное непреодолимое ограничение температуры рабочего тела.

[alex_semenov]

3) Где, наконец, рассчёт выживания ПН под напором среды на скоростях С/10..С/2 ??

Блин, я только сейчас досмотрелся что речь идет не о парусе а о ПН.
О! Это уже совсем другая истония!!!
Разрабатывайте ее сами, если хотите!
Сохранение ПН требует особой изобретательности! И спец. изучения.
Если до этого мы спорили о разгонной "ракете-насителе"  (стартовом комплексе) то теперь мы заговорили о самом выводимым на межзвездные просторы аппарате!
Нет, Это уже совсем оффтоп! Вернемся в кочегарку! К котлам и паровым турбинам!

[alex_semenov]

Принципиальное непреодолимое ограничение температуры рабочего тела.

Причем здесь температура?
У вас есть температура нагревателя 500 К и температура холодильника 280 К. Высчитывайте из этого КПД по Карно. 44% Что мешает вам построить турбину  с таким идеальным КПД?

[Кремальера]

Бомба в десятки тысяч тонн будет иметь не более 30 кг актиноидов (плутония) потому что это 6-и ступенчатый термоядерный монстр

Так вот же."Гравицапа"-это конечно хорошо.И размеры тоже.А вот насколько это искусственное солнышко можно отправить вниз(в масштабе)? И есть ли реальные похожие  многоступеньки?Кузькина Мать ведь была трехступенчатой..

[Andrew Gontchev]

Причем здесь температура?
У вас есть температура нагревателя 500 К и температура холодильника 280 К. Высчитывайте из этого КПД по Карно. 44% Что мешает вам построить турбину  с таким идеальным КПД?

Ничего не понял...44% - это "идеальный"?

[Андрей Курилов]

Вы помните сколько споров возникло на той ветке? И даже участие Alex_AV не прояснило ситуацию. Мы уперлисть с ложную физику материалов и поведения их при воздействиях высоких энергий. Вы хотите утопить и ЭТУ ветку в этом диспуте?

Насколько я помню, шанс оставался для плёнок нанометровой толщины. Но вот с толстыми объектами всё должно быть хуже. Смысл выдумывать новые прожекты, если есть лёгкий способ опровергнуть их рассчётом? Когда возникает новая звездолётная идея, нужно сразу же прикинуть самые критические места, которые навскидку угрожают быстро похоронить эту идею. Обычно это массовое число, тяга, площадь радиаторов... В случае скоростей более нескольких мегаметров в секунду - это эрозия средой.

[Проходящий Кот]

Причем здесь температура?
У вас есть температура нагревателя 500 К и температура холодильника 280 К. Высчитывайте из этого КПД по Карно. 44% Что мешает вам построить турбину  с таким идеальным КПД?

Ничего не понял...44% - это "идеальный"?

Есть такая скучная наука ---- термодинамика.

[alex_semenov]

Причем здесь температура?
У вас есть температура нагревателя 500 К и температура холодильника 280 К. Высчитывайте из этого КПД по Карно. 44% Что мешает вам построить турбину  с таким идеальным КПД?

Ничего не понял...44% - это "идеальный"?

Конечно! Мы о чем говорим? О приближении кпд РЕАЛЬНОЙ тепловой машины к  кпд ИДЕАЛЬНОЙ тепловой машины.

(500-280)/500=0.44

"Нам больше не надо!" (с)
И кстати…
(утро вечера мудреннее):

Что мешает добиться в такой турбите ЕЕ теоретического (теплового) предела КПД? Я утверждаю что ТОЛЬКО ТРИ ВЕЩИ.

1. Трени в движущихся машинах.
2. Теплове потери в коммуникациях (контакт с атмосферой котлов, теплообменников, трубопроводов) или даже утечки напрямую в атмосферу.
3. Электрическое сопротивление в обмотках генераторов.

ВСЕ!

ЕСТЬ еще один возможный источник утечки тепла. Четвертный. И я понял что Аwsislemse все же кое в чем прав по поводу того что я назвал еще одним теоретическим КПД на теоретический КПД…

4. Неудачно выбранный теплоноситель

Возьмем вот эту красивую картинку:


Простой и наглядна идиалезированный цикл (чей даже не важно).

Где кроме перечисленных  выше трех мест еще МОГУТ быть значительные потери тепла?
ВОРОВАТЬ энергию у турбины и напрямую ее отправлять в холодильник, понижая реальный КПД от идеального может  теплоноситель.
Возьмем для моего (кстати, удачно подобранного) примера разности температур воду. В нагревателе мы сообщим ей температуру 500 К (227 С). До этого (мы идеализируем) она была 280 К (3 С). То есть мы нагреваем воду на dT=220 К.
Теплоемкость воды 4 183 Дж/кг/К
Если бы это была не вода, а некий идеальный теплоноситель всегда остающийся газом с теплоемкостью воды (допустим) то в нагревателе мы затратили бы на килограмм чудо-пара:

4 183 * 220 =920 260 Дж/кг

В турбине он бы расширился и охладившись в конденсаторе до 3 С опять сжался бы в компрессоре и прошел бы через нагреватель… Мы получили бы при идеальной теплоизоляции, отсутствии трения и сопротивления идеальную паровую машину с идеальным КПД.
Но у нас же вода, настоящая вода!
А она претерпевает фазовые переходы газ-жидкость.
При 3 С вода жидкая, а при 277С - пар. Значит в нагреватели затрачивается энергия не только на нагрев но и на парообразование. А у воды эта затрата рекордная 448 000 Дж/кг.
То есть ..
448 000/(920 260+448 000) =0,327 часть всей затраченной в нагревателе энергии ушло на превращение жидкости в пар. И только 0,673 на нагрев пара.

Допустим у нас есть чудо-турбина. Тогда  3 С - это температура пара на выходе… Холодно. Но все же пар.  Кстати. Если бы мы построили такую турбину, у которой на выходе был бы еще пар при +3 С (а у реальных турбин он бы давно конденсировался на лопатках) то давление этого пара было бы как раз те самые 0.01 атмосферы, что в моей гравицапе. То есть пар на такой турбине должен расшириться в 100 раз, если на входе он был 1 амтосфера! А там наверняка было больше (при каком давлении вода кипит при 277 С? 10 Атм? 30? Значит коэфф. расш в турбине 1000-3000. Уникальная турбина!)

Теперь этот пар должен в холодильнике отдать тепло холодильнику. Ту самую долю по Карно. Будь он чудо газом - все было бы нормально.
Но он  там отдаст БОЛЬШЕ. Ибо попадет в еще меньшее давление (в расширитель теплообменника) он тут же конденсируется, начнет сливать взятые в нагревателе 0.327 часть тепла на испарение теплоносителя теперь напрямую  в холодильник. Энергия на испарение-конденсацию минует отбор в турбине! Таким образом, вместо идеального КПД в 0.44, мы получим РЕАЛЬНЫЙ КПД в 0.44*(1-0.327)= 0,144
Не более 15%! В некой идеальной паротовой машине но с реальным теплоносителем в виде воды.

То есть, я был не прав.
Действительно есть еще один "КПД". И зависит он от выбранного идиального цикла машины, в котором свойства теплоносителя - часть идеализации.

[Инопланетянин]

Но он  там отдаст БОЛЬШЕ. Ибо попадет в еще меньшее давление (в расширитель теплообменника) он тут же конденсируется, начнет сливать взятые в нагревателе 0.327 часть тепла на испарение теплоносителя теперь напрямую  в холодильник.

Из чего следует, что в холодильнике пар должен греть другой теплоноситель? С меньшей температурой кипения? Жидкий азот или метан?

[Андрей Курилов]

Рассчётный теоретический КПД даёт идеальный цикл Карно, который выглядит так:

Т.е. в идеале между 1 и 2 рабочее тело должно совершать работу изотермически. В реальности этого добиться не получится, посему КПД более термодинамического цикла, более приближённого к реальному будет значительно меньше. Далее (2->3) рабочее тело должно изоэнтропийно охлаждаться, что, опять же, в реальности практически недостижимо. Далее (3->4) идёт изотермическое сжатие рабочего тела (компрессор), которое в реальности не получается очень уж изотермическим. Ну и последнее (4->1) - это изоэнтропийный нагрев рабочего тела.

В реальности диаграмма термодинамического цикла выглядит не совсем так. Если это турбина, то это будет похоже на следующее:

КПД, определяемый площадью фигуры, соответственно тоже будет другим (очевидно, меньше).

Рассчитывать КПД из температур холодильника и нагревателя зная, что у вас турбина - детский сад. Цикл Брэйтона считается на основе коэффициента расширения в турбине - через соотношение давлений на входе и выходе:

Здесь затесалось уже "гамма" - показатель адиабаты рабочего тела. Т.е. уже появляется зависимость от свойств рабочего тела. Чем больше гамма - тем лучше. Вообще этот показатель демонстрирует "насколько газ идеален". Наиболее высок он у благородных газов и водорода. Далее идут двухатомные молекулы рабочего тела, а молекулы с большим кол-вом атомов - ещё хуже. Потому что энергия уходит в степени свободы молекул.

Пожтому углекислый газ - не очень хорошее рабочее тело. Ближе всего к идеалу гелий. Но с ним весьма тяжело обращатсья. Можно подумать над аргоном (достаточно распространён) и водородом (достаточно распространён, высокая теплоёмкость на ед. массы), на крайний случай - азот. Да, кстати, если хочется выжать побольше КПД, нужно по возможности избежать фазовых переходов. Они сильно портят КПД.

В случае водорода в качестве рабочего тела в первом контуре и соотношений давлений равному 100 получим идеальный КПД одной только турбины 65% (на гелии или аргоне до ~78%). Это очень хорошая турбина с очень хорошим отношением давлений на входе и выходе. Так-то вот.