Повысит ли эффективность газовой турбины отвод тепла от компрессора и добавление тепла к турбине?

TL;DR: Вы абсолютно правы!

ваши основные рассуждения верны. Термодинамическое преимущество может иметь (промежуточное) охлаждение компрессора и предварительный/повторный нагрев турбины.

Препятствия находятся в инженерной и коммерческой сфере.

• Инженерия: проектирование теплообменников, которые являются небольшими, легкими и с низкими потерями.
• Коммерческий: снижение затрат.

В настоящее время я знаю только об одной европейской исследовательской программе ( NEWAC) , направленной на преодоление этих препятствий, но я уверен, что есть и другие.

Следующая иллюстрация взята с домашней страницы NEWAC:

Подобный отвод тепла иногда осуществляется в газотурбинных двигателях не за счет охлаждения компрессора во время работы, а за счет использования изобарического промежуточного охладителя между компрессорами низкого и высокого давления. Эти типы конфигураций распространены в промышленных газовых турбинах, используемых для производства электроэнергии, морских силовых установок и других приложений, где дополнительный вес не является такой большой проблемой, как с авиационными газовыми турбинами.

Что касается добавления этой извлеченной тепловой энергии обратно в поток газа через секцию турбины, это было бы невозможно, поскольку температура на выходе из компрессора составляет около 450 ° F, а выхлопные газы выходят при температуре около 1000 ° F, что предотвращает возврат тепло компрессора в секцию турбины для дополнительной мощности. Обычно выхлоп интеркулера просто выбрасывается в атмосферу.

Чаще всего газовые турбины используются в электростанциях с комбинированным циклом, которые используют тепло выхлопных газов газовой турбины для питания водяного котла, приводящего в движение паровую турбину и вторичный генератор. Некоторые из термодинамических циклов, используемых в этих системах, могут быть весьма сложными и могут достигать эксергетической эффективности более 60%, что делает их самыми эффективными тепловыми двигателями на планете.

Повысить КПД газовой турбины можно двумя способами: охлаждая воздух перед входом в компрессор или нагревая воздух после выхода из компрессора. Следовательно, это возможно с внутренним теплообменником - если тепло течет противоположно тому, что предусмотрено в OP: от горячих выхлопных газов к воздуху, подаваемому компрессором.

Из статьи в Википедии о цикле Брайтона (это то, что происходит внутри газовой турбины):

Рекуператор [14] — если цикл Брайтона выполняется при низком перепаде давления и сильном повышении температуры в камере сгорания, выхлопной газ (после последней ступени турбины) все еще может быть горячее сжатого входящего газа (после последнего сжатия). ступень, но перед камерой сгорания). В этом случае можно использовать теплообменник для передачи тепловой энергии от выхлопных газов уже сжатому газу до того, как он попадет в камеру сгорания. Передаваемая тепловая энергия эффективно повторно используется, что также повышает эффективность.

Обратите внимание, что тепло должно подаваться после компрессора/перед камерой сгорания. Из той же статьи:

Передача тепла от выхода (после последней турбины) к входу (перед первой ступенью компрессора) снизит эффективность, поскольку более горячий воздух на входе означает больший объем, а значит, больше работы для компрессора.

В связи с этим охлаждение воздуха перед подачей в компрессор повышает эффективность. Добавление тепла после турбины снижает эффективность, но увеличивает тягу, как показывают форсажные камеры.