Турбина — любое из различных устройств, преобразующих энергию потока жидкости в механическую энергию. Преобразование обычно осуществляется путем пропускания жидкости через систему неподвижных проходов или лопаток, которые чередуются с проходами, состоящими из плавниковых лопаток, прикрепленных к ротору. Если поток расположен таким образом, что на лопасти ротора действует тангенциальная сила, или крутящий момент, то ротор вращается, и из него извлекается работа.
Турбины можно разделить на четыре основных типа в зависимости от используемых жидкостей: водяные, паровые, газовые и ветровые. Хотя для всех турбин применимы одни и те же принципы, их конкретные конструкции отличаются настолько, что заслуживают отдельного описания.
Водяная турбина использует потенциальную энергию, возникающую из-за разницы в высоте между уровнем воды в верхнем бьефе и уровнем воды на выходе из турбины (в хвостовой части), чтобы преобразовать этот так называемый напор в работу. Водяные турбины — это современные преемники простых водяных колес, которые появились около 2 000 лет назад. Сегодня водяные турбины используются в основном для производства электроэнергии.
Однако наибольшее количество электроэнергии вырабатывают паровые турбины, соединенные с электрогенераторами. Турбины приводятся в движение паром, вырабатываемым либо в генераторе, работающем на ископаемом топливе, либо в генераторе, работающем на атомной энергии. Энергию, которую можно извлечь из пара, удобно выражать в виде изменения энтальпии в турбине. Энтальпия отражает как тепловую, так и механическую формы энергии в процессе течения и определяется суммой внутренней тепловой энергии и произведения давления на объем. Доступное изменение энтальпии через паровую турбину увеличивается с повышением температуры и давления в парогенераторе и с уменьшением давления на выходе из турбины.
Для газовых турбин энергия, извлекаемая из жидкости, также может быть выражена в терминах изменения энтальпии, которая для газа почти пропорциональна перепаду температуры в турбине. В газовых турбинах рабочей жидкостью является воздух, смешанный с газообразными продуктами сгорания. Большинство газотурбинных двигателей включает в себя как минимум компрессор, камеру сгорания и турбину. Обычно они смонтированы как единое целое и работают в качестве полного привода по так называемому открытому циклу, когда воздух всасывается из атмосферы, а продукты сгорания выбрасываются в атмосферу. Поскольку успешная работа зависит от интеграции всех компонентов, важно рассматривать не турбину в отдельности, а все устройство в целом, которое фактически является двигателем внутреннего сгорания. По этой причине газовые турбины рассматриваются в статье Двигатель внутреннего сгорания.
Энергия ветра может быть использована ветряной турбиной для производства электроэнергии или для перекачки воды из скважин. Ветряные турбины являются преемниками ветряных мельниц, которые были важными источниками энергии с конца Средневековья до XIX века.
