Новое топливо для космоса

Теги:космос
 
1 2 3 4 5 6 7

RSR13

втянувшийся
Serge77>Попробовал правильно (как мне кажется) посчитать в PROPEP.
Serge77>Для этого в данных по теплоте образования графита учёл теплоту плавления (её нужно вводить в Кал/г):
Serge77>Теплота плавления графита 10,5 Мдж/кг = 10,5 / 4,19 МКал/кг = 2,506 МКал/кг = 2506 Кал/г.
Serge77>Плотность взял как у твёрдого, здесь ошибка наверное небольшая, да и на расчёт УИ это не влияет.
Serge77>Для жидкого водорода в PROPEP теплота образования минус 1068 Кал/г, т.е. учтена теплота испарения жидкости. Этой величины в своих расчётах RSR13 не учитывает. Или предполагается использование газообразного водорода?
Serge77>Задал исходную температуру 4200К. Трудно сказать, считает ли программа, что и жидкий водород тоже будет иметь такую температуру, но уж графит - точно. Во всяком случае, даже если и водород считается при такой температуре,то УИ это завысит, а не занизит.


Верно , теплоту испарения жидкого водорода я не учитывал , хотя надо было :)

Куски графита вылетать не будут :) Будет черный дым от сажи :) Поведение микрочастиц в потоке газа не сильно отличается от поведения газа с аналогичной молекулярной массой. Например , при расчете твердого топлива ПХА + алюминий в выхлопе будет значительное содержание твердого дыма оксида алюминия.

Если ты задал температуру графита 4200 , то программа должна была вычислить среднюю температуру при смешении компонентов.

Как я понял УИ при всех издержках будет около цифры 400 сек.

Это неплохо , к тому же есть резерв - это перегретая жидкость тройная смесь тв.+жидк.+пар в реальном эксперименте удерживалась при температуре 4800 кельвинов , при средней плотности 1,4 г/см3. Давление 120 атм.
С ростом температуры удержания углерода возрастает процентное количество плотного пара в тройной смеси , а теплота испарения углерода 59,5 Мдж/кг значит возрастет начальный энергозапас.

По поводу технических проблемм ввода топлива в КС и смешения. Графит сильно электропроводен , поэтому все перемещения его можно осуществлять магнитным полем , вплоть до распыления в КС. Если поле высокочастотное , то может быть реализован вариант безопорного движения по трубам.




 
Это сообщение редактировалось 29.10.2004 в 13:44
RU RSR13 #29.10.2004 14:13  @Андрей Суворов#29.10.2004 10:44
+
-
edit
 

RSR13

втянувшийся
RSR13>>> V=корень(2Cp*T) (1)
Serge77>>Вот эта формула меня сильно беспокоит. Наверное она верна для ГАЗОВ ? Наверное для ЖИДКОГО или тем более ТВЁРДОГО графита она не подходит, ведь он не будет никуда истекать ?
Serge77>>А весь расчёт основан на том, что и графит истекает:
А.С.>Совершенно верно - при расширении газов в сопле температура их падает одинаково для всех составов. Твёрдые частички не будут отдавать энергию, кроме как излучением, поэтому их температура окажется заморожена на 3700К (или сколько там в расчёте?)
А.С.>Именно поэтому добавка алюминия в РДТТ сильно лимитирована.
А.С.>Но это только половина апельсина. При конденсации атомарного углерода образуются агрегаты типа С6, С8, С10, и им подобные. Они летучи при температурах порядка 2000 кельвинов, и образуют псевдогаз, который участвует в расширении, но повышает среднюю молекулярную массу продуктов истечения до ~100
А.С.>Вот если бы окислить углерод до СО... Но водород до Н2О окислится первым...[»]

Я понял вашу мысль :) Сравните два варианта :
Пусть у вас есть водородная пушка стреляющая снарядами их графита.
Снаряд весом в 1 кг , при заданном энергоподводе разгоняется до скорости N
При этом расширяется совершая работу только водород.
Теперь вы взяли и заменили 1 кг графита на 1 кг вольфрама.
Изменится ли скорость снаряда при том же энергоподводе ?
А если заменить вольфрам на 1 кг полимера с молекулярной массой 1000000 ?


2. Теплообмен между частичками и газом будет не только излучением , но и псевдо жидкостным (как в кипящем слое) Свободная поверхность микро частичек графита колоссальна :)

Приведу еще один пример :) Известен процесс сжатия газов с промежуточным охлаждением введенными твердыми частицами теплоаккумулятора. Сжатие происходит в термодинамически более выгодных условиях , чем просто сжатие газа.
В машинах замкнутого цикла и расширение газа с совершением работы в условиях нагрева газа твердыми частицами теплоаккумулятора , тоже происходит в термодинамически более выгодных условиях , чем просто расширение газа :)
Получается , что твердый балласт это совсем не так плохо :)

А теперь посчитаем наиболее невыгодный случай !!!

Предположим , что теплообмен между водородом и графитом есть только до критического сечения сопла , а после критического сечения вылетает один водород и лишь потом мы подмешиваем в струю водорода графитовые кирпичи .

Тогда температуру водорода в КС возмем расчетную по пропорции Т=3751 кельвинов.
При этой температуре водород в сопле лаваля приобретет скорость V=корень(2Cp)=корень(2*14580)=10458,7 м\с.
Затем подмешиваем кирпичи и составляем уравнение обмена импульсом.
m1V1=m2V2
или 0.3*10458,7=0.7*V2 откуда V2= 4482.3 м\с

Но ведь отсутствие теплообмена невозможно !!! А это значит , что Cp водорода (14580дж\кг*к) мы взяли неправильно !!!
Реальное значение должно быть выше на величину вклада теплоты частиц графита. А оно пропорционально процентному содержанию графита и его теплоемкости.

Но и простого теплообмена недостаточно , потому , что есть разница в способе ускорения кирпичей. Либо мы разгоняем водород и потом его тормозим об балласт , либо мы разгоняем водород и балласт одновременно. Во втором случае частицы графита не дадут водороду расшириться раньше времени не совершив работы сил давления по ускорению балласта.


 
Это сообщение редактировалось 29.10.2004 в 15:48
+
-
edit
 

valture

опытный

можно расплавить Литий и нагреть до 1200 градусов - при этом получится 5.0-5.5 МДж\кг а затем сжигать его например в перекиси(или в аммиаке -Литий будет реагировать с образованием Li3N и H2).....
 

RSR13

втянувшийся
Еще интересная особенность смеси дыма графита с газом водородом :)
Посчитал критическую скорость в критическом сечении РД.
Wкр=корень(2(k/k+1)RTторможения) естественно дым графита не снижает скорости звука в водороде.
Получилось Wкр=корень2(1.4/2.4)4160*3751)=4266,8 м\с
Это значит , что значительную скорость смесь может получить в сужающейся части сопла , при более выгодных условиях теплообмена.
То есть теплосодержание графита пойдет на ускорение дыма графита до скорости звука в водороде.
Теоретически в крит. сечении должна была бы установиться температура
Ткр=2/(к+1)*Тторм. Ткр.=2/2.4*3751 = 3125,8 К Но это лишь в том случае , если теплосодержания графита хватит на ускорение смеси до Wкр и подогрев водорода одновременно.
В любом случае , балласт дает возможность разгонять смесь в более выгодных условиях до критического сечения , хотя бы потому , что нет потерь , на излучение.
После прохождения критического сечения , водород начнет расширяться доускоряя себя самого и графитовый дым в соответствии с оставшимся в смеси теплосодержанием :)

Дополнение к вопросу , о том , что лучше иметь в качестве балласта к горячему водороду , килограмм кирпича или килограмм газа.

На ум пришел мысленный эксперимент :
Представьте , что экспериментатор надел на руку упругую резиновую перчатку. Теперь его кулак будет имитировать горячую молекулу водорода.
Пусть перед кулаком висят :
1. графитовый кирпич массой 1 кг.
2. резиновый мячик наполненный водородом массой 1 кг.

Сильный удар кулаком в цель и графитовый кирпич отлетает на замеряемое расстояние S1 со скоростью V1
Второй удар кулаком в мячик и мяч отлетает на замеряемое расстояние S2 со скоростью V2.

Теперь принципиальный вопрос термодинамики , что дальше улетит твердый кирпич или упругий мяч ?
 
Это сообщение редактировалось 29.10.2004 в 20:57
+
-
edit
 

avmich

координатор

:) Вы, конечно, шутите, RSR13 .
 
RU вантох #29.10.2004 18:12
+
-
edit
 

вантох

опытный

А если просчитать комбинацию кислород плюс водород и в камеру их сгорания лить этот самый горячий графит, все компоненты в эквиваленте пары кислород - керосин по массе. Тогда тепло графита целиком пойдет на догрев продуктов сгорания и выхлоп будет стандартным по составу(со2 и н2о), только горячее.
Это просто в нынешних условиях такие методы не применяются, но вообще они есть.  

RSR13

втянувшийся
avmich>:) Вы, конечно, шутите, RSR13 .[»]

Шучу :))))

 
+
-
edit
 

Mathieus

втянувшийся

С интересом прочитал данный топик.
2 RSR13 : привыкайте для скорости истечения использовать формулу U=sqrt(2*delta_H) , где delta_H - разница энтальпий рабочего тела . Тогда автоматически отпадают вопросы со скоростью истечения многофазных течений (их энтальпия - вообще нетривиальная вещь, а про скорость звука я вообще молчу) и расширением газа до нулевых температур.

Что вообще до аккумуляторов энергии , тут первым делом надо озаботиться не столько о УИ , сколько о методе хранения. Поосторожнее с цифрами . 4200 К , 120 атм - это конечно хорошо , но одно дело жидкий графит в термометрической бомбе , а другое - в ракете. Современная космонавтика например способна использовать объемы в десяткии сотни кубометров максимум до давлений в 10-20 атм. Дальше массовое совершенство ступени слишком негодно для практического использования.

Еще пару соображений общего характера . Как нетрудно показать для "аккумуляторной" схемы , где рабочее тело и энергоноситель не одно и тоже , существует оптимальное соотношение . Пусть есть условно энергоемкий 'графит' и 'водород' с большой скоростью истечения. Тогда эффективный УИ определяемый как тяга получающаяся при использовании 1 кг смеси из х процентов 'графита' и 100-х процентов 'водорода' достигает максимума при х=50%. В реальном случае это надо еще учесть кпд ракетного двигателя как тепловой машины, то есть где-то 0.6-0.7
Такая система была бы целесообразна для комбинации высокоэнергетичного соединения с большой молекулярной массой и чего-то вроде водорода. Как показывают расчеты , для обычных химических веществ с энтальпиями образования 20-30 МДж/кг + водород предельные импульсы будут в пределах 450-510 с. Не столь впечатляющий результат , чтобы заморачиваться с многокомпонентными топливами.

Вообще по сути дела никто экзотикой толком не занимался. Вот какие-нибудь свободные радикалы. Всем достаточно очевидно что у них большой УИ и еще более очевидно что они срекомбинируют за миллисекунду , а как хранить непонятно . И на этом все заканчивается. Не знаю не одного подробного исследования этого вопроса . Чтоб с развитой теорией , грамотными моделями имеено применительно к РД Трагедия в том что у ракетчиков нет нужных знаний , а у физиков теоретиков - никакого интереса к этому вопросу. И поэтому никакой революции в космонавтике не будет . Разве что лет через -цать какой-то теоретик решая уравнение шредингера вариационным методом найдет уникальную конфигурацию спин-ориентированных радикалов и догадается сообщить об этом заинтересованным людям
 
EE Татарин #06.12.2004 08:46
+
-
edit
 

Татарин

координатор
★★★☆
Интересно, что нагретый графит как аккумулятор энергии для РД никто не игнорирует.
Вот есть, например, такой проект: "Mars Gas Hoper".



Правда, старт не с Земли, а с Марса, графит не плавленный, а лишь нагретый, не водород, а СО2, и не в космос, а лишь подпрыгнуть... :)

Но все же.
Херофобия - это иррациональный, неконтролируемый страх или тревожное переживание в момент предстоящего, а также существующего веселья. А вовсе не то, о чём Вы подумали.  

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★
"Только не слесарь Иванов, а психиатр Рабинович, и не в лотерею, а в преферанс, и не "Волгу", а сто рублей, и не выиграл, а проиграл" :D
 
EE Татарин #06.12.2004 14:11  @Fakir#06.12.2004 10:34
+
-
edit
 

Татарин

координатор
★★★☆
Fakir>"Только не слесарь Иванов, а психиатр Рабинович, и не в лотерею, а в преферанс, и не "Волгу", а сто рублей, и не выиграл, а проиграл" :D[»]
Да-да... и я о том же. :)

Но ведь принципиально применимо. И для конкретного случая получается много выгоднее альтернатив.
Херофобия - это иррациональный, неконтролируемый страх или тревожное переживание в момент предстоящего, а также существующего веселья. А вовсе не то, о чём Вы подумали.  
RU RSR13 #10.12.2004 14:39  @Татарин#06.12.2004 14:11
+
-
edit
 

RSR13

втянувшийся
Татарин>Но ведь принципиально применимо. И для конкретного случая получается много выгоднее альтернатив.[»]

Совершенно правильно ! За время простоя авиабазы , я разобрался с некоторыми ошибками и оказалось , что ошибки не фатальны :)
Во первых лучше вернуться к первой предложенной мною схеме , жидкий кислород + метанол 30% Жидкий графит с большой долей паровой фазы 70 %
Сначала сгорает метанол в кислороде , а затем газ смешивается с паром и коагулянтом графита.
Окончательными продуктами реакции являются СО , Н2 , С и СН ...СН2...СН4 Причем доля газовой фазы около 60% !
Все перемещения графита в баках и трубопроводах из углеродного волокна , осуществляются магнитным полем . Т.к. графит сильно электропроводен. Давление 120 атм для сферических баков из высокомодульного волокна , вполне реальная вещь. Тепловая защита абляцией углеволокна.
УИ по более точному расчету ( здесь не привожу) с учетом потерь не менее 4800 сек.
 
AD Реклама Google — средство выживания форумов :)
+
-
edit
 

RSR13

втянувшийся
Mathieus>С интересом прочитал данный топик.
Mathieus>2 RSR13 : привыкайте для скорости истечения использовать формулу U=sqrt(2*delta_H) , где delta_H - разница энтальпий рабочего тела .
  • Совершенно согласен . Достаточно точный проверочный расчет , но требует учета КПД преобразования энергии в скорость струи.
  • **

    Современная космонавтика например способна использовать объемы в десяткии сотни кубометров максимум до давлений в 10-20 атм. Дальше массовое совершенство ступени слишком негодно для практического использования.
  • Вы забыли про РДТТ с давлением в камере более 100 Атм.
  • Как показывают расчеты , для обычных химических веществ с энтальпиями образования 20-30 МДж/кг + водород предельные импульсы будут в пределах 450-510 с.

    *****22 МЖД/кг только у бериллия , у остальных веществ меньше.
    Водород , не участвующий в экзотермической реакции - является балластом .
    Водород как раз и явился ошибкой , в двигателе с применением графита.


    Трагедия в том что у ракетчиков нет нужных знаний , а у физиков теоретиков - никакого интереса к этому вопросу. И поэтому никакой революции в космонавтике не будет . Разве что лет через -цать какой-то теоретик решая уравнение шредингера вариационным методом найдет уникальную конфигурацию спин-ориентированных радикалов и догадается сообщить об этом заинтересованным людям[»]

    ****Революция будет :) Только не в виде ракетных двигателей с топливом на борту , а при использовании внешнего подвода энергии.


     
    1 2 3 4 5 6 7

    в начало страницы | новое
     
    Поиск
    Настройки
    Твиттер сайта
    Статистика
    Рейтинг@Mail.ru