Солнечная двигательная установка

pokos

Т.е. более лёгкий двигатель с большей тепловой мощностью в тепловом расчёте не нуждается?

 

Нуждается, конечно. Но там были проведены и расчёты, и стендовые испытания. Всё чисто.

Тогда я с чистой совестью могу утверждать, что более тяжёлый двигатель с тепловой мощностью более чем в три раза меньшей заведомо может быть реализован без существенных инженерных проблем.

 

Вы опять забываете о существенной разнице в картине теплопереноса...

Теперь, что касается веса. Вес - это почти в чистом виде ресурс, поэтому бОльший вес солнечного двигателя существенным недостатком можно не считать, всё равно рабочее тело гораздо больше весит.

 

Для рассматриваемых задач масса рабочего тела того же порядка - несколько тонн.

Кстати, для РД ещё и окислитель нужен, так что картина ещё более интересная.

 

А при чём тут вообще окислитель?

Вы опять забываете о существенной разнице в картине теплопереноса...

 

Не забываю. А также не забываю о существенных различиях в конструкции, в частности, в ассортименте применяемых материалов.

А при чём тут вообще окислитель?

 

Ещё несколько тонн.

Да, именно в этом.
Если точнее - в том, какая температура будет у внутренней поверхности пластины при внешней температуре Т1, какой будет через неё идти тепловой поток, каковы будут градиенты температуры.

 

АГА!!!! Старый спор Тепловые потоки в СТРД совершенно идентичны таковым в ТфЯРД
Потому как ГДЕ именно тело возникает тепло - внутри ТВЭла, как в ТфЯРД, или на поверхности пластин теплообменика, как в СТРД без разницы - теплообмен с водородом всегда идет только на поверхности теплообменного элемента Процесс идущий в ТВЭЛах ТфЯРД, а именно теплопередача от сердечника к повехности, нас в СТРД уже конечно не интересует(а он ооочень интересовал констукторов ИВ-1, так как ТВЭЛы могли просто поплавиться), а интересует новый процесс -поглощение солнечного излучения (видимый, ИК и УФ) пластинами теплообъменника. Так, как мы считаем, что конструкция теплообменника является аналогом "абсолютно черного тела"(проще говоря -шар с дыркой не выпускающий излучение изнутри в наружу) то остается единственная проблема - можем ли мы сконцентрировать на входном сечении теплообменика достаточную мощность? Принципиально - никаких проблем

Ник

Ну ёлы!!!
При всё моём глубоком уважении к присутствующим, я сейчас уже не сдержусь!!!

[срыв on]
Ламерство какое-то попёрло! Вы вообще уравнение теплопроводности себе представляете?! Какой градиент температуры должен быть, чтобы через ограниченную площадь пропихнуть 60 МВТ, при том, что нагрев идёт только с поверхности - представляете?! Какая у той внешней поверхности должна быть температура, чтобы на внутренней получилось 3000 - представляете?!
Да херня это полная!
[срыв off]

Ф-фух... Извиняюсь, наболело...
Надеюсь, что никто всерьёз не обиделся...

Вы вообще уравнение теплопроводности себе представляете?! Какой градиент температуры должен быть, чтобы через ограниченную площадь пропихнуть 60 МВТ, при том, что нагрев идёт только с поверхности - представляете?!

 

Не знаю, как кто, а я всё это представляю. Также представляю себе, как сделать теплообменную поверхность достаточной площади. И ещё, представляю как сделать разогрев излучением вовсе без поверхности. А ещё я знаю, что твердотельный ядерный двигатель работал на стенде. И ему не мешало наличие теплопереноса только с поверхности. Мы же не требуем, чтобы размеры солнечного двигателя были равны размерам РД. Даже его массу мы допускаем в разы больше. При мощности меньше в разы же!
Единственно, с чем согласен, так с тем, что более-менее точный расчёт - задача весьма сложная.

pokos

Также представляю себе, как сделать теплообменную поверхность достаточной площади. И ещё, представляю как сделать разогрев излучением вовсе без поверхности.

 

Ну тогда вы должны представлять, и сколько всё это будет весить при заданных параметрах
А если, когда речь шла о поверхности достаточной площади, вы подумали об оребрении - то тут оно не поможет.

А ещё я знаю, что твердотельный ядерный двигатель работал на стенде. И ему не мешало наличие теплопереноса только с поверхности.

 

Нет, вы недопоняли. Там же он был не только с поверхности как раз. Да, сам водород нагревается только от поверхности. Но! Цилиндрический ТВЭЛ греется изнутри, а теплообмненник СДУ - прогревается с поверхности.

Мы же не требуем, чтобы размеры солнечного двигателя были равны размерам РД. Даже его массу мы допускаем в разы больше. При мощности меньше в разы же!

 

Ну если вы говорите о более тяжёлом и более слабом (заметно более тяжёлом, заметно более слабом, и не таком уж простом) - то да, нечто такое сделать будет можно. Но зачем заявлять такую железяку в качестве альтернативы ЯРД?

А при чём тут вообще окислитель?

 

Ещё несколько тонн.

 

Мы говорим о высокоимпульсных РД. Нет там никакого окислителя.

Ну ёлы!!!
При всё моём глубоком уважении к присутствующим, я сейчас уже не сдержусь!!!

Ф-фух... Извиняюсь, наболело...
Надеюсь, что никто всерьёз не обиделся...

 

Не надо нервничать! Лучше подумать
Мы имеем классическую задачу - передача тепла от твердого тела к потоку газа. ТОЧКА!(наболело! )
И мы точно знаем что ЭТА ЗАДАЧА ПРИ НЕОБХОДИМОМ ПОТОКЕ И ТЕМПЕРАТУРЕ ГАЗА УЖЕ БЫЛА РЕШЕНА, как минимум один раз, и экспериментально.

Ник

---

Нет, вы недопоняли. Там же он был не только с поверхности как раз. Да, сам водород нагревается только от поверхности. Но! Цилиндрический ТВЭЛ греется изнутри, а теплообмненник СДУ - прогревается с поверхности.

 

То, что ТВЭЛ греется "изнутри" это его проблема! И большая, кстати -так как необходимо еще и организовать теплоперенос ВНУТРИ ТВЭЛа! И причем ТВЭЛ может быть только из одного материала(карбида урана) иначе это не ТВЭЛ И только одной определенной формы(длинный цилиндр) иначе не будет актзоны...
И ЭТА ЗАДАЧА ДЛЯ МОЩНОСТИ 63МВт БЫЛААААА РЕШЕНА!
В нашем случае теплоопроводность материала теплообменника не интересует вообще - например, если она мала, то для предотвращения его мехразрушения, можно плавно греть его хоть час до достижения нужной температуры.

Ник

ДРУГАЯ ЗАДАЧА БЫЛА РЕШЕНА!!! ДРУ-ГА-Я!!!

КОРОЧЕ...
Вы согласны, что ТфЯРД с реактором ИВ-1(11Б91-ИР-100, размер внутренней полости, включающей в себя актзону, D578мм*L800мм) можно считать аналогом нагревательной камеры СТРД?

Если нет - то конкретно - ПОЧЕМУ? Не на интутивно-эмоциональном уровне, а конструктивно.

Ник

Ну тогда вы должны представлять, и сколько всё это будет весить при заданных параметрах

 

Конечно, представляю. Сама камера будет весить не больше, чем активная зона ТфЯРД при той же термонапряжённости. К тому же, Вы упускаете из виду простой факт: греть солнечным излучением можно не сквозь теплопроводящую стенку а сразу сторону стенки, контактирующую с рабочим телом.

А если, когда речь шла о поверхности достаточной площади, вы подумали об оребрении - то тут оно не поможет.

 

Ваш дар телепатии ещё недостаточно развит. Я подумал о термостойкой прозрачной керамике и о способах разделения механических и температурных нагрузок.

Нет, вы недопоняли. ....Да, сам водород нагревается только от поверхности. Но! Цилиндрический ТВЭЛ греется изнутри, а теплообмненник СДУ - прогревается с поверхности.

 

Ну, я как раз допонял. Если Вы недопоняли, то уточняю. Нет принципиальных сложностей сделать похожую схему и в СРД, только греть ТВЭЛы изнутри не осколками деления, а излучением. Дополнительно поясняю, что я НЕ предлагаю использовать такую схему в реальности, а привожу её только для наглядности. Такая схема - экстенсивный путь. А есть ещё путь интенсивный.

Но зачем заявлять такую железяку в качестве альтернативы ЯРД?

 

Чтобы "зелёные" спали спокойно во время запусков носителей таких штук.

Нет, вы недопоняли. ....Да, сам водород нагревается только от поверхности. Но! Цилиндрический ТВЭЛ греется изнутри, а теплообмненник СДУ - прогревается с поверхности.

 

Ну, я как раз допонял. Если Вы недопоняли, то уточняю. Нет принципиальных сложностей сделать похожую схему и в СРД, только греть ТВЭЛы изнутри не осколками деления, а излучением. Дополнительно поясняю, что я НЕ предлагаю использовать такую схему в реальности, а привожу её только для наглядности. Такая схема - экстенсивный путь. А есть ещё путь интенсивный.

Но зачем заявлять такую железяку в качестве альтернативы ЯРД?

 

Чтобы "зелёные" спали спокойно во время запусков носителей таких штук.

 

Fakirнаверное:
1. Занят
2. Обиделся(устал)
3. Понял, что неправ
Посмотрим

Вот ссылочка на очень интересный солнечный МГД-генератор Not Found
Там интересно то, что рабочий газ не только нагревается, но и ионизируется потоком солнечного света(УФ его частью). Но это так - офф-топ.
Вообще идея греть водород ЧЕРЕЗ СОПЛО тоже неплоха

Ник

Вообще идея греть водород ЧЕРЕЗ СОПЛО тоже неплоха

 

Дык, это часть интенсивного пути! Не греть, а догревать, причём, прямо в критике, вдали от стенок. Более того, это соответствует принципу противотока, чего как раз и нету в ТфЯРД.

Вообще идея греть водород ЧЕРЕЗ СОПЛО тоже неплоха

 

Дык, это часть интенсивного пути! Не греть, а догревать, причём, прямо в критике, вдали от стенок. Более того, это соответствует принципу противотока, чего как раз и нету в ТфЯРД.

 

Водород вообще то ПРОЗРАЧЕН, он от света не нагреется Это в прелагаемом МГД-генераторе УФ-компонента излучения Солнца ИОНИЗИРОВАЛА газ(а вернее пары цезия в нем) и степень ионизации оказывалась выше, чем при простом нагреве.
А нам только греть надо
Вообщем еще раз -это классическая задача теплообмена между твердым телом и газом. И она решена не только теоритически, не только на практике, но и в ближайшем аналоге СТРД -ТфЯРД. Или кто то думает, что мощность в 60МВт я с потолка взял

Хотя - в крайнем случае делим ВСЁ на 10, и получаем , даже при той же массе двигателя, тягу в 100кг. И тогда разгоняем груз массой в 12 тонн, на том же кол=ве водорода не минуты-секунды, а часы. Но это все равно несравнимо с МЕСЯЦАМИ разгона для ЭЯРД.
И без шума(в СМИ) и пыли(радиоактивной)

Ник

---

А позиция Fakir-а видимо основана на его представлении о том, КАК работает СТРД. Которое не совпадает с нашим (в смыле Вашем и моем)\

Надо ЧЕРТЕЖИК приложить

Ник

Водород вообще то ПРОЗРАЧЕН, он от света не нагреется Это в прелагаемом МГД-генераторе УФ-компонента излучения Солнца ИОНИЗИРОВАЛА газ(а вернее пары цезия в нем) и степень ионизации оказывалась выше, чем при простом нагреве.

 

Я намекал про нагрев без стенки.... но есть и минус - ионизация жрёт энергию. Тут задача сугубо счетная.

Ну, во-первых, ТВЭЛы были не из карбида урана, а из карбидной композиции (карбид урана-карбид вольфрама-карбид тантала). Выбор материала для теплообменника тоже небогат.

Во-вторых, из графита теплообменник делать нельзя - графит при таких температурах в водороде растворяется. Даже из карбидов при такой температуре и давлении углерод улетучивается. Для предотвращения этого были приняты разные меры, например, в водород добавляли гептан.

В-третьих, приведённая толщина ТВЭЛов была меньше полумиллиметра, т.е. для любого места длина пути до поверхности была меньше полумиллиметра. Это значит, что толщина стенки теплообменника должна быть не больше (вместе с высотой рёбер, если таковые будут присутствовать).

В-четвертых, площадь теплообмена в реакторе превышала 50 квадратных метров, которые нужно набрать гладкой стенкой без гребней, ибо теплопроводность гребней недостаточна.

В-пятых, в реакторе не требовалось сохранение целостности отдельных ТВЭЛов, нужно было лишь, чтобы куски их не меняли сильно гидравлическое сопротивление каналов. Часть ТВЭЛов действительно растрескивалась и субмиллиметровые частицы могли вылетать наружу. Что с этим делать в теплообменнике - ума не приложу.

Ну, во-первых, ТВЭЛы были не из карбида урана, а из карбидной композиции (карбид урана-карбид вольфрама-карбид тантала). Выбор материала для теплообменника тоже небогат.

Во-вторых, из графита теплообменник делать нельзя - графит при таких температурах в водороде растворяется. Даже из карбидов при такой температуре и давлении углерод улетучивается. Для предотвращения этого были приняты разные меры, например, в водород добавляли гептан.

В-третьих, приведённая толщина ТВЭЛов была меньше полумиллиметра, т.е. для любого места длина пути до поверхности была меньше полумиллиметра. Это значит, что толщина стенки теплообменника должна быть не больше (вместе с высотой рёбер, если таковые будут присутствовать).

В-четвертых, площадь теплообмена в реакторе превышала 50 квадратных метров, которые нужно набрать гладкой стенкой без гребней, ибо теплопроводность гребней недостаточна.

В-пятых, в реакторе не требовалось сохранение целостности отдельных ТВЭЛов, нужно было лишь, чтобы куски их не меняли сильно гидравлическое сопротивление каналов. Часть ТВЭЛов действительно растрескивалась и субмиллиметровые частицы могли вылетать наружу. Что с этим делать в теплообменнике - ума не приложу.

 

Во-1х теплообменник может быть из любого материала Чем он более тугоплавок -тем выше Иу. В конце концов можно удовольствоваться например просто вольфрамом Предложенный мной карбид тантала(и композиции из него) наиболее термопрочные и тугоплавкие -их рабочая температура, при отсутвии значительных механических нагрузок, до 4000⁰ К. Если же нет -то и суда нЭт - делаем из карбида вольфрама и добавляем тот же гептан.

Во-2х --о графите и речь не идет!

В-3х - это разве проблема СТРД? А то происходит перекладывание с больной головки на здоровую Надо 0,5 мм? Почему нет?

В-4х -50 м² говорите? O'k!

В-5х - и что? Почему из теплообъменника, если уж он у нас будет такой же кривой как и ТВЭЛы не вылетать тем же частицам?

Вообще создатели ИВ-1 решили уйму проблем -и решили красиво. Тех ограниченийЮ, что у них, у нас нет -нам не надо бороться за строгую геометрию актзоны(почему теплообменник не может быть любой формы?), не надо работать с ураном, не надо учитывать нейтроные потоки, не надо... Вообщем такое число не надо, что пальцы болят...

Ник

Андрей, как всегда, конструктивно. С моей стороны:
1. Согласен, что выбор материалов невелик, но он всё же больше, чем в ТфЯРД.
2. Про углерод в водороде - довольно известный факт. Методы борьбы те же, что и в ТфЯРД.
3. Хорошо подходят пластины вместо стержней. Приведённую толщину можно свести к микронам, если греть водород не сквозь стенку, а подавать излучение с той же стороны, писал уже.
Более того, возможен инверсный вариант - каналы в прозрачной термостойкой керамике с поглощением излучения преимущественно на поверхности каналов. Что это сулит, с разбегу сказать трудно.
4. Площадь можно и увеличить, снизив термонапряжённость, несколько пожертвовав массой. Гребни отметаем сразу, это очевидно. С растрескиванием ровно такая же проблема как и в ТфЯРД. Однако, ни уран, ни углерод не являются обязательными компонентами материала теплообменника.
5. Система регулирования мощности внутри теплообменника нам не требуется - дополнительное конструктивное преимущество.

В заключении. В точности повторять схему ТфЯРД нет никакой необходимости, более того, даже вредно. Например, догревать частично ионизированный водород можно чисто излучением, чего в ТфЯРД достичь крайне тяжело. Это снижает тармонапряжённость и, соответственно, уменьшает массу.

Температура ВСЕХ поверхностей теплообменника должна быть возле входа в сопло 3000К. Это исключает применение прозрачной керамики. Иначе температура водорода тоже будет не 3000К, а средней по палате.

Дальше. Что-то должно держать давление при такой температуре и толщине стенок в 1 мм. Или как? Хотя бы пол-атмосферы, чтоб было чему в сопле расширяться.

Ну нарисуйте мне схему, где прозрачные стенки относительно холодные, но при этом горячий газ их не омывает, а холодный - в сопло не попадает! Только в этой схеме можно не бояться растрескивания передающей тепло поверхности. Если у неё со всех сторон 3000 градусов и водород под одинаковым давлением.

Ну нарисуйте мне схему, где прозрачные стенки относительно холодные, но при этом горячий газ их не омывает, а холодный - в сопло не попадает! Только в этой схеме можно не бояться растрескивания передающей тепло поверхности. Если у неё со всех сторон 3000 градусов и водород под одинаковым давлением.

 

Тупо -шар диаметром 4 метра - лабораторная модель АЧТ. Внешняя оболока стальная, внутренняя из бронзы, с миллиметровым покрытием из карбида тантала. Два отверствия - входное для излучения, закрытое прозрачной крышкой, по периметру которого подается водород и выходное с соплом.
Жидкий водород подается в межстеночное пространство, охлаждает внутренню стенку, закипает, газ расширяется на турбине ТНА и подается в камеру.

Ник

водород в основном прозрачен - но только в стабильной среде ...
если создать в обьеме неоднородности (по плотности или
вихревые потоки ) его прозрачность может сильно
уменьшится ...

А возможна ли такая схема: быстрый проток водорода через полость, в которой у стенок в застойной зоне крутятся вихри с сажей?
Сажа - из второго малорасходуемого компонента, который специально поставляется в эти закутки.

[attachmentid=25167]

Смысл в том, чтобы стенки никогда не нагревались бы до 3000К (4000К..5000К.. ), а теплообмен происходил бы в объеме газа.

Этакие "солнечные фантазии на тему ГФЯРД".

П.С. Прошу прощения за качество рисунка.

наверное можно закрутить поток так ,чтобы центробежное ускорение
прижимало частицы сажи(или другого поглотителя - за счет большей ,
чем у водорода плотности ) к прозрачной стенке - что
препятствовало-бы преждевременному выносу их из РД...

Ну нарисуйте мне схему, где прозрачные стенки относительно холодные, но при этом горячий газ их не омывает, а холодный - в сопло не попадает! Только в этой схеме можно не бояться растрескивания передающей тепло поверхности. Если у неё со всех сторон 3000 градусов и водород под одинаковым давлением.

 

Тупо -шар диаметром 4 метра - лабораторная модель АЧТ. Внешняя оболока стальная, внутренняя из бронзы, с миллиметровым покрытием из карбида тантала. Два отверствия - входное для излучения, закрытое прозрачной крышкой, по периметру которого подается водород и выходное с соплом.
Жидкий водород подается в межстеночное пространство, охлаждает внутренню стенку, закипает, газ расширяется на турбине ТНА и подается в камеру.

Ник

 

Не работает такая схема. Даже скучно объяснять, почему. Хотя бы потому, что у АЧТ температура всех стенок, в том числе и прозрачной крышки, одинакова, а, значит, равна 3000 К. Но есть там и другие изъяны.

Прозрачная оболочка, чтоб её температура была небольшой, должна не иметь контакта с уже нагретым водородом, должна иметь относительно большую площадь, чтоб не нагревалась от поглощённого излучения (нету абсолютно прозрачных тел).

Не работает такая схема. Даже скучно объяснять, почему. Хотя бы потому, что у АЧТ температура всех стенок, в том числе и прозрачной крышки, одинакова, а, значит, равна 3000 К. Но есть там и другие изъяны.

Прозрачная оболочка, чтоб её температура была небольшой, должна не иметь контакта с уже нагретым водородом, должна иметь относительно большую площадь, чтоб не нагревалась от поглощённого излучения (нету абсолютно прозрачных тел).

 

Давайте всё же повеселимся, что б не скучать
Еще в первом посте я писал, что третичное зеркало и прозрачная крышка охлаждаемые Часть газообразного водорода (надо предполагать с температурой 400-500⁰К) перед входом в камеру подаются в зеркало и крышку. Кроме того, в РЕАЛЬНОМ ДИВАЙСЕ, поток водорода должен быть организован так, что бы образовывалось завесное охлаждение стенок НК и в, т.ч., и прозрачной крышки ввода излучения - так же как в ЖРД и, кстати, в том же ТфЯРД

Ник
P.S. Я очень хорошо понимаю психологические причины того, что не хочется СТРД, а хочется пообсуждать ЯРД Но пытаться замять тему СТРД по маркой "это технически невозможно и неэффективно", особенно в сравнении с ЯРД :), просто смешно -ничего не решаемого там нет, и подобный двигатель для работы в качестве буксира-бустера подходит более всего.

Не работает такая схема. Даже скучно объяснять, почему. Хотя бы потому, что у АЧТ температура всех стенок, в том числе и прозрачной крышки, одинакова, а, значит, равна 3000 К. Но есть там и другие изъяны.

Прозрачная оболочка, чтоб её температура была небольшой, должна не иметь контакта с уже нагретым водородом, должна иметь относительно большую площадь, чтоб не нагревалась от поглощённого излучения (нету абсолютно прозрачных тел).

 

Давайте всё же повеселимся, что б не скучать
Еще в первом посте я писал, что третичное зеркало и прозрачная крышка охлаждаемые Часть газообразного водорода (надо предполагать с температурой 400-500⁰К) перед входом в камеру подаются в зеркало и крышку. Кроме того, в РЕАЛЬНОМ ДИВАЙСЕ, поток водорода должен быть организован так, что бы образовывалось завесное охлаждение стенок НК и в, т.ч., и прозрачной крышки ввода излучения - так же как в ЖРД и, кстати, в том же ТфЯРД

Ник
P.S. Я очень хорошо понимаю психологические причины того, что не хочется СТРД, а хочется пообсуждать ЯРД Но пытаться замять тему СТРД по маркой "это технически невозможно и неэффективно", особенно в сравнении с ЯРД :), просто смешно -ничего не решаемого там нет, и подобный двигатель для работы в качестве буксира-бустера подходит более всего.

 

Ник, получить в таком двигателе УИ больший, чем у кислород-водородного ЖРД, технически невозможно. Что значит "поток водорода должен быть организован"? Ну, должен. А как? Вихрями? Стенками? Магнитами? Как ты предлагаешь разделять холодные и горячие потоки водорода?

Дальше. Свойства камерного эмулятора АЧТ таковы, что какое бы ты его место ни охлаждал, охлаждаться будет всё - совершенно равномерно. А это значит, что весь тепловой поток будет высаживаться на этой прозрачной крышке.