Безгенераторная схема ЖРД (по мотивам "40-ка тонника")

Wyvern-2> А то, что силиконовый теплоноситель можно греть от -80⁰С до +300⁰C (Dowtherm J) и теплоемкость у него почти как у воды.

Dowtherm J - это смесь аренов, а не силикон. Исторически - это первый теплоноситель, так что Даутерм даже стало собственным именем и получило транслитерацию. Силиконы появились позже.

Так вот, теплоёмкость у него хреновая, теплопроводность тоже. Фактически - это керосин. С небольшими отличиями в теплофизике. Кроме того, эта жижка люто расширяется при нагревании, что создаёт комплекс интересных кавитационных проблем в теплообменниках с большим перепадом температур и интенсивной теплоотдачей.

Б.г.> Нам нужно не просто отвести какое-то количество тепла, а не допустить при этом такой температуры стенки, при которой она теряет прочность. А, чем больше температура теплоносителя, тем больше нужен его расход при том же перепаде температур.

Предположим, что надо снимать 10 МВт. Теплоноситель - калий-натриевая эвтектика. Рабочий диапазон от 0 до 400 градусов (при этом, так как теплопроводность жидкого металла очень высока, то можно гарантировать те же 400 градусов и на огневой стенке. В КС будет побольше, но ровно на разницу теплопроводности материала КС). Теплоёмкость 1,3 кДж/кг. Расход - 19,2 кг/сек. Примерно 90 кубов/час при невысоком давлении (3-4 атм - максимум). Мощность насоса на прокачку - в районе 30-50 кВт и это даже с запасом. Запас теплоносителя - килограммов 200

Б.г.> P.S. С малым количеством теплоносителя возникает ещё и проблема сброса потом набранного им тепла в компоненты топлива - очень сильно усложняется конструкция теплообменника.

Газифицируем и перегреваем часть топливных компонентов, а потом смешиваем их с общим потоком жидкого топлива. Греть придётся ну, 20-25% от общего потока топливных компонентов

Naib> Рабочий диапазон от 0 до 400 градусов
Охлаждающая среда - жидкий кислород?

Naib>> Рабочий диапазон от 0 до 400 градусов
Полл> Охлаждающая среда - жидкий кислород?

Или метан, если есть.

Naib> Или метан, если есть.
В любом случае это еще одна потенциальная точка отказа, перемерзание теплообменника.

Б.г.>> Нам нужно не просто отвести какое-то количество тепла, а не допустить при этом такой температуры стенки, при которой она теряет прочность. А, чем больше температура теплоносителя, тем больше нужен его расход при том же перепаде температур.
Naib> Предположим, что надо снимать 10 МВт. Теплоноситель - калий-натриевая эвтектика. Рабочий диапазон от 0 до 400 градусов (при этом, так как теплопроводность жидкого металла очень высока, то можно гарантировать те же 400 градусов и на огневой стенке.

Нельзя. В реакторе БН-800 перепад между 1 и 2 контуром больше 50 градусов, а у него теплообменники весят не одну сотню тонн. И там чистый натрий, а не эвтектика, у которой теплофизические параметры хуже. Вообще, там, при тепловой мощности 2100 МВт расход натрия в первом контуре 8,87 тонн в секунду. То есть, на 1 МВт в 2,5 раза больше, чем ты насчитал.

И, при этом, перепад температуры между топливом и теплоносителем - градусов триста. А плотность мощности в МВт/м² в тысячу, наверно, раз меньше, чем в камере ЖРД.

Naib> В КС будет побольше, но ровно на разницу теплопроводности материала КС). Теплоёмкость 1,3 кДж/кг. Расход - 19,2 кг/сек. Примерно 90 кубов/час при невысоком давлении (3-4 атм - максимум). Мощность насоса на прокачку - в районе 30-50 кВт и это даже с запасом. Запас теплоносителя - килограммов 200

Это вместе с тем, что внутри теплообменника топливо-натрий? А ты какую брал плотность эвтектики при 400 градусах?

Б.г.>> P.S. С малым количеством теплоносителя возникает ещё и проблема сброса потом набранного им тепла в компоненты топлива - очень сильно усложняется конструкция теплообменника.
Naib> Газифицируем и перегреваем часть топливных компонентов, а потом смешиваем их с общим потоком жидкого топлива. Греть придётся ну, 20-25% от общего потока топливных компонентов
Сошлюсь, опять же, на БН-800. Там соотношение потоков воды и натрия второго контура - 14,5. Но, в обратную сторону. И масса - младшие сотни тонн. Ну, скажем, 10 мегаватт на тонну.

Wyvern-2>>> А то, что силиконовый теплоноситель
Bell>> А что у него с вязкостью?
Wyvern-2> Нормально (до -80⁰C) - тут
Силикон? Силикон это хорошо )))
У него ещё и с теплотой сгорания неплохо. И ещё кое с чем. Силикон надо жечь в завесе - тогда будет образовываться оксид кремния, который потечёт по стенкам КС и сопла.

Б.г.> Даже, охлаждая водой, надо иметь линейную скорость 15 м/с, иначе стенка прогорает.
Неверно. Охлаждая компонентом - мы его прокачиваем ровно столько сколько сгорает в камере.
Если у нас отдельный теплоноситель - то мы можем качать его в 10 раз больше на скорости в 1.5 м/с - он всё равно не успеет прогреться так чтобы камера прогорела

Б.г.>> Даже, охлаждая водой, надо иметь линейную скорость 15 м/с, иначе стенка прогорает.
Дем> Неверно. Охлаждая компонентом - мы его прокачиваем ровно столько сколько сгорает в камере.
Дем> Если у нас отдельный теплоноситель - то мы можем качать его в 10 раз больше на скорости в 1.5 м/с - он всё равно не успеет прогреться так чтобы камера прогорела
Люди, ну что вы тупите-то так коллективно?
Нам, вообще говоря, неважно, насколько успел или не успел прогреться теплоноситель. Нам важно, чтобы не успела прогреться стенка.
Одну и ту же мощность можно снимать при перепаде между теплоносителем и стенкой в 50 градусов и 15 м/с, или 150 градусов и 10 м/с.

Стоячий теплоноситель, как бы много его ни было, такую мощность не снимет. Даже если его температура будет близка к абсолютному нулю.

Для медной стенки лучше 50 градусов и 15 м/с, для никелевой можно 150 градусов и 10 м/с

В каналах регенеративного охлаждения используют турбулизаторы, несмотря на бешеный рост потерь давления, чтобы уменьшить разницу температур между стенкой и теплоносителем.

В РД-214 в критике в каждом канале, образованном проставкой и огневой стенкой, приварена проволочка, для уменьшения сечения канала и увеличения поверхности теплообмена.

Дем> Если у нас отдельный теплоноситель - то мы можем качать его в 10 раз больше на скорости в 1.5 м/с - он всё равно не успеет прогреться так чтобы камера прогорела
И за чей счет банкет? Откуда энергию на прокачку брать?
В замкнутой схеме ЖРД все равно в все камеру попадает. А при данной схеме на борту буде болтаться источник мощности N мегаватт массой N тонн. Красиво, да

Б.г.> Нельзя. В реакторе БН-800 перепад между 1 и 2 контуром больше 50 градусов, а у него теплообменники весят не одну сотню тонн. И там чистый натрий, а не эвтектика, у которой теплофизические параметры хуже. Вообще, там, при тепловой мощности 2100 МВт расход натрия в первом контуре 8,87 тонн в секунду. То есть, на 1 МВт в 2,5 раза больше, чем ты насчитал.

У натрия теплосъём 40 кВт/м2*С. При дельта 50 градусов - 2 МВт/м2. Для БН-800 требуется более 1000 м2 теплообменников (с учётом запаса - скорее ближе к 1500 м2). В БН натрий на входе имеет температуру от 200 градусов. Да и вообще, так как перепад температур 1 и 2 контура 50 градусов, то активный теплосъём натрием - 1300*50 градусов. Расчёт расхода натрия через 1 контур даёт перепад температур 182 градуса.
В этом случае - 400 градусов в охлаждении КС.

В испарителе топлива - дельта температур грубо - 600 градусов. Для рассеивания 10 МВт нужно 0,4-0,5 м2 теплообменника. По факту - ну в 5-10 раз больше. В общем - ужас, но не ужас-ужас.

Б.г.> Это вместе с тем, что внутри теплообменника топливо-натрий? А ты какую брал плотность эвтектики при 400 градусах?

Наугад - 0,77. Справочники не смотрел.

Б.г.> Сошлюсь, опять же, на БН-800. Там соотношение потоков воды и натрия второго контура - 14,5. Но, в обратную сторону. И масса - младшие сотни тонн. Ну, скажем, 10 мегаватт на тонну.

Так у воды теплота испарения 2,26 МДж/кг. У криогенных газов в 10 раз меньше. Да и во второй контур БН входит уже не вода, а непонятно что, с перегревом почти до критической точки.

Б.г.> В РД-214 в критике в каждом канале, образованном проставкой и огневой стенкой, приварена проволочка, для уменьшения сечения канала и увеличения поверхности теплообмена.

Это потому, что теплопроводность керосина низкая, а течение практически ламинарное. Самым узким местом системы является теплопередача - металл/керосин и для его расширения применяется и вполне работают методы с проволочкой. Потому что она успевает прогреться быстрее, чем происходит теплосъём керосином.

У металлических теплоносителей теплопроводность очень высока и может превышать таковую у материала КС.
Тут не нужны большие потоки и турбулизаторы, до определённого порога мощности теплосъём вообще может быть в статике.

Wyvern-2>>> А то, что силиконовый теплоноситель
Bell>> А что у него с вязкостью?
Wyvern-2> Нормально (до -80⁰C) - тут

Скока вешать в граммах?
Как относительно жидкого кислорода, водорода и керосина?

Б.г.> Керосин, кстати, можно греть до 200 с лишним градусов, и его греют, но скорость требуется ещё больше, потому что у него теплоёмкость меньше, чем у воды.

Не только, еще коэффициенты теплоотдачи стенка-жидкость сильно зависят от Рейнольдса, Нуссельта и прочих мужиков.

Wyvern-2> Остыньте, горячие финские парни...

НЭт, Ник! Сказал "гоп", так прыгай...

Wyvern-2> Тот же Даутерм я привел в качестве примера - как и воду привели в исходной статье. Суть в возможности выбора!

При возможности выбора, я бы выпиливал движок из гафния с армированием из волокна карбида вольфрама. И вообще бы его не охлаждал, разве что чуток, чтобы рабочая температура стенок не повышалась выше 1500-1600 градусов.

Но о таком я пока могу только мечтать.

Wyvern-2> На счет дополнительной массы третьего компонента - не надо забывать, что остаток компонента-охладителя НЕ сжигается. И что хуже: таскать немного специального охладителя или недожечь часть топлива - еще не известно.

Да чего там, неизвестно. Этот остаток входит в массу ступени после отработки топлива и далее по формуле. Строго говоря, остаток тоже можно сжечь, выдавив его в КС наддувом. Если сделать "жирный" состав, как в газогенераторе со "сладким" газом, то КС не прогорит и без охлаждения. УИ будет никакой, правда, но зато всё горючее отработает до капли и какие-то м/с добавит.