Ликбез - все что вы хотели знать о космосе, но боялись спросить.

Полл>>> Если ты снижаешь температуру стенки КС - ты снижаешь температуру продуктов сгорания в этой КС.
Bell>> Нет. Только температуру пристеночного слоя. Тем более, это в любом случае происходит, поэтому пофиг.
Fakir> Уравнение теплопроводности не велит. Температуры стенки, газа, пристеночного слоя - соотносятся однозначно.

Точнее, уравнение теплопроводности не велит охладителю в рубашке значимо влиять на температуру всего объема газов в камере сгорания, за исключением пристеночного слоя.

Fakir>> А оно повлияет на всё вышеперечисленное?
Bell> Никак оно не влияет на двигатель закрытой схемы.

Если не повлияло - то никакого изменения в КПД и не будет. "Заратустра не позволяет".

Bell> Большая.
Bell> Либо теплота испарения снижает температуру продуктов сгорания в КС, где это вредно, либо снижает температуру стенки КС, где это полезно. Так понятно?

Нет, такой ход рассуждений некорректен. Если за пределами чёрного ящика ничего не поменялось - совершенно неважно, где именно у тебя теплота испарения снижала температуру. Это волнует только её биографов.

Допустим, не забирая (не важно как и почему, пусть при помощи магии) теплоту испарения у горючки, ты поднял температуру сгорания. Это мыслимо. Но!
Но.
Тогда у тебя действительно МОЖЕТ подняться КПД (но не факт, что поднимется!), т.к. ты поднял верхнюю границу температуры термодинамического цикла работы двигателя. Если твоё сопло позволяет снижать температуру струи при расширении до прежней - то КПД может вырасти.
Но.
Это и значит, что за пределами чёрного ящика изменения - произошли. Струя стала той же температуры, нл большей скорости.
(я опять огрубляю, довольно сильно; всякие замороженности течений вообще не трогаю, распределение по сечению струи, степень расхождения и пр. Но в нулевом приближении покатит)

Но повышение температуры в КС при прочих равных повысит температуру стенки. А допустимая задана материалом. Значит, надо или увеличивать расход охладителя, или как-то иначе менять условия теплоотвода (в ЛЮБОМ случае это означает рост потерь теплоты в стенку) - либо полностью перепроектировать камеру.

Говоря проще - неважно, куда именно делось тепло: ушло ли оно в стенку, там нагрело-испарило компоненту (и после с ним вернулось в камеру), или ушло в теплоту прямо внутри камеры, испаряя капли.
Замкнутая схема. Ну некуда там деться энергии в значимых количествах. Просто некуда.

Все мыслимые танцы за счёт изменения коэффициентов - они, вероятнее всего, от силы на единицы процентов, причём неизвестно еще, в плюс или минус.

Bell> Точнее, уравнение теплопроводности не велит охладителю в рубашке значимо влиять на температуру всего объема газов в камере сгорания, за исключением пристеночного слоя.

Извини, ерунда.

Bell>> Точнее, уравнение теплопроводности не велит охладителю в рубашке значимо влиять на температуру всего объема газов в камере сгорания, за исключением пристеночного слоя.
Fakir> Извини, ерунда.
Нет, это объективная реальность, данная нам в ощущениях.
В центральной части камеры (критики, сопла) основная часть газов вообще не знает о существовании какой-то там стенки и ее температуре.
И не надо даже пытаться приплетать сюда конвективный теплоперенос при реальных скоростях в КС.


Bell> Либо теплота испарения снижает температуру продуктов сгорания в КС, где это вредно, либо снижает температуру стенки КС, где это полезно. Так понятно?
Fakir> Нет, такой ход рассуждений некорректен. Если за пределами чёрного ящика ничего не поменялось - совершенно неважно, где именно у тебя теплота испарения снижала температуру. Это волнует только её биографов.
Ход рассуждения абсолютно верный.
Энергия отбирается с средней части системы и переносится в конец, где как раз требуется ее максимум.
Это абсолютно аналогично самой схеме регенеративного охлаждения - энергия точно так же отбирается со стенки камеры и возвращается в нее обратно, а не теряется в сторону (ну типа на излучение со стенок или сбросом отработанной охлаждающей жидкости).

Мда... Печально от вас такое слышать...

Ладно. Умные люди уже подсказали, в чем на самом деле проблема.
Дело в том, что метан после насоса, то есть фактически по всем дальнейшим трактам находится в состоянии сверхкритической жидкости (критическая точка метана всего лишь 52 атм и минус дофига С) и ее свойства при нагревании меняются монотонно. Не происходит самого факта кипения. Находясь под давлением в замкнутом объеме, молекулы не расходятся на расстояние, при котором разрываются межмолекулярные связи, отвечающие за жидкую фазу. Поскольку давление достаточно высокое по всему тракту от насоса до самых форсунок (не важно - в ГГ или в КС), то поглощение запасенной теплоты фазового перехода происходит уже только при сгорании и запасти ее где-то ранее получиться...
Пичалька...

Bell> Нет, это объективная реальность, данная нам в ощущениях.
Bell> В центральной части камеры (критики, сопла) основная часть газов вообще не знает о существовании какой-то там стенки и ее температуре.

Разговор становится бесполезен.


Bell> Дело в том, что метан после насоса, то есть фактически по всем дальнейшим трактам находится в состоянии сверхкритической жидкости (критическая точка метана всего лишь 52 атм и минус дофига С) и ее свойства при нагревании меняются монотонно. Не происходит самого факта кипения.

Интересно, и в общем ожидаемо. Но и без этого бы значимой разницы, скорее всего, не вышло. Даже если вдруг и гипотетически возможно окажется спроектировать тракт охлаждения так, чтобы кипение произошло.

Bell>> Точнее, уравнение теплопроводности не велит охладителю в рубашке значимо влиять на температуру всего объема газов в камере сгорания, за исключением пристеночного слоя.
Fakir> Извини, ерунда.

Надеюсь, подтвердить источниками столь громкое заявление тебе не составит труда?

Bell> Надеюсь, подтвердить источниками столь громкое заявление тебе не составит труда?

Конечно, составит. Минимум часа три убить, если не полдня.
Ну сам подумай: ты хочешь обсуждать реально дофига какую сложную проблему (теплоперенос в газах в жээрдиных условиях - это задача, которую до 50-х никто вообще толком решать не умел, за эти работы Госпремии давали и ордена Ленина), то есть вот очень сложную и очень узкоспециальную.
При этом из нас двоих:
1. Я тему досконально никогда не знал, и из того, что знал, минимум четверть подзабыл. Это надо напрягать память, поднимать литературу, весь пазл заново складывать.
2. Ты в этой теме не понимаешь ничего вообще. Извини, по твоему заявлению видно, что ты просто основы теплопереноса знаешь плохо (даже не в газах).

Ну вот что путного из такого разговора может получиться? Кому из нас от этого какая польза?

Из нынче присутствующих на Базе хорошо в теме, пожалуй, могут быть только перегрев и Моня. (Ну может еще Суворов с Авмичем в силу природной любознательности, но они всё-таки любительски. Даже у Дмитрия В. профиль всё же не тот, не та узкая специфика.)
Ну вот попробуй их помучить. Знать наверное знают. Вопрос, захотят/смогут ли объяснить так, чтобы ты понял.

А меня - уволь. Копаться в учебниках по ЖРД мне прямвотща неинтересно, а ты в них можешь покопаться и сам - раз тебе интересно. Ну и для начала какую-нибудь хоть методичку по теплопереносу посмотри, чтоб там обязательно про жидкости с газами было, про границы разделов. Базовые представления о решениях задачи теплопроводности (в самом простом варианте, в твёрдом теле) - необходимы абсолютно.

Bell>> Надеюсь, подтвердить источниками столь громкое заявление тебе не составит труда?
Fakir> Конечно, составит. Минимум часа три убить, если не полдня.
Ах, извините, я наверно не в том топике вопрос задал!

Ладно, пойду сам почитаю Васильев А.П., Кудрявцев В.М., Кузнецов В.А., Курпатенков В.Д., и др. / Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей - Скачать электронные книги

Bell> Ах, извините, я наверно не в том топике вопрос задал!

100%, это уже не ликбез

Bell> Ладно, пойду сам почитаю

Отличная мысль. Кроме шуток.
Еще, например, Алемасов, Добровольский, Дорофеев - что лучше зайдёт. Книжки более ранних лет издания часто более доходчивы, хотя каких-то нюансов могут не содержать. Переводные часто тоже доходчивее, но менее детальны. Поэтому там Саттон, Баррер... Тимнат ЕМНИС вряд ли.
Но начать лучше всё-таки с теплообмена. В ЖРД-учебнике часто считают это системным требованием к читателю.

Bell> Еще раз суть вопроса - повышает ли КПД испарение жидкого компонента в рубашке охлаждения КС вместо сгорания и скрытого испарения непосредственно в камере?

Bell, в химической термодинамике есть понятие "цикл Борна-Габера". Энергетический эффект реакции (энтальпия) не зависит от пути её прохождения. То есть с этой точки зрения лишние килоджоули получить не получится в принципе, а отличие двигателей, фактически, только в длине камеры сгорания.

КПД можно приподнять на вторичных параметрах:
Изобилие рабочего тела для ТНА позволяет поднять давление в КС и УИ.
Короткая камера даёт шанс поиграть на равновесных состояниях газовой смеси и средней молмассе смеси.

Bell> Получается что схема газ-газ должна иметь более высокий КПД уже сама по себе?
Насколько понимаю, тут нельзя говорить об увеличении именно КПД. Потому что это зависимый параметр.
Есть количество компонента которое нужно прокачать - оно определяется характеристиками движка
Есть поток тепла в стенку - он определяется площадью стенки, температурой сгорания компонентов и давлением в камере.
И если этот поток тепла больше, чем может принять охладитель не испарившись - то нихрена тут не сделаешь.
Т.е. начиная с некой мощности - испарение неизбежно. И чтобы его избежать приходится делать много сопел поменьше а не одно большое. И давление в них не выше какого-то значения.

Дем> Есть поток тепла в стенку - он определяется площадью стенки, температурой сгорания компонентов и давлением в камере.
Про температуру стенки в камере сгорания забыл.

Дем> Т.е. начиная с некой мощности - испарение неизбежно.
Самые мощные двигателя в истории, F1 "Сатурна", схему газ-газ не использовали. Мощность двигателя напрямую зависит от энергии топлива. Пока используем одно и то же топливо - мощность на единицу массы топлива или единицу объема камеры сгорания принципиально не вырастет.

Bell>>> Точнее, уравнение теплопроводности не велит охладителю в рубашке значимо влиять на температуру всего объема газов в камере сгорания, за исключением пристеночного слоя.
Fakir>> Извини, ерунда.
Bell> Нет, это объективная реальность, данная нам в ощущениях.

А есть ли разница? Температура охладителя в рубашке КС изменяетЦо на единицы градуса По странному совпадению - охладитель = компонент топливной пары. Сравни удельную теплоемкость компонента и удельную энергия сгорания этого компонента... О чем вообще речь? О разнице в 0,0...0% КПД??
Причем ВНЕ зависимости кто прав - ты или Факир

Bell> Еще раз суть вопроса - повышает ли КПД испарение жидкого компонента в рубашке охлаждения КС вместо сгорания и скрытого испарения непосредственно в камере?

Нет.

Пойми ты, чудак-человек, ты пытаешься замкнутую схему сделать ещё замкнутее. То тепло, что не будет потрачено на испарение метана, всё равно примет в себя охладитель и принесёт в камеру.

Условно говоря, ты претендуешь на то, что в реальном ЖРД наружная стенка излучением сбрасывает в двигательный отсек. Остальное тепло и так попадает в камеру, неважно, какой дорогой.
Если температура этой стенки 400 кельвинов, ну, пусть 450, площадь 1 квадратный метр, а она ещё и находится в излучательном равновесии со стенками двигательного отсека, то это - младшие киловатты, по сравнению с полной мощностью движка - не просто копейки, а пыль под ногами.

Bell>> Еще раз суть вопроса - повышает ли КПД испарение жидкого компонента в рубашке охлаждения КС вместо сгорания и скрытого испарения непосредственно в камере?
Б.г.> Нет.
Б.г.> Пойми ты, чудак-человек, ты пытаешься замкнутую схему сделать ещё замкнутее. То тепло, что не будет потрачено на испарение метана, всё равно примет в себя охладитель и принесёт в камеру.
Б.г.> Условно говоря, ты претендуешь на то, что в реальном ЖРД наружная стенка излучением сбрасывает в двигательный отсек. Остальное тепло и так попадает в камеру, неважно, какой дорогой.
Нет.
И еще раз нет.
Регенеративного охлаждения как правило НЕ ХВАТАЕТ для обеспечения температуры огневой стенки, требуемой по соображениям жаропрочности материалов. Поэтому приходится ДОПОЛНИТЕЛЬНО делать всякие внешние пояса форсунок для создания пристеночного слоя, обогащенного горючим, всякого там завесного и прочего хитромудрого охлаждения. Которые, кстати, тоже вносят свой вклад в теплоперенос и теплопроводность внешних областей КС.
Поэтому "переохладить" огневую стенку КС никак НЕ ПОЛУЧИТЬСЯ. Никакого поглощения теплоты испарения на это не хватит. Температура огневой стенки в любом случае вынужденно будет на пределе жаростойкости материала.

А следовательно, все эти отговорки про изменение "баланса лучистого переноса" - полностью теряют смысл. Нет и не может быть там изменения температуры огневой стенки от слова совсем.


Но я понял, почему вы так упорно сопротивляетесь.
Вы не понимаете простую вещь, слишком, непривычно простую.
Энергия испарения не передается, она отнимается. Это отбор тепла, а не прибавка.
Она не приносится в КС.
Она отбирается из КС.

Так вот вопрос в том, в каком именно месте ее отбирать - в факеле на форсунках или со стенок.
Снижать температуру выхлопных газов или не снижать.

Bell> Так вот вопрос в том, в каком именно месте ее отбирать - в факеле на форсунках или со стенок.
Чтобы больше энергии "отбирать со стенок" потребуется более мощная система регенеративного охлаждения, на нее тоже будет уходить энергия.

Bell> Снижать температуру выхлопных газов или не снижать.
Более холодные стенки сделают среднюю температуру выхлопных газов ниже.
Все в сумме - считать надо строго для конкретных условий, будет от схемы газ-газ прирост КПД/УИ, или нет.

Bell>> Точнее, уравнение теплопроводности не велит охладителю в рубашке значимо влиять на температуру всего объема газов в камере сгорания, за исключением пристеночного слоя.
Fakir> Извини, ерунда.

А вот тебе наглядный ответ из учебника "Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей", стр. 413

Полл> Более холодные стенки сделают среднюю температуру выхлопных газов ниже.

Вот это прочитай еще раз.
И еще раз.

Регенеративного охлаждения как правило НЕ ХВАТАЕТ для обеспечения температуры огневой стенки, требуемой по соображениям жаропрочности материалов. Поэтому приходится ДОПОЛНИТЕЛЬНО делать всякие внешние пояса форсунок для создания пристеночного слоя, обогащенного горючим, всякого там завесного и прочего хитромудрого охлаждения. Которые, кстати, тоже вносят свой вклад в теплоперенос и теплопроводность внешних областей КС.
Поэтому "переохладить" огневую стенку КС никак НЕ ПОЛУЧИТЬСЯ. Никакого поглощения теплоты испарения на это не хватит. Температура огневой стенки в любом случае вынужденно будет на пределе жаростойкости материала.

Какое из этих слов ты не понял с первого раза?

Bell> А вот тебе наглядный ответ из учебника "Основы теории и расчета жидкостных ракетных двигателей", стр. 413

Вот не понимаешь ты, что читаешь Я ж тебе не просто так посоветовал с литературы по теплопереносам вообще начать.

Если совсем по-простому - опять, очень, очень блин грубо! - обрати внимание на разницу между картинками а) и б).

Bell> Регенеративного охлаждения как правило НЕ ХВАТАЕТ
Вот это место должно звучать так:
Только регенеративное охлаждение в двигателях высокой тяговооруженности, как правило, оказывается не выгодным, и комбинированная схема охлаждения регенеративное плюс завесное охлаждение позволяет получить более лучший двигатель.

Будешь упорОТствовать - пошлю искать завесное охлаждение в КС SSME.

Fakir> Если совсем по-простому - опять, очень, очень блин грубо! - обрати внимание на разницу между картинками а) и б).
уфф...
Там показано совсем про другое.
Если на стенку нанести жаростойкое покрытие (б), то температуру газов в КС можно поднять, не опасаясь за прогар стенки.

Bell>> Регенеративного охлаждения как правило НЕ ХВАТАЕТ
Полл> Вот это место должно звучать так:
Это будет звучать просто - забудьте про изменение температуры стенки.
Считайте, что уменьшили завесу, пристеночный поток и пр.

Bell> уфф... Там показано совсем про другое.
Bell> Если на стенку нанести жаростойкое покрытие (б), то температуру газов в КС можно поднять, не опасаясь за прогар стенки.
Вообще-то это все про то же.
Подняв температуру стенки нанесением на нее жаростойким покрытием - ты сокращаещь количество тепловой энергии, которое стенка получит.
Или, с другой стороны - которое отберет у газового потока.
Что позволяет при тех же материалах КС и системе охлаждения температуру-давление газов в КС поднять. Или систему охлаждения уменьшить.
И в любом случае повысит КПД двигателя.

Bell> Считайте, что уменьшили завесу, пристеночный поток и пр.
В SSME завесного охлаждения в КС вообще нет.
А охлаждение газа в пристеночной области КС зависит ТОЛЬКО от температуры стенки (параметры газа не рассматриваем).

Bell>> Считайте, что уменьшили завесу, пристеночный поток и пр.
Полл> В SSME завесного охлаждения в КС вообще нет.
Полл> А охлаждение газа в пристеночной области КС зависит ТОЛЬКО от температуры стенки (параметры газа не рассматриваем).

ммм...как интересно...
а какое это имеет отношение к теплоте испарения?