-
/1247591-0002-001-pervyj-iskusstvennyj-sputnik-zemli.png)
Оптимальный состав выхлопа химического не водородного РД
Теги:
Naib
Вопрос про "топливо мечты".
Итак, понятно, что чем больше лёгких компонентов в составе истекающих газов, тем лучше. Однако оборотная сторона - это криогеника, вода в составе газов, общие размеры, сложность и цена конструкции.
Идут на компромисс, особенно в условиях атмосферы, выжимая максимум из того, что есть.
Но вот если помечтать и предположить теоретическую топливную пару, то каким нужно сделать её состав?
Начиная с какого процента водорода он уже идёт не на благо, а во вред, за счёт равновесных эндотермических процессов синтеза воды?
Как он связан с размерами сопла? То есть, при малых размерах сопла водорода скорее всего нужно меньше, для передачи энергии от более тяжёлых молекул и частиц, чем для больших сопел, но это можно предсказать или только эмпирически?
Итак, понятно, что чем больше лёгких компонентов в составе истекающих газов, тем лучше. Однако оборотная сторона - это криогеника, вода в составе газов, общие размеры, сложность и цена конструкции.
Идут на компромисс, особенно в условиях атмосферы, выжимая максимум из того, что есть.
Но вот если помечтать и предположить теоретическую топливную пару, то каким нужно сделать её состав?
Начиная с какого процента водорода он уже идёт не на благо, а во вред, за счёт равновесных эндотермических процессов синтеза воды?
Как он связан с размерами сопла? То есть, при малых размерах сопла водорода скорее всего нужно меньше, для передачи энергии от более тяжёлых молекул и частиц, чем для больших сопел, но это можно предсказать или только эмпирически?
инфо
инструменты
Xan
Naib> Но вот если помечтать и предположить теоретическую топливную пару, то каким нужно сделать её состав?
Вот в этой книжке как раз мечтатели этим и занимались:
(http://www.goodreads.com/book/show/677285.Ignition_)
Вот в этой книжке как раз мечтатели этим и занимались:
(http://www.goodreads.com/book/show/677285.Ignition_)
Прикреплённые файлы:
Это сообщение редактировалось 08.10.2016 в 10:32
Naib>> Но вот если помечтать и предположить теоретическую топливную пару, то каким нужно сделать её состав?
Xan> Вот в этой книжке как раз мечтатели этим и занимались:
Xan> (http://www.goodreads.com/book/show/677285.Ignition_)
Я её ещё не дочитал.
В любом случае, химия с момента её написания изрядно шагнула. Скажем, циклопропиламинов там точно не будет, а они, пожалуй, получше синтина.
Xan> Вот в этой книжке как раз мечтатели этим и занимались:
Xan> (http://www.goodreads.com/book/show/677285.Ignition_)
Я её ещё не дочитал.
В любом случае, химия с момента её написания изрядно шагнула. Скажем, циклопропиламинов там точно не будет, а они, пожалуй, получше синтина.
Бывший генералиссимус
Naib> В любом случае, химия с момента её написания изрядно шагнула.
Куда она могла шагнуть?
Naib> Скажем, циклопропиламинов там точно не будет, а они, пожалуй, получше синтина.
Нет, азот снижает УИ.
Куда она могла шагнуть?
Naib> Скажем, циклопропиламинов там точно не будет, а они, пожалуй, получше синтина.
Нет, азот снижает УИ.
Naib>> В любом случае, химия с момента её написания изрядно шагнула.
Б.г.> Куда она могла шагнуть?
Туше.
Прогресс меньше, чем хотелось бы. Из серьёзных подвижек в сравнении с тем временем - это катализ. Ну и ряд реакций, которые были открыты позже, чем заря космонавтики. Скажем, циклообразование двойных связей в циклопропаны при реакции с диазометаном. Так как в керосине их хватает, то его можно модифицировать и поднять характеристики.
Naib>> Скажем, циклопропиламинов там точно не будет, а они, пожалуй, получше синтина.
Б.г.> Нет, азот снижает УИ.
В сравнении с водородом. В сравнении с керосином - повышает.
Б.г.> Куда она могла шагнуть?
Туше
.Прогресс меньше, чем хотелось бы. Из серьёзных подвижек в сравнении с тем временем - это катализ. Ну и ряд реакций, которые были открыты позже, чем заря космонавтики. Скажем, циклообразование двойных связей в циклопропаны при реакции с диазометаном. Так как в керосине их хватает, то его можно модифицировать и поднять характеристики.
Naib>> Скажем, циклопропиламинов там точно не будет, а они, пожалуй, получше синтина.
Б.г.> Нет, азот снижает УИ.
В сравнении с водородом. В сравнении с керосином - повышает.
Naib> Naib>> Скажем, циклопропиламинов там точно не будет, а они, пожалуй, получше синтина.
Б.г.>> Нет, азот снижает УИ.
Naib> В сравнении с водородом. В сравнении с керосином - повышает.
Ну так синтин - не керосин. Да, у гидразина положительная энтальпия образования, но азот увеличивает среднюю молекулярную массу выхлопа.
Надо учитывать, что в углеводородных горючих углерод обычно окисляется только до CO, у которого молекулярная масса 28.
Так что синтин по достигаемому с кислородом УИ сравнивается с гидразином и выигрывает у диметилгидразина. И превзойти это вряд ли удастся.
Надо же ещё учитывать не только голую химию, но и насколько близко удастся подойти к теоретическому пределу.
Обсуждалась же топливная пара гидразин-пентаборан. Там УИ 406 единиц, что ли, для вакуума, притом, что оба компонента высококипящие. Но там почти весь выхлоп - конденсированная фаза, состоящая из нитрида бора.
И эксплуатационные характеристики надо иметь в виду. Например, насколько годятся компоненты для регенеративного охлаждения, какая у них вязкость и какая зависимость вязкости от температуры.
Б.г.>> Нет, азот снижает УИ.
Naib> В сравнении с водородом. В сравнении с керосином - повышает.
Ну так синтин - не керосин. Да, у гидразина положительная энтальпия образования, но азот увеличивает среднюю молекулярную массу выхлопа.
Надо учитывать, что в углеводородных горючих углерод обычно окисляется только до CO, у которого молекулярная масса 28.
Так что синтин по достигаемому с кислородом УИ сравнивается с гидразином и выигрывает у диметилгидразина. И превзойти это вряд ли удастся.
Надо же ещё учитывать не только голую химию, но и насколько близко удастся подойти к теоретическому пределу.
Обсуждалась же топливная пара гидразин-пентаборан. Там УИ 406 единиц, что ли, для вакуума, притом, что оба компонента высококипящие. Но там почти весь выхлоп - конденсированная фаза, состоящая из нитрида бора.
И эксплуатационные характеристики надо иметь в виду. Например, насколько годятся компоненты для регенеративного охлаждения, какая у них вязкость и какая зависимость вязкости от температуры.
Б.г.> Ну так синтин - не керосин. Да, у гидразина положительная энтальпия образования, но азот увеличивает среднюю молекулярную массу выхлопа.
У азота тоже 28, как и у СО, так что вопрос в энергетике топливной пары и потреблении кислорода для горения.
Б.г.> Надо учитывать, что в углеводородных горючих углерод обычно окисляется только до CO, у которого молекулярная масса 28.
Вот посчитал первые попавшиеся цифры:
РД-180 2,72 кислорода к 1 керосина. 0,085 моль к 0,071, то есть весь углерод - в СО + весь водород в воду + ещё чуток кислорода остаётся для дожигания до СО2. Недогар по стехиометрии, конечно, есть, но кислорода всё-таки больше, чем просто до СО.
Б.г.> Так что синтин по достигаемому с кислородом УИ сравнивается с гидразином и выигрывает у диметилгидразина. И превзойти это вряд ли удастся.
Ну, азиридин (аза-циклопропан), например. N-аминоазиридин. Вопрос цены, конечно, и прочих эксплуатационных свойств. Скажем, для охлаждения они скорее всего вообще не годятся, так как способны к полимеризации
Б.г.> Обсуждалась же топливная пара гидразин-пентаборан. Там УИ 406 единиц, что ли, для вакуума, притом, что оба компонента высококипящие. Но там почти весь выхлоп - конденсированная фаза, состоящая из нитрида бора.
И водорода.
У азота тоже 28, как и у СО, так что вопрос в энергетике топливной пары и потреблении кислорода для горения.
Б.г.> Надо учитывать, что в углеводородных горючих углерод обычно окисляется только до CO, у которого молекулярная масса 28.
Вот посчитал первые попавшиеся цифры:
РД-180 2,72 кислорода к 1 керосина. 0,085 моль к 0,071, то есть весь углерод - в СО + весь водород в воду + ещё чуток кислорода остаётся для дожигания до СО2. Недогар по стехиометрии, конечно, есть, но кислорода всё-таки больше, чем просто до СО.
Б.г.> Так что синтин по достигаемому с кислородом УИ сравнивается с гидразином и выигрывает у диметилгидразина. И превзойти это вряд ли удастся.
Ну, азиридин (аза-циклопропан), например. N-аминоазиридин. Вопрос цены, конечно, и прочих эксплуатационных свойств. Скажем, для охлаждения они скорее всего вообще не годятся, так как способны к полимеризации
Б.г.> Обсуждалась же топливная пара гидразин-пентаборан. Там УИ 406 единиц, что ли, для вакуума, притом, что оба компонента высококипящие. Но там почти весь выхлоп - конденсированная фаза, состоящая из нитрида бора.
И водорода.
Б.г.>> Ну так синтин - не керосин. Да, у гидразина положительная энтальпия образования, но азот увеличивает среднюю молекулярную массу выхлопа.
Naib> У азота тоже 28, как и у СО, так что вопрос в энергетике топливной пары и потреблении кислорода для горения.
Да, но у воды-то 18, и уменьшение её доли увеличивает среднюю молекулярную массу.
Б.г.>> Надо учитывать, что в углеводородных горючих углерод обычно окисляется только до CO, у которого молекулярная масса 28.
Naib> Вот посчитал первые попавшиеся цифры:
Naib> РД-180 2,72 кислорода к 1 керосина. 0,085 моль к 0,071, то есть весь углерод - в СО + весь водород в воду + ещё чуток кислорода остаётся для дожигания до СО2. Недогар по стехиометрии, конечно, есть, но кислорода всё-таки больше, чем просто до СО.
а это какую формулу керосина брать... Между прочим, итоговое соотношение подбирается на стенде по максимуму УИ или по температуре в наиболее критичных местах Если брать кислорода точно до CO, то всё равно получается сколько-то CO2, но и сколько-то сажи. А сажа хуже, чем CO2, портит УИ.
Б.г.>> Так что синтин по достигаемому с кислородом УИ сравнивается с гидразином и выигрывает у диметилгидразина. И превзойти это вряд ли удастся.
Naib> Ну, азиридин (аза-циклопропан), например. N-аминоазиридин.
И сколько он даёт по расчёту?
Naib> Вопрос цены, конечно, и прочих эксплуатационных свойств. Скажем, для охлаждения они скорее всего вообще не годятся, так как способны к полимеризации
Не только цены, но и величины выигрыша. Используют же в твёрдых топливах динитрамид аммония, несмотря на то, что он в 10-15 раз дороже перхлората аммония! Причём, сочетают его с гидридом алюминия, и азотсодержащей ("активной") связкой. И получают больше 300 единиц в вакууме, т.е., почти сравниваются с АТ-НДМГ.
Б.г.>> Обсуждалась же топливная пара гидразин-пентаборан. Там УИ 406 единиц, что ли, для вакуума, притом, что оба компонента высококипящие. Но там почти весь выхлоп - конденсированная фаза, состоящая из нитрида бора.
Naib> И водорода.
Собственно, поэтому и 406. Но водорода там сильно меньше половины по массе. Поэтому приблизиться к этим 406 очень трудно будет.
Naib> У азота тоже 28, как и у СО, так что вопрос в энергетике топливной пары и потреблении кислорода для горения.
Да, но у воды-то 18, и уменьшение её доли увеличивает среднюю молекулярную массу.
Б.г.>> Надо учитывать, что в углеводородных горючих углерод обычно окисляется только до CO, у которого молекулярная масса 28.
Naib> Вот посчитал первые попавшиеся цифры:
Naib> РД-180 2,72 кислорода к 1 керосина. 0,085 моль к 0,071, то есть весь углерод - в СО + весь водород в воду + ещё чуток кислорода остаётся для дожигания до СО2. Недогар по стехиометрии, конечно, есть, но кислорода всё-таки больше, чем просто до СО.
а это какую формулу керосина брать... Между прочим, итоговое соотношение подбирается на стенде по максимуму УИ или по температуре в наиболее критичных местах
Если брать кислорода точно до CO, то всё равно получается сколько-то CO2, но и сколько-то сажи. А сажа хуже, чем CO2, портит УИ.Б.г.>> Так что синтин по достигаемому с кислородом УИ сравнивается с гидразином и выигрывает у диметилгидразина. И превзойти это вряд ли удастся.
Naib> Ну, азиридин (аза-циклопропан), например. N-аминоазиридин.
И сколько он даёт по расчёту?
Naib> Вопрос цены, конечно, и прочих эксплуатационных свойств. Скажем, для охлаждения они скорее всего вообще не годятся, так как способны к полимеризации
Не только цены, но и величины выигрыша. Используют же в твёрдых топливах динитрамид аммония, несмотря на то, что он в 10-15 раз дороже перхлората аммония! Причём, сочетают его с гидридом алюминия, и азотсодержащей ("активной") связкой. И получают больше 300 единиц в вакууме, т.е., почти сравниваются с АТ-НДМГ.
Б.г.>> Обсуждалась же топливная пара гидразин-пентаборан. Там УИ 406 единиц, что ли, для вакуума, притом, что оба компонента высококипящие. Но там почти весь выхлоп - конденсированная фаза, состоящая из нитрида бора.
Naib> И водорода.
Собственно, поэтому и 406. Но водорода там сильно меньше половины по массе. Поэтому приблизиться к этим 406 очень трудно будет.
Naib>> У азота тоже 28, как и у СО, так что вопрос в энергетике топливной пары и потреблении кислорода для горения.
Б.г.> Да, но у воды-то 18, и уменьшение её доли увеличивает среднюю молекулярную массу.
Да, но главный козырь здесь - это водород, с его моляркой равной 2. Очень упрощённо: сгорание углерода накачивает систему тепловой энергией, а тяговые свойства определяет оставшийся водород. Образование воды - это вообще плохо. Очень большая у неё теплоёмкость и энергия сливается "вникуда", так как использовать её большей частью невозможно.
Naib>> РД-180 2,72 кислорода к 1 керосина. 0,085 моль к 0,071, то есть весь углерод - в СО + весь водород в воду + ещё чуток кислорода остаётся для дожигания до СО2. Недогар по стехиометрии, конечно, есть, но кислорода всё-таки больше, чем просто до СО.
Б.г.> а это какую формулу керосина брать... Между прочим, итоговое соотношение подбирается на стенде по максимуму УИ или по температуре в наиболее критичных местах Если брать кислорода точно до CO, то всё равно получается сколько-то CO2, но и сколько-то сажи. А сажа хуже, чем CO2, портит УИ.
Формулу я взял СН2, как у алкенов. Фактически она скорее всего ещё беднее водородом. Стенд - это да. Окончательный вердикт.
Naib>> Ну, азиридин (аза-циклопропан), например. N-аминоазиридин.
Б.г.> И сколько он даёт по расчёту?
Пока не считал. Но навскидку, N-аминоазиридин - это гептил с закрытыми на трёхчленное кольцо метилами. То есть к энтальпии образования гептила добавляется ещё напряжение малого цикла и суммарная энтальпия должна быть примерно вдвое выше.
Б.г.> Б.г.>> Обсуждалась же топливная пара гидразин-пентаборан. Там УИ 406 единиц, что ли, для вакуума, притом, что оба компонента высококипящие. Но там почти весь выхлоп - конденсированная фаза, состоящая из нитрида бора.
Naib>> И водорода.
Б.г.> Собственно, поэтому и 406. Но водорода там сильно меньше половины по массе. Поэтому приблизиться к этим 406 очень трудно будет.
По молям водорода много. По 3 молекулы на каждую молекулу ВN. Объёмная доля - 75%, если бы нитрид бора был газообразен.
Пара гидразин-пентаборан, кстати, вскрывает интересную проблему теплопроводности выхлопа двигателя. Фактически, за счёт того, что у водорода она очень высока - конденсированная фаза не является необоримым препятствием достижения высокого УИ.
Б.г.> Да, но у воды-то 18, и уменьшение её доли увеличивает среднюю молекулярную массу.
Да, но главный козырь здесь - это водород, с его моляркой равной 2. Очень упрощённо: сгорание углерода накачивает систему тепловой энергией, а тяговые свойства определяет оставшийся водород. Образование воды - это вообще плохо. Очень большая у неё теплоёмкость и энергия сливается "вникуда", так как использовать её большей частью невозможно.
Naib>> РД-180 2,72 кислорода к 1 керосина. 0,085 моль к 0,071, то есть весь углерод - в СО + весь водород в воду + ещё чуток кислорода остаётся для дожигания до СО2. Недогар по стехиометрии, конечно, есть, но кислорода всё-таки больше, чем просто до СО.
Б.г.> а это какую формулу керосина брать... Между прочим, итоговое соотношение подбирается на стенде по максимуму УИ или по температуре в наиболее критичных местах
Если брать кислорода точно до CO, то всё равно получается сколько-то CO2, но и сколько-то сажи. А сажа хуже, чем CO2, портит УИ.Формулу я взял СН2, как у алкенов. Фактически она скорее всего ещё беднее водородом. Стенд - это да. Окончательный вердикт.
Naib>> Ну, азиридин (аза-циклопропан), например. N-аминоазиридин.
Б.г.> И сколько он даёт по расчёту?
Пока не считал. Но навскидку, N-аминоазиридин - это гептил с закрытыми на трёхчленное кольцо метилами. То есть к энтальпии образования гептила добавляется ещё напряжение малого цикла и суммарная энтальпия должна быть примерно вдвое выше.
Б.г.> Б.г.>> Обсуждалась же топливная пара гидразин-пентаборан. Там УИ 406 единиц, что ли, для вакуума, притом, что оба компонента высококипящие. Но там почти весь выхлоп - конденсированная фаза, состоящая из нитрида бора.
Naib>> И водорода.
Б.г.> Собственно, поэтому и 406. Но водорода там сильно меньше половины по массе. Поэтому приблизиться к этим 406 очень трудно будет.
По молям водорода много. По 3 молекулы на каждую молекулу ВN. Объёмная доля - 75%, если бы нитрид бора был газообразен.
Пара гидразин-пентаборан, кстати, вскрывает интересную проблему теплопроводности выхлопа двигателя. Фактически, за счёт того, что у водорода она очень высока - конденсированная фаза не является необоримым препятствием достижения высокого УИ.
Naib>>> У азота тоже 28, как и у СО, так что вопрос в энергетике топливной пары и потреблении кислорода для горения.
Б.г.>> Да, но у воды-то 18, и уменьшение её доли увеличивает среднюю молекулярную массу.
Naib> Да, но главный козырь здесь - это водород, с его моляркой равной 2. Очень упрощённо: сгорание углерода накачивает систему тепловой энергией, а тяговые свойства определяет оставшийся водород. Образование воды - это вообще плохо. Очень большая у неё теплоёмкость и энергия сливается "вникуда", так как использовать её большей частью невозможно.
Но ведь у водорода теплоёмкость ещё больше, чем у воды! Мольная в 3 раза меньше, а массовая в 3 раза больше!
Ну и, потом, если в газовой смеси есть CO2 и H2, то, хочешь-не хочешь, вода образовываться будет. А, если в смеси недостаточно кислорода, будет лететь сажа. И азот тут не помогает, скорее, мешает.
Б.г.>> Да, но у воды-то 18, и уменьшение её доли увеличивает среднюю молекулярную массу.
Naib> Да, но главный козырь здесь - это водород, с его моляркой равной 2. Очень упрощённо: сгорание углерода накачивает систему тепловой энергией, а тяговые свойства определяет оставшийся водород. Образование воды - это вообще плохо. Очень большая у неё теплоёмкость и энергия сливается "вникуда", так как использовать её большей частью невозможно.
Но ведь у водорода теплоёмкость ещё больше, чем у воды! Мольная в 3 раза меньше, а массовая в 3 раза больше!
Ну и, потом, если в газовой смеси есть CO2 и H2, то, хочешь-не хочешь, вода образовываться будет. А, если в смеси недостаточно кислорода, будет лететь сажа. И азот тут не помогает, скорее, мешает.
Monya
Naib> Да, но главный козырь здесь - это водород, с его моляркой равной 2. Очень упрощённо: сгорание углерода накачивает систему тепловой энергией, а тяговые свойства определяет оставшийся водород. Образование воды - это вообще плохо. Очень большая у неё теплоёмкость и энергия сливается "вникуда", так как использовать её большей частью невозможно.
Э, что-то я не понял. Чем выше теплоемкость рабочего тела, тем выше его работоспособность. Как раз за счет теплоемкости работа и производится. Условно говоря, в камере сгорание рабочее тело набирает тепло, затем ускоряется за счет этого. Чем больше сможет набрать, тем больше сможет ускорится. Поэтому идеальным рабочим телом является атомарный водород - за счет самой большой удельной (массовой) газовой постоянной (работоспособность рабочего тела пропорциональна (R*T/)m, где м - молекулярная масса)
Э, что-то я не понял. Чем выше теплоемкость рабочего тела, тем выше его работоспособность. Как раз за счет теплоемкости работа и производится. Условно говоря, в камере сгорание рабочее тело набирает тепло, затем ускоряется за счет этого. Чем больше сможет набрать, тем больше сможет ускорится. Поэтому идеальным рабочим телом является атомарный водород - за счет самой большой удельной (массовой) газовой постоянной (работоспособность рабочего тела пропорциональна (R*T/)m, где м - молекулярная масса)
Naib>> Да, но главный козырь здесь - это водород, с его моляркой равной 2. Очень упрощённо: сгорание углерода накачивает систему тепловой энергией, а тяговые свойства определяет оставшийся водород. Образование воды - это вообще плохо. Очень большая у неё теплоёмкость и энергия сливается "вникуда", так как использовать её большей частью невозможно.
Б.г.> Но ведь у водорода теплоёмкость ещё больше, чем у воды! Мольная в 3 раза меньше, а массовая в 3 раза больше!
Если водород приходит из топлива, а не в виде жидкого, то его массовая доля в общей смеси мала. Если монотопливо - гидразин, то 12,5%.
Самый "жирный" вариант углеводородов - метан/кислород, тоже максимум 12,5.
Керосин/кислород - порядка 3,5-3,8% (реальных). Так что удельная теплоёмкость водорода в выхлопе невелика. А вот теплопроводность он должен поднимать изрядно.
Б.г.> Ну и, потом, если в газовой смеси есть CO2 и H2, то, хочешь-не хочешь, вода образовываться будет. А, если в смеси недостаточно кислорода, будет лететь сажа. И азот тут не помогает, скорее, мешает.
Пламя азотсодержащих компонентов (нитрилы, алкиламины, анилины) обычно очень горячее. Горячее, чем у углеводородов, сопоставимой формулы. И при этом требует меньше кислорода.
Б.г.> Но ведь у водорода теплоёмкость ещё больше, чем у воды! Мольная в 3 раза меньше, а массовая в 3 раза больше!
Если водород приходит из топлива, а не в виде жидкого, то его массовая доля в общей смеси мала. Если монотопливо - гидразин, то 12,5%.
Самый "жирный" вариант углеводородов - метан/кислород, тоже максимум 12,5.
Керосин/кислород - порядка 3,5-3,8% (реальных). Так что удельная теплоёмкость водорода в выхлопе невелика. А вот теплопроводность он должен поднимать изрядно.
Б.г.> Ну и, потом, если в газовой смеси есть CO2 и H2, то, хочешь-не хочешь, вода образовываться будет. А, если в смеси недостаточно кислорода, будет лететь сажа. И азот тут не помогает, скорее, мешает.
Пламя азотсодержащих компонентов (нитрилы, алкиламины, анилины) обычно очень горячее. Горячее, чем у углеводородов, сопоставимой формулы. И при этом требует меньше кислорода.
Monya> Э, что-то я не понял. Чем выше теплоемкость рабочего тела, тем выше его работоспособность. Как раз за счет теплоемкости работа и производится.
Это в идеальном адиабатическом процессе. Там лучше воды ничего не придумаешь. А ракетный двигатель всё-таки достаточно далёк от этого.
Monya> Условно говоря, в камере сгорание рабочее тело набирает тепло, затем ускоряется за счет этого. Чем больше сможет набрать, тем больше сможет ускорится.
Там ещё играет важную роль температура. А при фиксированном энерговыделении химического процесса высокая теплоёмкость продуктов реакции ограничивает максимальную температуру.
Monya> Поэтому идеальным рабочим телом является атомарный водород - за счет самой большой удельной (массовой) газовой постоянной (работоспособность рабочего тела пропорциональна (R*T/)m, где м - молекулярная масса)
Атомарный водород - это вполне себе идеальный газ и его теплоёмкость равна 3R, как и у благородных. У двухатомных газов теплоёмкость уже будет выше.
Это в идеальном адиабатическом процессе. Там лучше воды ничего не придумаешь. А ракетный двигатель всё-таки достаточно далёк от этого.
Monya> Условно говоря, в камере сгорание рабочее тело набирает тепло, затем ускоряется за счет этого. Чем больше сможет набрать, тем больше сможет ускорится.
Там ещё играет важную роль температура. А при фиксированном энерговыделении химического процесса высокая теплоёмкость продуктов реакции ограничивает максимальную температуру.
Monya> Поэтому идеальным рабочим телом является атомарный водород - за счет самой большой удельной (массовой) газовой постоянной (работоспособность рабочего тела пропорциональна (R*T/)m, где м - молекулярная масса)
Атомарный водород - это вполне себе идеальный газ и его теплоёмкость равна 3R, как и у благородных. У двухатомных газов теплоёмкость уже будет выше.
Naib> Пламя азотсодержащих компонентов (нитрилы, алкиламины, анилины) обычно очень горячее. Горячее, чем у углеводородов,
так это потому, что теплоёмкость меньше!
когда мы начинаем, условно говоря, греть ими водород, энергия кончается раньше.
так это потому, что теплоёмкость меньше!
когда мы начинаем, условно говоря, греть ими водород, энергия кончается раньше.
Вики утверждает, что у RS-25 соотношение компонентов топливной пары было 6 к 1.
После сгорания всего кислорода (а водорода там избыток, так что это ожидаемо) свободного водорода - 3,57%.
РД-190
1 к 2,72.
После идеального сгорания (до углекислоты и воды) - избыточного водорода - 2,4% Фактически - меньше, так как равновесие восстановления углекислоты
РД-270
1 к 2,67 (в пользу окислителя)
Избыточного водорода - около 1,05% Фактически - опять меньше из-за равновесных процессов
После сгорания всего кислорода (а водорода там избыток, так что это ожидаемо) свободного водорода - 3,57%.
РД-190
1 к 2,72.
После идеального сгорания (до углекислоты и воды) - избыточного водорода - 2,4% Фактически - меньше, так как равновесие восстановления углекислоты
РД-270
1 к 2,67 (в пользу окислителя)
Избыточного водорода - около 1,05% Фактически - опять меньше из-за равновесных процессов
Naib>> Вики утверждает, что у RS-25 соотношение компонентов топливной пары было 6 к 1.
Ну, 6,02, если уж приводить три знака
Naib>> После сгорания всего кислорода (а водорода там избыток, так что это ожидаемо) свободного водорода - 3,57%.
Это в весовых процентах, для термодинамики важнее в объёмных процентах. В них у меня вышло водорода 24% и воды 76%. Средний молекулярный вес, таким образом, около 14.
Это очень грубые цифры, не учитывающие радикалы и атомарные водород и кислород, поэтому приводить третий знак бессмысленно.
P.S. где-то я встречал (можно проверить пропепом), что эффективный молекулярный вес (за счёт ОН*, и атомарных водорода и кислорода) в RS-25 между 11 и 12.
P.P.S. писали также, что у кислород-водородных движков для "типа первых" ступеней идёт комплексная оптимизация соотношения компонентов - уменьшая УИ, можно выиграть на относительной массе баков, и скомпенсировать это. Т.е. наилучшие параметры ракеты в целом достигаются не при максимальном достижимом УИ, а при некотором увеличении доли кислорода, за счёт увеличения средней плотности топлива.
Ну, 6,02, если уж приводить три знака
Naib>> После сгорания всего кислорода (а водорода там избыток, так что это ожидаемо) свободного водорода - 3,57%.
Это в весовых процентах, для термодинамики важнее в объёмных процентах. В них у меня вышло водорода 24% и воды 76%. Средний молекулярный вес, таким образом, около 14.
Это очень грубые цифры, не учитывающие радикалы и атомарные водород и кислород, поэтому приводить третий знак бессмысленно.
P.S. где-то я встречал (можно проверить пропепом), что эффективный молекулярный вес (за счёт ОН*, и атомарных водорода и кислорода) в RS-25 между 11 и 12.
P.P.S. писали также, что у кислород-водородных движков для "типа первых" ступеней идёт комплексная оптимизация соотношения компонентов - уменьшая УИ, можно выиграть на относительной массе баков, и скомпенсировать это. Т.е. наилучшие параметры ракеты в целом достигаются не при максимальном достижимом УИ, а при некотором увеличении доли кислорода, за счёт увеличения средней плотности топлива.
Это сообщение редактировалось 13.10.2016 в 09:58
Naib>РД-190
Naib>1 к 2,72.
Naib>После идеального сгорания (до углекислоты и воды) - избыточного водорода - 2,4% Фактически - меньше, так как равновесие восстановления углекислоты
там вообще неокисленного водорода будут только следы, т.к. в выхлопе есть CO и C. Если для углеводородного горючего не хватает кислорода, то сначала недоокисляется углерод, и только потом - водород.
Naib> РД-270
Naib> 1 к 2,67 (в пользу окислителя)
Naib>Избыточного водорода - около 1,05% Фактически - опять меньше из-за равновесных процессов
Тут вообще будет каша из-за окислов азота и других азотсодержащих радикалов. Свободного водорода будут только следы.
Naib>1 к 2,72.
Naib>После идеального сгорания (до углекислоты и воды) - избыточного водорода - 2,4% Фактически - меньше, так как равновесие восстановления углекислоты
там вообще неокисленного водорода будут только следы, т.к. в выхлопе есть CO и C. Если для углеводородного горючего не хватает кислорода, то сначала недоокисляется углерод, и только потом - водород.
Naib> РД-270
Naib> 1 к 2,67 (в пользу окислителя)
Naib>Избыточного водорода - около 1,05% Фактически - опять меньше из-за равновесных процессов
Тут вообще будет каша из-за окислов азота и других азотсодержащих радикалов. Свободного водорода будут только следы.
Это сообщение редактировалось 13.10.2016 в 09:52
Naib>> Пламя азотсодержащих компонентов (нитрилы, алкиламины, анилины) обычно очень горячее. Горячее, чем у углеводородов,
Б.г.> так это потому, что теплоёмкость меньше!
Б.г.> когда мы начинаем, условно говоря, греть ими водород, энергия кончается раньше.
Теплоёмкость ограничивает предельную температуру. Скажем, если у нас 2 МДж энергии и она передаётся при помощи 1 кг воды или 1 кг азота, то в случае азота итоговая температура будет намного выше.
Б.г.> так это потому, что теплоёмкость меньше!
Б.г.> когда мы начинаем, условно говоря, греть ими водород, энергия кончается раньше.
Теплоёмкость ограничивает предельную температуру. Скажем, если у нас 2 МДж энергии и она передаётся при помощи 1 кг воды или 1 кг азота, то в случае азота итоговая температура будет намного выше.
Сделал несколько прикидок по сгоранию.
Условие неполного сгорания - водород остаётся нетронутым (ну, сферическая конница, но пока пускай)
Пара ацетилен/кислород по энергетике равна паре синильная кислота/кислород, но вторая проигрывает, так как при прочих равных даёт лишнюю молекулу азота.
Сравнение с парой этилен/кислород - уже проигрывает синилке по общей энергетике (при условии, что водород не горит!). Добавляем сжигание половины водорода - догоняем энергетику, но проигрываем в предельной температуре, так как появляется вода. Алканы проигрывают ещё сильнее.
В общем, КМК, добавки полинитрилов (начиная с дициана и далее динитрил малоновой кислоты и так далее) в керосин должны повышать температуру горения. Яды? Ну да. Но не кумулятивные, так что даже при утечке распадаются быстро.
Второй момент.
Есть масса жидкой металлоорганики, типа диизобутилалюминий-гидрида, триэтилалюминия и так далее. Она почти эквивалентна металлу в составе горючего и достаточно стабильна, чтобы использоваться для охлаждения КС.
На "короткой" ступени, с малым временем горения она может быть вполне полезна.
Условие неполного сгорания - водород остаётся нетронутым (ну, сферическая конница, но пока пускай)
Пара ацетилен/кислород по энергетике равна паре синильная кислота/кислород, но вторая проигрывает, так как при прочих равных даёт лишнюю молекулу азота.
Сравнение с парой этилен/кислород - уже проигрывает синилке по общей энергетике (при условии, что водород не горит!). Добавляем сжигание половины водорода - догоняем энергетику, но проигрываем в предельной температуре, так как появляется вода. Алканы проигрывают ещё сильнее.
В общем, КМК, добавки полинитрилов (начиная с дициана и далее динитрил малоновой кислоты и так далее) в керосин должны повышать температуру горения. Яды? Ну да. Но не кумулятивные, так что даже при утечке распадаются быстро.
Второй момент.
Есть масса жидкой металлоорганики, типа диизобутилалюминий-гидрида, триэтилалюминия и так далее. Она почти эквивалентна металлу в составе горючего и достаточно стабильна, чтобы использоваться для охлаждения КС.
На "короткой" ступени, с малым временем горения она может быть вполне полезна.
Naib> Теплоёмкость ограничивает предельную температуру. Скажем, если у нас 2 МДж энергии и она передаётся при помощи 1 кг воды или 1 кг азота, то в случае азота итоговая температура будет намного выше.
Ну и что? Из-за увеличения среднего молекулярного веса мы проиграем больше, чем выиграем за счёт повышения температуры.
Ну и что? Из-за увеличения среднего молекулярного веса мы проиграем больше, чем выиграем за счёт повышения температуры.
Copyright © Balancer 1997..2018
Создано 07.10.2016
Связь с владельцами и администрацией сайта: anonisimov@gmail.com, rwasp1957@yandex.ru и admin@balancer.ru.
Создано 07.10.2016
Связь с владельцами и администрацией сайта: anonisimov@gmail.com, rwasp1957@yandex.ru и admin@balancer.ru.
