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

Bell> уфф...

Вот реально уфф.
Давай ты сначала разберёшься хотя бы с самыми простыми вещами (которые нифига не простые) - с решением уравнения теплопроводности для случая самой простой теплопроводности, с постоянным коэффициентом температуропроводности (никакой турбулентности, никакого размешивания, переменных коэффициентов, переменных плотностей и теплоёмкостей, никакого лучистого теплопереноса). Разберёшься с тем, что такое начальные условия и граничные условия, как они влияют на стационарные решения и их вид.
Это достаточно сложно, предупреждаю.

Bell> а какое это имеет отношение к теплоте испарения?
Испаряет жидкость из форсунок в схеме двигателя НЕ газ-газ та же тепловая энергия, что уходит через стенку КС.
У тебя в любом случае баланс энергии двигателя, как тепловой машины, будет одинаковый.
Вопрос лишь в КПД, которого ты сможешь добиться.

И тут уже все упирается в имеющиеся возможности и опыт, в практической реализации КПД дизельной силовой установки может оказаться ниже паровой машины.

Полл> А охлаждение газа в пристеночной области КС зависит ТОЛЬКО от температуры стенки (параметры газа не рассматриваем).

Так тоже не бывает. При теплоотдаче от газа - ДВИЖУЩЕГОСЯ! - к твёрдой стенке зависимость теплопотока от параметров газа может быть значительно сильнее, чем от температуры стенки.

Давайте может сворачивать этот разговор? Только так кажется, что про тепло мы все понимаем, в 8-м классе учились. На самом деле это всё наука ничуть не проще и не понятнее, чем квантовая механика. А где-то даже хуже. Потому что эмпирики больше "Это зависит от Рейнольдса в степени 0,37 и Нуссельта в степени 0,28, а почему в таких - не знает никто, так с экспериментом сходится".

Поэтому тут надо или занавес, или всем идти читать толстые учебники.

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.
Bell> Нет.
Bell> И еще раз нет.
Bell> Регенеративного охлаждения как правило НЕ ХВАТАЕТ для обеспечения температуры огневой стенки, требуемой по соображениям жаропрочности материалов.

Заблуждение. Регенеративного охлаждения НЕ ХВАТАЕТ, как ты пишешь капсом, потому что а) у стенки конечная теплопроводность б) регенеративная рубашка должна иметь гидравлическое сопротивление поменьше. Для большого двигателя теплоёмкости компонента вполне хватает - закон куба-квадрата старается - чтобы отвести всё тепло, которое может прийти в стенку, но стенка не в состоянии это тепло пропустить.

Bell> 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.

Приходится, да, но это не потому, что хладагента не хватает, а потому, что сама стенка не справляется.

Bell> 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.

Нет. Температура огневой стенки - это компромисс, продукт договора между несколькими договаривающимися сторонами, одна из которых - технологи. Например, когда делали РД-107-108, технологи хотели БрХ2, но оказалось, что её теплопроводность слишком низка. Поэтому на огневую стенку пришлось пустить вновь разработанную БрХ08, которая технологов устраивала на пределе по вязкости, а теплотехников - на пределе теплопроводности.

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

Энергия, которая уходит на испарение, всё равно участвует в расчёте термодинамической машины.

Bell> Она отбирается из КС.

Она бы отбиралась из КС, если бы это испарённое топливо в КС не попадало.

Bell> Так вот вопрос в том, в каком именно месте ее отбирать - в факеле на форсунках или со стенок.
Bell> Снижать температуру выхлопных газов или не снижать.
Да при чём тут это? Энергия испарения НЕ ЯВЛЯЕТСЯ потерями. Ты очень долго и подробно рассказывал о потерях на неполное сгорание (завесное охлаждение - это же неполное сгорание?) но думаешь почему-то украсть в совсем другом месте.

Fakir> Поэтому тут надо или занавес, или всем идти читать толстые учебники.
Ну пока ты не ушел с гордо поднятой головой, объявив себя победителем, ответь на простой вопрос:
Если в камеру подать газообразные компоненты, при сгорании температура будет выше, чем если подать жидкие или нет?

Б.г.> Энергия, которая уходит на испарение, всё равно участвует в расчёте термодинамической машины.
Никто не покушается на термодинамический расчет.

Я ж в начале написал, что вопрос появился в результате обсуждения охлаждения КС кислородом (в двигателе 11Д58МФ).
Так там что планировалось? Кислород охлаждает КС, а поскольку его намного больше, чем керосина, то появляется возможность отказаться от завесного охлаждения. Оно само по себе нифига УИ не прибавляет (ну если не водородом ), так еще и было керосином, который в хрен знает что там разлагается.
В результате улучшения, так сказать, качества продуктов сгорания увеличивался ожидалось заметное увеличение удельного импульса, порядка 5 сек.
(правда, там у них ГГ не завязался и теперь товарищи решили делать безгенераторник, но это отдельная история, на модельной камере все работало хорошо)
И никто не отменял термодинамический расчет, не опровергал закон сохранения энергии и начала термодинамики...
А УИ увеличивался...

Bell>> Так вот вопрос в том, в каком именно месте ее отбирать - в факеле на форсунках или со стенок.
Bell>> Снижать температуру выхлопных газов или не снижать.
Б.г.> Да при чём тут это?
Да так, просто...
Это и был основной вопрос.

Bell>> уфф...
Fakir> Вот реально уфф.
Fakir> Давай ты сначала разберёшься хотя бы с самыми простыми вещами (которые нифига не простые) - с решением уравнения теплопроводности для случая самой простой теплопроводности, с постоянным коэффициентом температуропроводности (никакой турбулентности, никакого размешивания, переменных коэффициентов, переменных плотностей и теплоёмкостей, никакого лучистого теплопереноса). Разберёшься с тем, что такое начальные условия и граничные условия, как они влияют на стационарные решения и их вид.
Fakir> Это достаточно сложно, предупреждаю.
Я тебя расстрою. Ну или обрадую, не знаю.
На работе я неоднократно считал теплопотери ограждающих конструкций зданий, в том числе для расчетов потребности в тепле и топливе при проектировании котельных и получении лимитов на газ. Ну и коттеджики всякие, халтурка на дом.
Так что я достаточно хорошо понимаю, что там и как в теории и практике.

Б.г.>> Энергия, которая уходит на испарение, всё равно участвует в расчёте термодинамической машины.
Bell> Никто не покушается на термодинамический расчет.
Bell> Я ж в начале написал, что вопрос появился в результате обсуждения охлаждения КС кислородом (в двигателе 11Д58МФ).
Bell> Так там что планировалось? Кислород охлаждает КС, а поскольку его намного больше, чем керосина, то появляется возможность отказаться от завесного охлаждения.

У меня совсем другие сведения. Там собирались использовать завесное охлаждение кислородом. Кислорода, конечно, больше, чем керосина, и даже в разы (скажем - в три), но кислород, в отличие от водорода, нельзя греть до температуры выше критической, потому что сверхкритический кислородный флюид имеет куда меньшую теплоёмкость, и для охлаждения не годится. А это значит, что его можно греть максимум до -113. Да и у жидкого кислорода теплоёмкость меньше, чем у керосина, так что брутто весь кислород может принять энергии в джоулях меньше, чем весь керосин.

Bell> Оно само по себе нифига УИ не прибавляет (ну если не водородом ), так еще и было керосином, который в хрен знает что там разлагается.

Ну я ж пишу, что это неполное сгорание (плюс двухфазное течение с конденсированной фазой), а не теплота испарения чего-то там.

Bell> В результате улучшения, так сказать, качества продуктов сгорания увеличивался ожидалось заметное увеличение удельного импульса, порядка 5 сек.

Bell> (правда, там у них ГГ не завязался и теперь товарищи решили делать безгенераторник, но это отдельная история, на модельной камере все работало хорошо)
Bell> И никто не отменял термодинамический расчет, не опровергал закон сохранения энергии и начала термодинамики...
Bell> А УИ увеличивался...

Но при чём тут "потери на испарение"? Это потери на неполное сгорание. Дело не в температуре стенки, и даже не в температуре газов, а в более полном перемешивании.


Bell> Bell>> Так вот вопрос в том, в каком именно месте ее отбирать - в факеле на форсунках или со стенок.

Совершенно без разницы

Bell> Bell>> Снижать температуру выхлопных газов или не снижать.

Но почему она должна снизиться-то?

Б.г.>> Да при чём тут это?
Bell> Да так, просто...
Bell> Это и был основной вопрос.

Ты всё время переводишь стрелки.

Fakir>> Поэтому тут надо или занавес, или всем идти читать толстые учебники.
Bell> Ну пока ты не ушел с гордо поднятой головой, объявив себя победителем, ответь на простой вопрос:
Bell> Если в камеру подать газообразные компоненты, при сгорании температура будет выше, чем если подать жидкие или нет?

Смотри - жидкие и газообразные могут иметь разную температуру. И при соответствующем давлении температура жидких может быть выше температуры газообразных. И в ЖРД замкнутой схемы реализуется именно такой вариант.

Да, если исходно газообразные имеют такую же температуру, как жидкие, то при их сгорании температура будет выше. Но равенства-то этого и нету!

Bell> Я тебя расстрою. Ну или обрадую, не знаю.
Bell> На работе я неоднократно считал теплопотери ограждающих конструкций зданий,

То есть понимаешь, что такое уравнение параболического типа, температуропроводность, функция тепловыделения, типы граничных условий, вот эта вот вся кухня?
Если да, то очень обрадуешь. Особенно если до кучи сталкивался хотя бы с чем-то типа расчёта радиатора, где теплоотдача от тела к газу.

Bell> Если в камеру подать газообразные компоненты, при сгорании температура будет выше, чем если подать жидкие или нет?

В сферическом вакууме, если компоненты одинаковые, в одинаковом количестве, то будет выше - чем у жидких в том же количестве с той же температурой.
Как и при подогреве жидких - тоже, вообще говоря, будет выше.

...по крайней мере в первый момент.

Строго говоря, на языке урмата - это ты не непосредственно температуру меняешь, ты меняешь функцию тепловыделения в соотв. уравнении. Как-то так. В этом сложность (одна из).

Bell> В результате улучшения, так сказать, качества продуктов сгорания увеличивался ожидалось заметное увеличение удельного импульса, порядка 5 сек.

Если всё так - то меняются граничные условия. Откуда перестроение всего, несколько последовательно связанных тонких эффектов.
И, заметь, на достаточно небольшую величину прирост декларирован.

Эффекта такого порядка в принципе нельзя исключать и при том, что ты предлагаешь (о чём тебе изначально и говорилось).
Ну ты ж подумай, сколько тончайших мелких изменений с неочевидными следствиями попрут, если вводить не распылённые капли, а газ. Да кучи! Не только испарение - наверняка изменится как-то (а как?) лучистый теплоперенос (грубо говоря, представь себе восход в тумане), изменится немного конвекция (а это в газах и жидкостях крайне важный "инструмент" транспортных процессов), за конвекцией не только перенос потянется, но и кинетика горения. Может тут на секунду-другую в итоге УИ поменяться? Да запросто.
Только априори трудно угадать не только модуль, но и знак изменений

Для иллюстрации: чего-то в таком же духе можно (в теории, чисто для примера) добиться, просто чуть изменив материал стенки.

Bell> Регенеративного охлаждения как правило НЕ ХВАТАЕТ для обеспечения температуры огневой стенки, требуемой по соображениям жаропрочности материалов. ....
Bell> Какое из этих слов ты не понял с первого раза?

Лично я - "как правило" Т.е. иногда хватает? Или никогда не хватает? Или всегда хватает, но техника побеждает разум?
Существуют ЖРД (любой мощности), где НЕ используются какие либо доп. способы охлаждения стенок. Но завесное охлаждение фактически "бесплатное" - это просто очередность расположения форсунок. Поэтому им часто пользуются. А ты пытаешСо выдать за физическую константу конкретные тех.решения, которые были приняты по самым разным причинам...нехорошо

Дем>> Т.е. начиная с некой мощности - испарение неизбежно.
Полл> Самые мощные двигателя в истории, F1 "Сатурна", схему газ-газ не использовали.
Так мощные-то они мощные, а вот УИ весьма так себе. Потому как высокое давление в камере сделать не смогли.
Полл> Пока используем одно и то же топливо - мощность на единицу массы топлива или единицу объема камеры сгорания принципиально не вырастет.
Мощность на единицу объёма пропорциональна давлению в камере. И соответственно на м2 стенки.

Bell>> Я ж в начале написал, что вопрос появился в результате обсуждения охлаждения КС кислородом (в двигателе 11Д58МФ).
Bell>> Так там что планировалось? Кислород охлаждает КС, а поскольку его намного больше, чем керосина, то появляется возможность отказаться от завесного охлаждения.
Б.г.> У меня совсем другие сведения. Там собирались использовать завесное охлаждение кислородом.
Прочитай предпоследний абзац:

Точнее там дальше поясняется, что убрали кольцевые форсунки горючего, которые создавали пристеночный слой, обогащенный керосином. То есть завесы из стенок там вообще не было.

Но умиляет то, что тебя вообще не насторожила идея подавать на огневую стенку окислитель

Bell>> Да так, просто...
Bell>> Это и был основной вопрос.
Б.г.> Ты всё время переводишь стрелки.
Прочитай мой первый пост:

Bell>> Если в камеру подать газообразные компоненты, при сгорании температура будет выше, чем если подать жидкие или нет?
Б.г.> Да, если исходно газообразные имеют такую же температуру, как жидкие, то при их сгорании температура будет выше. Но равенства-то этого и нету!

Fakir> В сферическом вакууме, если компоненты одинаковые, в одинаковом количестве, то будет выше - чем у жидких в том же количестве с той же температурой.
Fakir> Как и при подогреве жидких - тоже, вообще говоря, будет выше.

Идея о том, что невычет теплоты испарения при сгорании повышает температуру была самоочевидна изначально, просто удивило, что вы все 2 страницы подряд пытались меня в этом разубедить...
Ну да ладно.


Но тогда интересно вот, что:
Если у нас сверхкритическая жидкость в контуре охлаждения нагревается, то что там вообще реально происходит с теплотой испарения? Она поглощается постепенно-монотонно или вообще не поглощается вплоть до сгорания?

Bell>> В результате улучшения, так сказать, качества продуктов сгорания увеличивался ожидалось заметное увеличение удельного импульса, порядка 5 сек.
Fakir> Если всё так - то меняются граничные условия. Откуда перестроение всего, несколько последовательно связанных тонких эффектов.
Fakir> И, заметь, на достаточно небольшую величину прирост декларирован.
Да это я грешным делом написал 5 сек, а у них получалось 20. Но это с новым неохлаждаеым соплом большого расширения. И хз сколько он там дает, может 10 сек. А может и меньше...

Например, увеличение сопла на РД0146Д подняло УИ только на 7 сек, 1,5%.
А на 58МФ - 20 сек, 5,5%. Тогда логично предположить, что порядка 2% от сопла, а остальные 12+ сек от "качества продуктов сгорания".

Bell> Идея о том, что невычет теплоты испарения при сгорании повышает температуру была самоочевидна изначально, просто удивило, что вы все 2 страницы подряд пытались меня в этом разубедить...

Вот ты чудак-человек. Пойми простую вещь: "температура сгорания" - это термодинамический параметр, в сущности абстрактный, сферический в вакууме. Реализуется при условии, что высвободившаяся в ходе реакций энергия целиком остаётся в продуктах, никуда никаким образом частнично не передаётся. Всё происходит в идеальной калориметрической бомбе. Но это же идеализация.
Реальная температура в КС, вообще говоря, вовсе НЕ равна этой абстрактной температуре сгорания.
У тебя реальная температура в стационаре (если он еще реализуется) определяется выделением энергии (распределённым по объёму и, вообще говоря, совершенно неравномерно - просто потому, что невозможно всюду абсолютно идеальное выдерживание количества обоих компонент) и теплопереносами всех видов.
Ты ж уравнения видел. Вот есть эта функция тепловыделения Ф(r,t), есть граничные условия - и стационарное решение получится такое, какое получится.


Bell> Если у нас сверхкритическая жидкость в контуре охлаждения нагревается, то что там вообще реально происходит с теплотой испарения? Она поглощается постепенно-монотонно или вообще не поглощается вплоть до сгорания?

Поглощается.

Bell>> Идея о том, что невычет теплоты испарения при сгорании повышает температуру была самоочевидна изначально, просто удивило, что вы все 2 страницы подряд пытались меня в этом разубедить...
Fakir> Вот ты чудак-человек. Пойми простую вещь: "температура сгорания" - это термодинамический параметр, в сущности абстрактный, сферический в вакууме. Реализуется при условии, что высвободившаяся в ходе реакций энергия целиком остаётся в продуктах, никуда никаким образом частнично не передаётся. Всё происходит в идеальной калориметрической бомбе. Но это же идеализация.
Fakir> Реальная температура в КС, вообще говоря, вовсе НЕ равна этой абстрактной температуре сгорания.
Fakir> У тебя реальная температура в стационаре (если он еще реализуется) определяется выделением энергии (распределённым по объёму и, вообще говоря, совершенно неравномерно - просто потому, что невозможно всюду абсолютно идеальное выдерживание количества обоих компонент) и теплопереносами всех видов.
Слушай...
То есть сейчас на голубом глазу ты пытаешься уговорить меня, что вся прибавка от увеличения температуры в зоне горения потом уйдет обратно в стенку КС и "цикл замкнется", не дав прибавки температуры и скорости выхлопных газов?

Bell> Слушай...
Ессе на тему: "О пользе теплорода или мифическое в реальном"

Представь себе циркуляцию тепла в ЖРД в виде ... жидкости/газа. Проследи за путями. Подумай. Получи удовольствие

Bell>> Слушай...
Wyvern-2> Ессе на тему: "О пользе теплорода или мифическое в реальном"
Wyvern-2> Представь себе циркуляцию тепла в ЖРД
Да какая там циркуляция, когда наружу ежесекундно вылетают тонн раскаленных газов?

Bell> То есть сейчас на голубом глазу ты пытаешься уговорить меня, что вся прибавка от увеличения температуры в зоне горения потом уйдет обратно в стенку КС и "цикл замкнется", не дав прибавки температуры и скорости выхлопных газов?

Нет! Нееееет!!!!
Я пытаюсь до тебя донести, что ТОЧНЫЕ выводы в НАСТОЛЬКО СЛОЖНЫХ процессах на пальцах сделать НЕЛЬЗЯ!!!
Такое МОЖЕТ случиться. То, о чём ты говоришь. Или случиться, но не целиком. Или не случиться. Или не случиться, но не до конца


Вопрос для самопроверки №1: граничные условия какого рода определяют теплообмен в КС?

Вопрос для самопроверки №2: изменится ли что-либо в параметрах ЖРД, если в нём ничего не менять (геометрию, компоненты, все расходы), и только лишь выполнить камеру из материала с той же допустимой температурой, но другой теплопроводностью?

Bell>> То есть сейчас на голубом глазу ты пытаешься уговорить меня, что вся прибавка от увеличения температуры в зоне горения потом уйдет обратно в стенку КС и "цикл замкнется", не дав прибавки температуры и скорости выхлопных газов?
Fakir> Нет! Нееееет!!!!
Ну слава б-гу!
Ты вернул мне веру в человечество!
А-то Полл меня прям вогнал в дипрессняк...

Fakir> Я пытаюсь до тебя донести, что ТОЧНЫЕ выводы в НАСТОЛЬКО СЛОЖНЫХ процессах на пальцах сделать НЕЛЬЗЯ!!!
Нафиг точные? Достаточно качественных выводов.

Fakir> Такое МОЖЕТ случиться. То, о чём ты говоришь. Или случиться, но не целиком.
Ну да, поверь, это я и ожидал, в целом.

Bell> Нафиг точные? Достаточно качественных выводов.

И качественные нельзя!!! Знак перепутать - как два пальца!!

Fakir>> Такое МОЖЕТ случиться. То, о чём ты говоришь. Или случиться, но не целиком.
Bell> Ну да, поверь, это я и ожидал, в целом.

А может не случиться. Ты попробуй ответить на вопросы для самопроверки. Чисто для разминки.

Bell>> Если у нас сверхкритическая жидкость в контуре охлаждения нагревается, то что там вообще реально происходит с теплотой испарения? Она поглощается постепенно-монотонно или вообще не поглощается вплоть до сгорания?
Fakir> Поглощается.

Да?
А злые языки клевещут, что энтальпия испарения с ростом температуры постепенно уменьшается до нуля в точке Ткрит.