Жидкий метан

Б.г.>> Если у нас в смеси есть хоть следы кислорода и следы водорода, то, первым делом, они прореагируют между собой.
Дем> Хорошо, все следы кислорода прореагировали - но водород от терморазложения всё равно остался.
А, значит, и углерод (сажа) остался.

Б.г.>> Нет. Чем ниже температура (а чем меньше кислорода, тем она ниже), тем сильнее смещено равновесие в сторону CO2.
Дем> Ну в сопле-то температура будет высокая.
Что-то я теряю нить дискуссии - речь шла о том, что в метановом газогенераторе будет лететь сажа, при попытке организовать закрытую схему с восстановительным газом. До сопла ещё надо добраться.

ладно, чтобы нить дискуссии не терять, сначала.
Если мы жгём метан с резким недостатоком кислорода (в газогенераторе) - то на выходе у нас будет преимущественно ободранные радикалы СНn (n=1..3), а не углерод. Ну и вода, как продукт сгорания, ессно.
Одновременно от терморазложения мы будем иметь опять СНn и атомарный водород.
И вся эта сместь будет рекомбинировать с образованием чего-то молеколярно законченного. После чего немногого атомарного углерода, более известного как сажа - вообще не остаётся, он весь прореагировал с водородом.

А когда мы греем керосин - у нас цепочки рвутся, но свободного водорода не образуется, он весь в разрывы налипает. И имеем сажеобразование.

Убрал повтор, база глючит.

Дем> ладно, чтобы нить дискуссии не терять, сначала.
Дем> Если мы жгём метан с резким недостатоком кислорода (в газогенераторе) - то на выходе у нас будет преимущественно ободранные радикалы СНn (n=1..3), а не углерод. Ну и вода, как продукт сгорания, ессно.

Да ну? а как же, по-вашему, получают пиролитический графит?

Дем> Одновременно от терморазложения мы будем иметь опять СНn и атомарный водород.
Атомарный водород при терморасщеплении углеводородов не образуется, в отличие от реакции металла с кислотой. Только молекулярный. Больше того, если в углеводород, даже без нагрева, добавить атомарный водород, то он будет по свободнорадикальному механизму дегидрировать этот углеводород, превращая его в ненасыщенный.

Дем> И вся эта сместь будет рекомбинировать с образованием чего-то молеколярно законченного. После чего немногого атомарного углерода, более известного как сажа

Сажа - это не атомарный углерод. Атомарный углерод может существовать только при температурах, превышающих 10000 градусов. Даже на солнце углерод существует в виде молекул С2, С4 и подобных.
Сажа - это смесь разных конструктов, от фуллерена С60 и нанотрубок, до чешуек графита.

Дем> - вообще не остаётся, он весь прореагировал с водородом.

Углерод не реагирует с водородом без катализаторов. Например, алмаз устойчив в атмосфере водорода вплоть до начала графитизации, но, если на нём нарисовать (напылить) никелем картинку, то по этой картинке алмаз будет "травиться".

Дем> А когда мы греем керосин - у нас цепочки рвутся, но свободного водорода не образуется, он весь в разрывы налипает. И имеем сажеобразование.

Сажеобразование имеет место при нагреве любого углеводорода в отсутствие окислителей. Но, гораздо больше сажи получается, если мы связываем кислородом выделившийся водород.

Б.г.> Да ну? а как же, по-вашему, получают пиролитический графит?
Нагревая до нескольких тысяч градусов. После чего углерод начинает десублимироваться на стенках. Но это не наши температуры.
И заметим - в объёме выделяться не хочет, центр конденсации нужен.

Б.г.> Атомарный водород при терморасщеплении углеводородов не образуется, в отличие от реакции металла с кислотой. Только молекулярный.
Молекулярным он становится потом, когда налетит на соседнюю молекулу.

Б.г.> Сажа - это не атомарный углерод. Атомарный углерод может существовать только при температурах, превышающих 10000 градусов. Даже на солнце углерод существует в виде молекул С2, С4 и подобных.
Угу. Только вот у метана, к счастью, всего один атом углерода. И превратиться в молекулу он может только случайно встретив собрата. Если же первым он встретит что другое - никакой сажи не получится.
Сильно подозреваю, основным вариантом будет С+СН4 = С2Н4

Б.г.> Углерод не реагирует с водородом без катализаторов.
Высокомолекулярный. И из чего там стенки тракта делают?

Б.г.>> Да ну? а как же, по-вашему, получают пиролитический графит?
Дем> Нагревая до нескольких тысяч градусов.
Неправда, всего лишь до полутора тысяч. А, вообще, выделение сажи начинается гораздо раньше. До нескольких тысяч греют уже выделившийся углерод, чтоб он перекристаллизировался.
Дем> После чего углерод начинает десублимироваться на стенках. Но это не наши температуры.
Дем> И заметим - в объёме выделяться не хочет, центр конденсации нужен.

Опять неправда - центр конденсации, конечно, нужен, но их и в объёме совершенно достаточно. Любая сотня атомов становится таким центром конденсации.

Б.г.>> Атомарный водород при терморасщеплении углеводородов не образуется, в отличие от реакции металла с кислотой. Только молекулярный.
Дем> Молекулярным он становится потом, когда налетит на соседнюю молекулу.

Ну где вы этому научились? От молекулы метана водород отщепляется молекулой же, так ему термодинамически проще. Получается не метильный радикал, а метилен. Я ж говорю, если сквозь разбавленную серную кислоту с кусочками цинка продувать чистый холодный метан, то атомарный водород, образующийся при реакции цинка, дегидрирует метан по свободнорадикальному механизму, даже при комнатной температуре.

Б.г.>> Сажа - это не атомарный углерод. Атомарный углерод может существовать только при температурах, превышающих 10000 градусов. Даже на солнце углерод существует в виде молекул С2, С4 и подобных.
Дем> Угу. Только вот у метана, к счастью, всего один атом углерода. И превратиться в молекулу он может только случайно встретив собрата. Если же первым он встретит что другое - никакой сажи не получится.
Дем> Сильно подозреваю, основным вариантом будет С+СН4 = С2Н4

Эта реакция термодинамически невыгодна.

Б.г.>> Углерод не реагирует с водородом без катализаторов.
Дем> Высокомолекулярный. И из чего там стенки тракта делают?
Углерод бывает низкомолекулярным только при 5000-10000 градусов, что горение обеспечить не в состоянии. Даже фуллерены с водородом не реагируют почти до 800 градусов.

Wyvern-2> КАк и следовало ожидать: Элон Маск пришел к тяжелому метан-кислородному ЖРД закрытого цикла
Wyvern-2> SpaceX отправила «марсианский» двигатель на испытания в Техас / Geektimes

Вообще то Маск давно шел к этому, по мере приобретения опыта менялось текущее содержание работ.В 2013 г. шла речь о движке с земной тягой 690 т закрытого цикла , причем в наиболее сложной схеме газ-газ. В 2014 г. озвучили планируемую тягу в 230 т. Если такой движок получится, а это узнаем в ближайшее время, то можно ожидать возвращение к варианту 690 т, ибо именно такой движок снимает многие проблемы в создании супертяжа для марсианских экспедиций. Но и 230 т с максимальным УИ для пары ЖК-ЖМ благодаря схеме газ-газ будет огромным достижением, и команда Мюллера станет лидером в мировом двигателестроении для РН.

kot45> Вообще то Маск давно шел к этому, по мере приобретения опыта менялось текущее содержание работ.В 2013 г. шла речь о движке с земной тягой 690 т закрытого цикла , причем в наиболее сложной схеме газ-газ. В 2014 г. озвучили планируемую тягу в 230 т. Если такой движок получится, а это узнаем в ближайшее время, то можно ожидать возвращение к варианту 690 т, ибо именно такой движок снимает многие проблемы в создании супертяжа для марсианских экспедиций. Но и 230 т с максимальным УИ для пары ЖК-ЖМ благодаря схеме газ-газ будет огромным достижением, и команда Мюллера станет лидером в мировом двигателестроении для РН.
Ну они конечно круто замахнулись. Однако сомнительно создание ЖРД по схеме "газ-газ" с тягой 230 тс. Маловато будет. Я движок по такой схеме еще в институте на курсовых считал. При тяге около 200 тс получались большие проблемы с охлаждением. Реально не хватает расхода теплоносителя (горючего) на охлаждение камеры (хоть и водородник). При больших расходах (тяга от 400 тс) - пжалуйста. Так что при такой мощности эта схема себя не очень оправдывает. Она выгодна при больших мощностях. Тот же РД-270 имел тягу в 640 тс на уровне моря. Так что вариант в 690 тс более реален.

Monya> Ну они конечно круто замахнулись. Однако сомнительно создание ЖРД по схеме "газ-газ" с тягой 230 тс. Маловато будет... Реально не хватает расхода теплоносителя (горючего) на охлаждение камеры (хоть и водородник).

Т.е. ты считал водородник?

Wyvern-2> Т.е. ты считал водородник?
Ага. И причем именно "газ-газ" Вот енто:

Wyvern-2>> Т.е. ты считал водородник?
Monya> Ага. И причем именно "газ-газ"

А вот эта схема, по твоему мнению, может поменять картину?

Wyvern-2> А вот эта схема, по твоему мнению, может поменять картину?
Насколько я помню из ВУЗ-овских лекций по конструкции ЖРД, такие схемы рассматривались, что-то даже на стендах пытались реализовывать, но не срослось. Наличие инертной массы в виде охладителя не позволяет строить движки большой мощи (и с высоким давлением в камере сгорания) - потребная масса охладителя растет. Вкупе с конструктивным усложнением все это привело к тому, что такие схемы не прижились. Но из этого концепта и выросли потом безгенераторные ЖРД типа RL-10 и РД-0146. (По крайне мере, наш препод так рассказывал - что при прожиге камер с внешним охлаждением (не компонентами топлива) - возникла идея использовать энергию охладителя для привода ТНА, а дальше уже и вращать ТНА за счет газификации компонента. За достоверность сведений конечно не ручаюсь)
Их ниша применения - верхние ступени, межорбитальные буксиры, разгонные блоки. Давление в КС там небольшие ~60-80 атм, тяга ~10 тс.
Да, и еще

- турбины работают в оптимальном, нетеплонапряженном режиме (вплоть до околокриогенных т-тур)

 

- тоже не комильфо. Холодный металл - штука хрупкая. И еще - вода, органика всякая, конечно хороший теплоноситель, но водород-то получше будет (молекулярная масса то минимальна, R*T - максимально). А с учетом экономии на всем в ЖРД - это весьма существенно.

Monya>.... Наличие инертной массы в виде охладителя не позволяет строить движки большой мощи (и с высоким давлением в камере сгорания) - потребная масса охладителя растет. Вкупе с конструктивным усложнением все это привело к тому, что такие схемы не прижились.

Ясно, спасибо