ТНА на пару

[Salo]

РД-111, РД-0105-0106-0107-0109-0110, 11Д49, 4Д76, 3Д41, 3Д42, 3Д64, 3Д36, 14Д30, С5.92, YF-21  обходились и обходятся без воды. И большинство из них клепают до сих пор.

[SpaceR]

Идея-фикс такая:
 А теперь ваши помидоры!

Идея известна как минимум с немцев в Городомле, опубликована в учебнике.

Идея известна с конца 20-х гг. Немцам, по крайней мере. Они, кстати, именно с идеи водяной рубашки и начинали первые охлаждаемые камеры ЖРД клепать (группы Вернера фон Брауна и ещё одна, не помню - читал в книге Вилли Лея). Но без ТНА, само собой.
В общем, ЖРД прогорали с огорчительной быстротой, хотя ракеты и успевали оторваться от земли. Я так понимаю, как только пар на внутренней стенке рубашки образовывался, так сразу и прогорало.

[Семён Семёныч Гонтмахер]

Блин.... Я же написал выше. Теплобменник в камере установлен для нагрева воды с целью компенсации потерь.

:shock:  :shock:  :shock:  Вобщето он установлен с целью отбора у газов энергии для привода турбины.

Не ловите меня на словах.  Нагрев воды в теплобменике,  установленном в камере сгорания, идет в том числе и на компенсацию потерь, так как эта компенсация осуществляется турбиной за счет выработки дополнительной мощности.  

Вот смотрите.
Соотношение между мощностью Nt  турбины  и  (для простоты ) одного насоса

Nt   =  Np

причем в Np мы закладываем дополнительный напор для компенсации потерь.
В виду того, что  напор пропорционален давлениию, то мы можем записать

Nt = Np1 + Nd

где  Np1 – мощность насоса без учета необходимости компенсации потерь,  Nd – мощность которую должна дополнительно вырабатывать турбина для  компенсации потерь;

Следовательно потребная мощность насоса с учетом необходимости компенсации потерь возрастает в x = ( 1 + Nd/ Np1  ) раз. Пусть работе без потерь отвечает давление насоса в 50 МПа. Потери в рубашке, в подводящих коллекторах, диффузорах и т.п. где-то 5 МПа (ссылку на Овсянникова я приводил ). Получаем x = 1.1  Значит турбина должна где-то на 10% выдавать больше мощности.  Мощность вырабатывается за счет отбора тепла от газа. Дополнительный отбор тепла от газа на компенсацию потерь и определяет соответствующее падение удельного импульса о котором я сказал в самом начале. Цифры во многом условны и носят оценочный характер но понять суть дела они помогают.

[Семён Семёныч Гонтмахер]

Идея-фикс такая:
 А теперь ваши помидоры!

Идея известна как минимум с немцев в Городомле, опубликована в учебнике.

Идея известна с конца 20-х гг. Немцам, по крайней мере. Они, кстати, именно с идеи водяной рубашки и начинали первые охлаждаемые камеры ЖРД клепать (группы Вернера фон Брауна и ещё одна, не помню - читал в книге Вилли Лея). Но без ТНА, само собой.
В общем, ЖРД прогорали с огорчительной быстротой, хотя ракеты и успевали оторваться от земли. Я так понимаю, как только пар на внутренней стенке рубашки образовывался, так сразу и прогорало.

Вот поэтому то идея Бела о испарительном охлаждении не жизнеспосбна.  Вот если бы водород то тогда другое дело. У амеров на РЛ-10 вообще ЖГ-генератора нету весь водород прям в рубашке и газифицируется.

[Денис Лобко]

Вот поэтому то идея Бела о испарительном охлаждении не жизнеспосбна.  Вот если бы водород то тогда другое дело. У амеров на РЛ-10 вообще ЖГ-генератора нету весь водород прям в рубашке и газифицируется.

Так и на РД-0146 точно так же, если ничего не путаю. Безгазогенераторная схема, однако.

[Bell]

Идея-фикс такая:
 А теперь ваши помидоры!

Идея известна как минимум с немцев в Городомле, опубликована в учебнике.

Идея известна с конца 20-х гг. Немцам, по крайней мере. Они, кстати, именно с идеи водяной рубашки и начинали первые охлаждаемые камеры ЖРД клепать (группы Вернера фон Брауна и ещё одна, не помню - читал в книге Вилли Лея). Но без ТНА, само собой.
В общем, ЖРД прогорали с огорчительной быстротой, хотя ракеты и успевали оторваться от земли. Я так понимаю, как только пар на внутренней стенке рубашки образовывался, так сразу и прогорало.

Вот поэтому то идея Бела о испарительном охлаждении не жизнеспосбна.  Вот если бы водород то тогда другое дело. У амеров на РЛ-10 вообще ЖГ-генератора нету весь водород прям в рубашке и газифицируется.

Я уже несколько раз написал - где и как надо испарять воду, чтоб не было прогара. Вы не читаете, что вам пишут? Или не можете понять смысл прочитанного текста? В чем у вас проблема - скажите прямо?

[Bell]

На практике балластировка получается только кислородом, а в результате мы имеем кислый ГГ, тракт горячего кислого газа в КС и т.д., что как раз-таки приводит к известным результатам...

В случае же открытого цикла с третьим компонентом-теплоносителем можно повышать давление основных компонентов до умопомрачительных величин, не опасаясь "посторонних частиц" и иметь в результате очень хорошие УИ и тягу.

Интересно как можно повышать давление до умопомрачительных величин, не снижая при этом до умопомрачительных величин температуру.

Как снижать температуру и зачем? Температура основных компонентов по всему тракту от баков до головки КС будет одинаковая низкая, в отличие от кислой схемы.

[Семён Семёныч Гонтмахер]

Вот поэтому то идея Бела о испарительном охлаждении не жизнеспосбна.  Вот если бы водород то тогда другое дело. У амеров на РЛ-10 вообще ЖГ-генератора нету весь водород прям в рубашке и газифицируется.

Так и на РД-0146 точно так же, если ничего не путаю. Безгазогенераторная схема, однако.

Однако, да,  безгенераторная

[Гость 22]

На мой вопрос о величине этих потерь он не ответил.

Вообще-то я ответил, сказав что они пренебрежимо малы.

Потери давления в рубашке где-то 7-9 МПа.
Оцените исходя из этого необратимые потери и будем считать что задача решена. Лады ?

В первом приближении эти потери равны нулю.

А во втором приближении совокупный эффект регенеративного охлаждения может оказаться даже положительным, т.е. может увеличить УИ на десятые доли процента. См., например, Дорофеев "Теория тепловых ракетных двигателей". 2010. Стр. 324-329.

P.S. Падение давления в рубашке (и выделение тепла от трения охладителя о стенки каналов) не оказывает влияния на изменение УИ. Разве что в третьем или четвёртом приближении, да и то этот эффект может оказаться меньше погрешности вычислений

[SpaceR]

идея Бела о испарительном охлаждении не жизнеспосбна.  Вот если бы водород то тогда другое дело. У амеров на РЛ-10 вообще ЖГ-генератора нету весь водород прям в рубашке и газифицируется.

Cерьёзно сомневаюсь, что именно в рубашке. Скорее после неё.

[Nikola]

Я уже несколько раз написал - где и как надо испарять воду, чтоб не было прогара. Вы не читаете, что вам пишут? Или не можете понять смысл прочитанного текста? В чем у вас проблема - скажите прямо?

Да сто лет это известно. Вода испаряется в трубах, потом паро-жидкостная смесь выходит в сепаратор, далее сепарированный пар перегревается в отдельных ТО.
Если тепровой поток к стенке ТО больше критического, то либо увеличивают поверхность ТО, орошаемого жидкостью/газом, либо бронируют поверхность ТО, воспринимающую тепловой поток. Сие есть классика жанра. В сверхкритику воды лучше не лезть, это слишком тяжелые ТО и аппаратура.
Далее, почему вода??? Почему в качестве рабочего тела нельзя использовать топливо/окислитель? Или сверхкритика на другом рабочем тела, CO2, например?

[SpaceR]

Вот как только в рубашке на огневой стенке образуется пузырёк пара, так сразу теплоёмкость упадёт в разы и прогар неизбежен.

А мы ее будем испарять не там, где может прогореть, а где-нить поближе к концу сопла, где теплонапряженности стенки уже небольшая, но температура еще достаточная для испарения

Это весьма непросто сделать - температура переменна в процессе запуска и последующей работы.
Я бы даже больше сказал - сделать такой двигатель надёжным почти нереально. А сделать ещё и дешевле "классики" - нереально вдвойне. НННШ (с)
Так что испарять придётся только после рубашки, в расширяющемся тракте.

Или противоходом пустим п чередующимся каналам в одну сторону холодную воду для охлаждения, а обратно горячую для испарения

А по такой схеме испарения вообще не получится.

Кстати как отработавший на турбине пар будем в КС в качестве завесы подавать? Какое давление у пара будет?

Не, с турбины отработанный пар сбрасывается нафиг. На завесу подавать свежую воду.

Ну, можно в закритику...
Если там длинный неохлаждаемый насадок, то такой контур будет к месту. Хоть какое-то, но охлаждение.

[Bell]

Я уже несколько раз написал - где и как надо испарять воду, чтоб не было прогара. Вы не читаете, что вам пишут? Или не можете понять смысл прочитанного текста? В чем у вас проблема - скажите прямо?

Да сто лет это известно. Вода испаряется в трубах, потом паро-жидкостная смесь выходит в сепаратор, далее сепарированный пар перегревается в отдельных ТО.
Если тепровой поток к стенке ТО больше критического, то либо увеличивают поверхность ТО, орошаемого жидкостью/газом, либо бронируют поверхность ТО, воспринимающую тепловой поток. Сие есть классика жанра. В сверхкритику воды лучше не лезть, это слишком тяжелые ТО и аппаратура.
Далее, почему вода??? Почему в качестве рабочего тела нельзя использовать топливо/окислитель? Или сверхкритика на другом рабочем тела, CO2, например?

Ну в принципе да, все давно известно - банальный прямоточный паровой котел.
Вода потому что дешево, очень большая теплоемкость и паровая турбина.

[SpaceR]

Кстати, почему мне не нравится идея с циркулированием теплоносителя, а равно с промежуточным низкокипящим рабочим телом турбины. Для этого необходимы мощные высокоскоростные теплообменники, которые на схемах смотрятся хорошо, а на практике весьма и весьма трудно реализуемы. Так что открытый цикл со сбросом отработанного пара если и будет тяжелее, то ненамного, зато проще и конечная масса меньше.

Может быть. Но проблема в том, что использование балласта в общем случае дает прямое снижение энергоемкости рабочего тела, поскольку не вносит энергии в истекающие газы - даже наоборот, жрёт её.
Причём - чем больше удельная теплота парообразования, тем больше жрёт.

Как только вода закипит она отберет ... целых 2250 КДж на каждый свой литр. А пока она не закипала, то отбирала только по 4,2 КДж на литр на каждый градус нагрева. Т.е. испарять воду примерно на 2 ПОРЯДКА выгоднее, чем просто греть в жидком виде.

И чем больше отберёт испарение, тем меньше будет энергия газов, которым нужно вращать турбину.
И главная "выгода" воды становится её ГЛАВНЫМ НЕДОСТАТКОМ (для открытой схемы).
УИ движка получается ещё хуже, чем у "классики" открытой схемы, а особых преимуществ не наблюдаю. Так за что боролись?

[Nikola]

Ну в принципе да, все давно известно - банальный прямоточный паровой котел.
Вода потому что дешево, очень большая теплоемкость и паровая турбина.

Прямоточный  - это без сепарации пара. Я описывал барабанный. Прямоточный в случае ЖРД скорее всего неприменим - "гуляящая" зона парообразования и высокое давление.
Дешево роли не играет, рабочего тела необходимо малое количество. Только замкнутый цикл имеет какой-либо смысл. Теплоемкость рабочего тела и тепловые нагрузки, воспринимаемые ТО - это разные вещи. Паровая турбина - а как вы собственно газ от пара отличаете?  

 

Это весьма непросто сделать - температура переменна в процессе запуска и последующей работы.
Я бы даже больше сказал - сделать такой двигатель надёжным почти нереально. А сделать ещё и дешевле "классики" - нереально вдвойне. НННШ (с)
Так что испарять придётся только после рубашки, в расширяющемся тракте.

Котлы делают, и ЖРД можно, чи не чи .

И чем больше отберёт испарение, тем меньше будет энергия газов, которым нужно вращать турбину.
И главная "выгода" воды становится её ГЛАВНЫМ НЕДОСТАТКОМ (для открытой схемы).

Есть цикл - есть расчет, нет цикла - ничего нет. Так и будем сравнивать.
Но открытая схема больно сильно неэкономична.

[SpaceR]

Да и у закрытой не лучше. Потерь за счет балластировки не будет, но чем больше снижение температуры газа (водяного) на парообразовании, тем больше его требуемый объем и конечная масса ДУ.

Так что для работы газа на турбине наоборот - чем МЕНЬШЕ удельная теплота парообразования, тем выгоднее.  
(почти как в ЭРД, но там потери на ионизацию)

[Гость 22]

весь водород прям в рубашке и газифицируется

Cерьёзно сомневаюсь, что именно в рубашке. Скорее после неё.

Не сомневайтесь, именно в рубашке. У водорода с этим вообще никаких проблем: критическое давление низкое (2 МПа, если не ошибаюсь), охлаждающие способности газообразного водорода почти также хороши, как жидкого.

[Гость 22]

Но открытая схема больно сильно неэкономична.

Да и у закрытой не лучше.

Замкнутая "водяная" схема по экономичности не уступает традиционной замкнутой схеме.

Так что - лучше, чем открытая. Значительно лучше.

[SpaceR]

Ну в принципе да, все давно известно - банальный прямоточный паровой котел.
Вода потому что дешево, очень большая теплоемкость и паровая турбина.

Прямоточный  - это без сепарации пара. Я описывал барабанный. Прямоточный в случае ЖРД скорее всего неприменим - "гуляящая" зона парообразования и высокое давление.
Дешево роли не играет, рабочего тела необходимо малое количество. Только замкнутый цикл имеет какой-либо смысл. Теплоемкость рабочего тела и тепловые нагрузки, воспринимаемые ТО - это разные вещи. Паровая турбина - а как вы собственно газ от пара отличаете?

Под паром подразумевается водяной газ.

Это весьма непросто сделать - температура переменна в процессе запуска и последующей работы.
Я бы даже больше сказал - сделать такой двигатель надёжным почти нереально. А сделать ещё и дешевле "классики" - нереально вдвойне. НННШ (с)
Так что испарять придётся только после рубашки, в расширяющемся тракте.

Котлы делают, и ЖРД можно, чи не чи .

Ню-ню.  :lol:

И чем больше отберёт испарение, тем меньше будет энергия газов, которым нужно вращать турбину.
И главная "выгода" воды становится её ГЛАВНЫМ НЕДОСТАТКОМ (для открытой схемы).

Есть цикл - есть расчет, нет цикла - ничего нет. Так и будем сравнивать.

Не понял?..
Похоже, аргумент того же уровня, что и предыдущий ?

[SpaceR]

весь водород прям в рубашке и газифицируется

Cерьёзно сомневаюсь, что именно в рубашке. Скорее после неё.

Не сомневайтесь, именно в рубашке. У водорода с этим вообще никаких проблем: критическое давление низкое (2 МПа, если не ошибаюсь), .

Ок, спасибо, буду знать.

охлаждающие способности газообразного водорода почти также хороши, как жидкого

Эх - а ведь раньше уже слышал!  но успел подзабыть...  :oops: