Ядерный Российский буксир для дальнего космоса

Автор Space books, 16.09.2020 09:54:02

« назад - далее »

0 Пользователи и 2 гостей просматривают эту тему.

Юрий Темников

Цитата: Arzach от 09.07.2022 22:46:19
Цитата: C-300-2 от 09.07.2022 17:44:19
Цитата: ядерная лапка от 06.07.2022 05:27:52В ЕКА делают спутник способный летать на очень низкой орбите и питать ЭРД за счет воздуха.
О, а можно поделиться ссылочкой?.. Буду признателен!
Вероятно, речь вот об этом: World-first firing of air-breathing electric thruster.
К т н Майборода.На его сайте много чего о нём с цифрами  и ещё много чего.
Вначале было СЛОВО!И Такое......что все галактики покраснели и разбежались.

SONY

Цитата: AlexandrU от 09.07.2022 23:22:59Температура 1000К это интегральное значение функции мощности от температур 1500-700-400К.
Чего?.. Какое ещё "интегральное значение функции мощности"? "Функция мощности" - это вообще термин из теории вероятностей.


Цитата: AlexandrU от 09.07.2022 23:22:59Кстати, если по удельной теплоёмкости 10%ой He-Xe смеси считать, то КПД 25% достигается при падении температуры с 1500К до 1100К, 700-400К на ХИ могут быть связаны с рекуператором или ограничением по ТО, а может и просто ошибка.
Какое вообще отношение имеет теплоёмкость к КПД?..

При падении температуры с 1500 К до 1100 К максимальный гипотетически возможный КПД - 26,7%. Получить на практике с таким перепадом КПД в 25%, т.е. 0,94 от максимального теоретически возможного - это что-то из области фантастики. С таким подходом у автомобильного ДВС должен быть КПД в 56%, т.к. температура в камере сгорания 2500 К, а в выхлопном коллекторе - 1000 К! Стоит ли говорить, что на практике такой КПД в автомобилях никто никогда не видел?..
Вполне нормально, что КПД реальной тепловой машины в два, а то и три раза ниже теоретического предела.

Давайте для простоты дальнейших рассуждений считать, что у нас в роли преобразователя используется двигатель Стирлинга α-типа, т.е. с двумя массивными цилиндрами, один из которых соединён с нагревателем, а другой - с холодильником. Массивность цилиндров обеспечивает поддержание в каждом из них однородной стабильной температуры. При этом температура первого цилиндра будет верхней температурой цикла, а температура второго - нижней. Горячий цилиндр пусть будет прямо в активной зоне реактора, в прямом контакте с ТВЭЛами, чтобы температура активной зоны совпадала с верхней температурой цикла. И примем эту температуру равной 1500 К.
Таким образом мы отбросим всё лишнее, не касающееся радиатора. Ведь обсуждаем мы именно радиатор, а не конструкцию преобразователя, системы передачи тепла от реактора к преобразователю и т.д.

Так вот, у нас есть некий теплоноситель, который омывает "холодный" цилиндр, затем прокачивается через радиатор, и снова возвращается к цилиндру. Теплоносителем условно сделаем жидкий натрий, имеющий теплоёмкость 1,27 кДж/(кг*К).

Нам нужно получить 470 кВт электрической мощности.

Мы можем сделать это имея малую температуру "холодного" цилиндра, а значит и радиаторов, высокий КПД и относительно небольшую сбрасываемую тепловую мощность. Пусть КПД 25% при температуре холодного цилиндра в 400 К. Это значит, что наш КПД - 0,341 от теоретического предела. И нам нужно сбросить 1410 кВт тепла.
Пусть мы прокачиваем 50 кг/с теплоносителя через холодный цилиндр. Тогда, чтобы забрать 1410 кВт, теплоноситель нагревается на 22 К. Причём температура теплоносителя на выходе должна быть несколько ниже температуры цилиндра, т.к. нагрев в точности до его температуры занял бы бесконечное время. Накинем условно 5 К и получим, что при температуре цилиндра в 400 К температура теплоносителя на входе составляет 373 К, а на выходе - 395 К.
Температура радиатора, в силу не бесконечной теплопроводности, несколько ниже температуры теплоносителя, протекающего через него в этой точке. Снова условно накинем 5 К и получим, что температура радиатора меняется от 390 К возле входа теплоносителя до 368 К - возле выхода. При этом удельная мощность теплового излучения меняется от 1,25 кВт/м^2 возле входа до 0,99 кВт/м^2 возле выхода.

Но ещё мы можем сделать это имея высокую температуру "холодного" цилиндра, а значит и радиаторов, низкий КПД и относительно большую сбрасываемую тепловую мощность. Будем считать, что наш КПД всё ещё 0,341 от теоретического предела и сделаем наш "холодный" цилиндр нагретым до 1200 К, получив в итоге КПД всего лишь 6,8%. Нам теперь нужно сбросить 6910 кВт тепла - в 4,9 раз больше!
Вновь прокачиваем 50 кг/с теплоносителя. Чтобы забрать 6910 кВт тепла он нагревается на 109 К. Вновь накидываем 5 К перепада температуры от цилиндра к теплоносителю на выходе и получаем, что на выходе из цилиндра температура теплоносителя составляет 1195 К, а на входе - 1086 К. Снова накидываем 5 К на теплопроводность радиатора и получаем, что его температура возле входа теплоносителя составляет 1190 К, а возле выхода - 1081 К. При этом удельная мощность теплового излучения меняется от 108,0 кВт/м^2 возле входа до 73,6 кВт/м^2 возле выхода.

Итого имеем:
- сбрасываемая тепловая мощность 1410 кВт или 6910 кВт, второе число в 4,9 раза выше;
- максимальная удельная мощность излучателя 1,25 кВт/м^2 или 108,0 кВт/м^2, второе число в 86,4 раз больше;
- минимальная удельная мощность излучателя 0,99 кВт/м^2 или 73,6 кВт/м^2, второе число в 74,3 раза больше.

ВНЕЗАПНО при КПД в 6,8% площадь радиаторов получится где-то так в 16 раз меньше, чем при КПД в 25%.

Нижняя (если считать, что всюду радиатор имеет максимальную температуру) оценка площади радиатора при 25% КПД - 1128 м^2.
Верхняя (если считать, что всюду радиатор имеет минимальную температуру) оценка площади радиатора при 6,8% КПД - 94 м^2.

С трёх раз догадайтесь, радиатор какой площади реалистичнее создать...

AlexandrU

Цитата: SONY от 10.07.2022 02:40:00При падении температуры с 1500 К до 1100 К максимальный гипотетически возможный КПД - 26,7%. Получить на практике с таким перепадом КПД в 25%, т.е. 0,94 от максимального теоретически возможного - это что-то из области фантастики. С таким подходом у автомобильного ДВС должен быть КПД в 56%, т.к. температура в камере сгорания 2500 К, а в выхлопном коллекторе - 1000 К! Стоит ли говорить, что на практике такой КПД в автомобилях никто никогда не видел?...
Я рассматриваю цикл в рамках температур рабочего тела без учёта температуры нагревателя, а у ДВС он часть РТ. Так что никакой фантастики тут нет.

Цитата: SONY от 10.07.2022 02:40:00Чего?.. Какое ещё "интегральное значение функции мощности"? ...
Какое вообще отношение имеет теплоёмкость к КПД?..
Давайте для простоты дальнейших рассуждений считать, ...
Вот графическое, не в масштабе изображение идеального цикла с КПД 25%. Площадь Q1 это теплота цикла (470кВт), Q2 отводимая теплота (1430кВт), Q1+Q2 полная подводимая теплота (1900кВт), Q1+Q2+Q3 абсолютная теплота. Площадь Q является определённым интегралом по Т, а кривые 2-3 и 1-4 задаются функцией.
Нарисуйте на представленном графике ваш 10%ный цикл.

SONY

#4863
Цитата: AlexandrU от 10.07.2022 18:43:49Я рассматриваю цикл в рамках температур рабочего тела без учёта температуры нагревателя, а у ДВС он часть РТ. Так что никакой фантастики тут нет.
Вы хоть сами понимаете смысл своих слов?..


Цитата: AlexandrU от 10.07.2022 18:43:49Вот графическое, не в масштабе изображение идеального цикла с КПД 25%. Площадь Q1 это теплота цикла (470кВт), Q2 отводимая теплота (1430кВт), Q1+Q2 полная подводимая теплота (1900кВт), Q1+Q2+Q3 абсолютная теплота. Площадь Q является определённым интегралом по Т, а кривые 2-3 и 1-4 задаются функцией.
Нарисуйте на представленном графике ваш 10%ный цикл.
Я предлагал использовать двигатель Стирлинга, а потому диаграмма идеального цикла будет вот такой. Температуры подставьте те, что нужны для 10% КПД.
Вы не можете просматривать это вложение.
При желании можете и цикл Брайтона перерисовать под температуры, нужные для 10% КПД вместо 25%.

P.S. кстати, непонятно, почему вы возмущались 25% КПД при перепаде температур 1500-400 К: цикл Брайтона не позволяет получить теоретический предел КПД в принципе, это цикл с заведомо заниженным КПД, т.к. для него в формулу КПД нужно подставлять температуры в точках 1 (холодильник) и 2 (условный нагреватель) с вашего графика, в то время как реальная температура нагревателя - это температура в точке 3, которая заметно выше. В этом принципиальное отличие от цикла Стирлинга, который по крайней мере гипотетически позволяет получить КПД, равный теоретическому пределу для тепловых машин.

AlexandrU

Цитата: SONY от 10.07.2022 21:36:14
Цитата: AlexandrU от 10.07.2022 18:43:49Я рассматриваю цикл в рамках температур рабочего тела без учёта температуры нагревателя, а у ДВС он часть РТ. Так что никакой фантастики тут нет.
Вы хоть сами понимаете смысл своих слов?..
Конечно.

Цитата: SONY от 10.07.2022 21:36:14Я предлагал использовать двигатель Стирлинга... При желании можете и цикл Брайтона перерисовать под температуры, нужные для 10% КПД вместо 25%.
Уточните, где на Брайтоне температуру пилить, сверху(4) или снизу(1)?

SONY

Цитата: AlexandrU от 10.07.2022 23:57:40Уточните, где на Брайтоне температуру пилить, сверху(4) или снизу(1)?
Снизу, конечно же! Суть-то в подъёме температуры радиаторов с менее чем 400 К до более чем 1000 К.

Хотя, конечно же, рисовать цикл Брайтона под это дело - занятие абсолютно бессмысленное. Никто в своём уме не будет делать такой преобразователь на газовой турбине, для этого есть прекрасные термоэмиссионные преобразователи.

P.S. "сверху" - это не 4, а 3. Именно в точке 3 у вас верхняя температура цикла.

AlexandrU

Цитата: SONY от 11.07.2022 01:03:37Снизу, конечно же! ...
Это снизит общую мощность при неизменном преобразователе, а на отрезке 4-1 понадобится доп. компрессор, что уменьшит соотношение мощность к массе. Если вообще убрать отрезок 1-2 то на переходе 4-2 мы получим огромный турбокомпрессор-холодильник, который предлагался ранее.

Цитата: SONY от 11.07.2022 01:03:37P.S. "сверху" - это не 4, а 3. Именно в точке 3 у вас верхняя температура цикла.
Точку 3 мы трогать не будем, но можно поднять температуру точки 4. Этот вариант я уже описывал, он так же уменьшит соотношение, как и вариант с термоэмиссионным преобразованием.

SONY

Цитата: AlexandrU от 11.07.2022 18:35:06Это снизит общую мощность при неизменном преобразователе
Никакого неизменного преобразователя не будет. Преобразователь фундаментально другой!

Впрочем, нарисовали вы неправильно даже если оставлять неизменный преобразователь: у машины с циклом Брайтона фиксированное соотношение давлений в точках 2 и 1, а вовсе не температура в точке 2. Если повысить температуру в точке 1, то в результате сжатия неизбежно повысится и температура в точке 2.

Цитата: AlexandrU от 11.07.2022 18:35:06можно поднять температуру точки 4. Этот вариант я уже описывал, он так же уменьшит соотношение, как и вариант с термоэмиссионным преобразованием.
Зачем поднимать температуру в точке 4?.. Её наоборот, стараются сделать как можно ниже! Ниже температуры в точке 1 её сделать фундаментально невозможно, но как минимум можно стремиться к ней.

AlexandrU

Цитата: SONY от 11.07.2022 20:47:47Никакого неизменного преобразователя не будет. Преобразователь фундаментально другой!
С чего вдруг? Там только расход РТ изменится и мощность упадёт, всё.

Цитата: SONY от 11.07.2022 20:47:47Впрочем, нарисовали вы неправильно даже если оставлять неизменный преобразователь: у машины с циклом Брайтона фиксированное соотношение давлений в точках 2 и 1, ...
Нет. Степень повышения давления может гулять в широких пределах (например в ТРД), а в цикле Ленуара точка 2 и вовсе отсутствует.

Цитата: SONY от 11.07.2022 20:47:47Зачем поднимать температуру в точке 4?...
Вы же хотели КПД уменьшить, а это один из способов.

SONY

Цитата: AlexandrU от 11.07.2022 22:24:31С чего вдруг? Там только расход РТ изменится и мощность упадёт, всё.
С того, что он термоэмиссионный, а не газотурбинный.


Цитата: AlexandrU от 11.07.2022 22:24:31Нет. Степень повышения давления может гулять в широких пределах (например в ТРД), а в цикле Ленуара точка 2 и вовсе отсутствует.
У разных двигателей может гулять, а у конкретного уже созданного двигателя она фиксирована.


Цитата: AlexandrU от 11.07.2022 22:24:31Вы же хотели КПД уменьшить, а это один из способов.
Вы настолько меня не поняли?.. Тогда не вижу смысла в дальнейшей дискуссии.

AlexandrU

Цитата: SONY от 12.07.2022 19:42:59С того, что он термоэмиссионный, а не газотурбинный.
Мы же говорили о машинах на основе термодинамического цикла. Причём тут термоэмиссионный преобразователь?

Цитата: SONY от 12.07.2022 19:42:59У разных двигателей может гулять, а у конкретного уже созданного двигателя она фиксирована.
Есть и такие, но в случае моторов с открытым циклом это не верно. Степень повышения давления в том же ТРД зависит от скорости и высоты полёта.

Цитата: SONY от 12.07.2022 19:42:59Вы настолько меня не поняли?...
Может и не понял, это зависит от вашего желания и способности формулировать мысли.

Inti

наклонение орбиты станции должно быть точно таким же, как наклонение орбиты "Зевса", а наклонение орбиты "Зевса" должно быть таким, каким необходимо его иметь с точки зрения оптимальной отлетной траектории к Луне и далее", — сказал Рогозин - https://ria.ru/20220714/zevs-1802322811.html
Новая Чёрная Дыра с полит-модерацией: https://blackhole.su/index.php?board=16.0
Новая Чёрная Дыра без полит-модерации: http://www.forum--x.ru/index.php?board=1.0

Юрий Темников

В своём блоге Конаныхин чуть не кипятком писал  от восторга по поводу РОСС+Зевс=СССР,типа межпланетные обитаемые станции ,дальше всякая трескотня. ;D Возник вопрос сколько времени потребуется Зевсу для доставки РОСС  на ЛО или  ОМО?.Или в пояс астероидов?
Вначале было СЛОВО!И Такое......что все галактики покраснели и разбежались.

Inti

#4873
Цитата: Юрий   Темников от 14.07.2022 11:11:40В своём блоге Конаныхин чуть не кипятком писал  от восторга по поводу РОСС+Зевс=СССР,типа межпланетные обитаемые станции ,дальше всякая трескотня. ;D Возник вопрос сколько времени потребуется Зевсу для доставки РОСС  на ЛО или  ОМО?.Или в пояс астероидов?
Я так понял что Зевс не будет помогать РОСС. Это РОСС будет помогать Зевсу расправить крылышки.

Но самое сложное было - это понять в какую тему сию новость засунуть - то ли в Рогозина, то ли в РОСС, то ли в Освоение Луны, в итоге решил в Ядерный Буксир - но это сугубый метафизический  волюнтаризм конечно. Для справки:
Сторонником метафизического волюнтаризма является немецкий философ XIX века Артур Шопенгауэр. По его мнению, воля — это не рассуждение, а иррациональное, бессознательное побуждение, по отношению к которому интеллект представляет собой вторичное явление. 
Новая Чёрная Дыра с полит-модерацией: https://blackhole.su/index.php?board=16.0
Новая Чёрная Дыра без полит-модерации: http://www.forum--x.ru/index.php?board=1.0

Юрий Темников

Цитата: Inti от 14.07.2022 11:17:54Я так понял что Зевс не будет помогать РОСС. Это РОСС будет помогать Зевсу расправить крылышки.
Сэр.Вы отвечаете не на тот вопрос.

Да и неправильно.Зевсу будет помогать экипаж Орла(орлёнка) ожидающего старта Зевса на РОССе.Так как ЯЭУ Нельзя запускать на орбиты ниже 800км.Это будет экспедиция посещения ,как при ремонте Хаббла.
Философы они такие разные философы. :)
Вначале было СЛОВО!И Такое......что все галактики покраснели и разбежались.

Inti

Цитата: Юрий   Темников от 14.07.2022 13:04:33
Цитата: Inti от 14.07.2022 11:17:54Я так понял что Зевс не будет помогать РОСС. Это РОСС будет помогать Зевсу расправить крылышки.
Сэр.Вы отвечаете не на тот вопрос.

Да и неправильно.Зевсу будет помогать экипаж Орла(орлёнка) ожидающего старта Зевса на РОССе.Так как ЯЭУ Нельзя запускать на орбиты ниже 800км.Это будет экспедиция посещения ,как при ремонте Хаббла.
Философы они такие разные философы. :)
Да фиг его знает. Может запустят Зевс к РОСС где космонавты помогут с его сборкой\развёртыванием и тестами без запуска реактора. А потом уж, перед запуском реактора, Зевс будет поднят на более высокую орбиту с помощью обычной химии. И если после пуска реактора нужна будет помощь - то тогда может быть будет прилёт Орлёнка. 
Вроде как про РОСС писали что это в числе прочего будет и строительной площадкой, с краном-манипулятором и прочими возможностями которые в Орлёнок не впихнёшь, так что было бы логично собрать Зевс на РОСС...
Новая Чёрная Дыра с полит-модерацией: https://blackhole.su/index.php?board=16.0
Новая Чёрная Дыра без полит-модерации: http://www.forum--x.ru/index.php?board=1.0

Старый

Цитата: Inti от 14.07.2022 15:03:23будет прилёт Орлёнка. 
Прилёты будут... :( 


Цитата: Inti от 14.07.2022 15:03:23РОСС ... будет и строительной площадкой, с краном-манипулятором и...
...бетономешалкой. Без бетономешалки никуда.
1. Ангара - единственная в мире новая РН которая хуже старой (с) Старый Ламер
2. Назначение Роскосмоса - не летать в космос а выкачивать из бюджета деньги
3. У Маска ракета длиннее и толще чем у Роскосмоса
4. Чем мрачнее реальность тем ярче бред (с) Старый Ламер

Юрий Темников

Цитата: Старый от 14.07.2022 15:18:34...бетономешалкой. Без бетономешалки никуда.
Видимо кубокилометр бетонный никак из головы не выходит. ;D ;D Теперь уже и орбитальный!! ;D :'(
Вначале было СЛОВО!И Такое......что все галактики покраснели и разбежались.


SONY

Цитата: ядерная лапка от 14.07.2022 18:00:44Что думаете о таком враианте преобразователя?
Ну так термоэмиссионный же... Его тут десять раз уже обсуждали.