Ядерный Российский буксир для дальнего космоса

[telekast]

а после реактора поток поделить на две части: бОльшую в турбогенератор для выработки электричества, а меньшую в электросопло-нагреватель/ЭРД откуда его выбрасывать в космос. Получаем тот же абсолютно результат, но за меньшую массу, габарит, сложность и цену. Массовый расход через сопло должен быть равен массе впрыска из бака жидкого водорода.

А куда пойдёт поток после турбогенератора?

В трубу, на вход компрессора в которую и будет впрыскиваться водород из бака.

[telekast]

Если мы подаём часть потока в сопло сразу после реактора, то у этой части потока высокое давление. Значит мы недоиспользуем энергию полезным образом (не расширяем эту часть в турбине и не получаем электроэнергию).

А у Вас и так часть потока, которое в рекуператоре отбирала тепло "выхлопа" в выработке элэнергии не участвует. У меня ровно то же самое, но без рекуператора. Высокое давление перед соплом это не недостаток, а, скорее, наоборот.
Имху 

[Буцетам]

Сделаем грубую оценку.
При разнице температур в 1300К тепло Q перетекает от Тг=2800К к Тх=1500К, но только 1/4 тепла Q идет на выработку эл.энергии. Если мы хотим использовать эту эл.энергию на повышение температуры, то эта 1/4 тепла Q сможет повысить температуру только на четверть разницы температур в 1300К, т.е. повышение температуры будет 325К. Таким образом, максимально возможная температура водорода будет 2800К+325К=3125К.

А почему бы и нет, оценка из первых принципов. Но это при одном контуре, а у нас их два! А то и 2,5 (условно)...прибавляйте ещё 320 градусов (а может и все 500). Уже неплохо, а?
А если у нас всего один контур, тогда температуру перед компрессором мы можем опустить, условно говоря, до нуля. Работа цикла вырастет, т.к. верхняя температура останется та же самая.
Но придётся повышать давление в цикле (иначе температура после турбины будет высокая, турбина "недоснимет" всю возможную энергию. А я бы хотел избежать высоких давлений, поэтому контуров будет несколько

В моих прикидках нет зависимости от числа контуров, на входе лишь температуры холодильника и нагревателя и КПД. Самое главное, что вы можете использовать только четверть теплового потока для любого числа контуров.

Всё верно, но если контур один, то на компрессор можно подавать водород из бака (газифицированный, при 20К). Значит и дельта-Т уже не (2800-1500), а (2800-20). И КПД будет уже процентов 30 а не 20. 0,3*2780=834. 2800+834=3634

[cross-track]

Небольшой комментарий к вышесказанному.

Если температура нагревателя реактора 2800К, то можно разогреть охлажденный водород до этой температуры и не использовать радиатор, такими способами:

Способ 1: вся выделяемая тепловая мощность расходуется только на разогрев всего водорода до 2800К.
Способ 2: снова  вся выделяемая тепловая мощность расходуется на разогрев всего водорода до 2800К, и попутно для выроботки эл.энергии, которая запасается в аккумуляторах. Во втором способе реактор произведет больше энергии (на 1/4, т.е. на 25% больше) чем в первом, и эта электрическая ("чистая" энергия, не тепловая) будет запасена в аккумуляторе. И если мы захотим весь водород нагреть до большей температуры, скажем, до 3000К, то мы сможем использовать энергию аккумулятора для джоулева нагрева водорода до этой температуры, и радиатор снова не нужен, ибо мы используем "чистую" энергию, сгенерированную без использования радиатора.

[cross-track]

Сделаем грубую оценку.
При разнице температур в 1300К тепло Q перетекает от Тг=2800К к Тх=1500К, но только 1/4 тепла Q идет на выработку эл.энергии. Если мы хотим использовать эту эл.энергию на повышение температуры, то эта 1/4 тепла Q сможет повысить температуру только на четверть разницы температур в 1300К, т.е. повышение температуры будет 325К. Таким образом, максимально возможная температура водорода будет 2800К+325К=3125К.

А почему бы и нет, оценка из первых принципов. Но это при одном контуре, а у нас их два! А то и 2,5 (условно)...прибавляйте ещё 320 градусов (а может и все 500). Уже неплохо, а?
А если у нас всего один контур, тогда температуру перед компрессором мы можем опустить, условно говоря, до нуля. Работа цикла вырастет, т.к. верхняя температура останется та же самая.
Но придётся повышать давление в цикле (иначе температура после турбины будет высокая, турбина "недоснимет" всю возможную энергию. А я бы хотел избежать высоких давлений, поэтому контуров будет несколько

В моих прикидках нет зависимости от числа контуров, на входе лишь температуры холодильника и нагревателя и КПД. Самое главное, что вы можете использовать только четверть теплового потока для любого числа контуров.

Всё верно, но если контур один, то на компрессор можно подавать водород из бака (газифицированный, при 20К). Значит и дельта-Т уже не (2800-1500), а (2800-20). И КПД будет уже процентов 30 а не 20. 0,3*2780=834. 2800+834=3634

Я про это уже говорил. Температура водорода не постоянна, водород не поддерживается при граничных температурах 20К и 2800К, а температура будет постепенно расти от 20К по мере притока тепла к водороду от реактора. Я брал для оценок "среднюю" температуру (т.е. промежуточную температуру) 1400К, и получил максимально возможный прирост температуры очень близкий к тому, что написал выше.

[Буцетам]

Высокое давление перед соплом это не недостаток, а, скорее, наоборот.

Если в контуре "высокое" это 10 атм, а "низкое" это 3атм, то сбрасывать в сопло надо при низком. Соплу всё равно, оно (почти) одинаково расширит и 3атм и 10. Размер сопла вырастет, но когда тяга исчисляется десятками кг, то размеры очень маленькие и их наоборот выгодно увеличивать, потери будут уменьшаться.
Так что соплу всё равно, а вот мы можем снять дополнительно 30-50% электроэнергии, это огромный бонус

[Буцетам]

Я про это уже говорил. Температура водорода не постоянна, водород не поддерживается при граничных температурах 20К и 2800К, а температура будет постепенно расти по мере притока тепла к водороду от реактора. Я брал для оценок "среднюю" температуру (т.е. промежуточную температуру) 1400К, и получил максимально возможный прирост температуры очень близкий к тому, что написал выше.

Какого ещё притока тепла? При сжатии в 3 раза и 1500К на входе, на выходе из компрессора будет 2000К. Реактор (если нет регенератора) может греть всего на 800К
При сжатии в 3 раза и 20К на входе, на выходе будет 30К. И реактор может греть аж на 2770К. Больше теплота подведена -> больше работы сможем снять

[cross-track]

Я про это уже говорил. Температура водорода не постоянна, водород не поддерживается при граничных температурах 20К и 2800К, а температура будет постепенно расти по мере притока тепла к водороду от реактора. Я брал для оценок "среднюю" температуру (т.е. промежуточную температуру) 1400К, и получил максимально возможный прирост температуры очень близкий к тому, что написал выше.

Какого ещё притока тепла? При сжатии в 3 раза и 1500К на входе, на выходе из компрессора будет 2000К. Реактор (если нет регенератора) может греть всего на 800К
При сжатии в 3 раза и 20К на входе, на выходе будет 30К. И реактор может греть аж на 2770К. Больше теплота подведена -> больше работы сможем снять

А какое давление и температура водорода в камере перед соплом и в самом сопле?

[telekast]

Высокое давление перед соплом это не недостаток, а, скорее, наоборот.

Если в контуре "высокое" это 10 атм, а "низкое" это 3атм, то сбрасывать в сопло надо при низком. Соплу всё равно, оно (почти) одинаково расширит и 3атм и 10. Размер сопла вырастет, но когда тяга исчисляется десятками кг, то размеры очень маленькие и их наоборот выгодно увеличивать, потери будут уменьшаться.
Так что соплу всё равно, а вот мы можем снять дополнительно 30-50% электроэнергии, это огромный бонус

Откуда Вы снимете дополнительную эл.энергию? С охлаждающего газа тоже его направив в турбогенератор? Вы получите энергию с потерями, газ остынет, тк его энергия пошла на выработку той электроэнергии, и вы собираетесь его потом этой же энергией вновь нагреть, опять с потерями? И? Какой-то бизнес по русски.

[Буцетам]

какое давление и температура водорода в сопле?

Температура после реактора+dT электроподогрева (условно 3800К)
Давление после турбины (условно 3атм)

[cross-track]

какое давление и температура водорода в сопле?

Температура после реактора+dT электроподогрева (условно 3800К)
Давление после турбины (условно 3атм)

Я добавил (отредактировал) вопрос так:

А какое давление и температура водорода в камере перед соплом и в самом сопле?

Из вашего ответа следует, что эл.энергия тратится не только на нагрев водорода, но и на повышение его давления?

[Буцетам]

Откуда Вы снимете дополнительную эл.энергию? С охлаждающего газа тоже его направив в турбогенератор? Вы получите энергию с потерями, газ остынет, тк его энергия пошла на выработку той электроэнергии, и вы собираетесь его потом этой же энергией вновь нагреть, опять с потерями?

Да, всё так, нагрею этой же энергией. Но не после турбины, а после реактора. Поток после последней турбины опять идёт в реактор (уже при низком давлении!!!), нагревается до максимальной температуры опять, и уже при 2800К проследует, наконец, в сопло (где электронагреется до 3800К).
Думаю теперь вопросов не осталось

[Буцетам]

Я добавил (отредактировал) вопрос так:

А какое давление и температура водорода в камере перед соплом и в самом сопле?

Из вашего ответа следует, что эл.энергия тратится не только на повышение температуры водорода, но и на повышение его давления?

Да что ж такое! Читайте мой предыдущий пост.
Давление между соплом и реактором 3атм, температура между соплом и реактором 2800К, в сопле при том же давлении (3 атм) идёт дополнительный нагрев с 2800 до 3800, и затем расширение с 3атм до 0,0003 атм

[cross-track]

Я добавил (отредактировал) вопрос так:

А какое давление и температура водорода в камере перед соплом и в самом сопле?

Из вашего ответа следует, что эл.энергия тратится не только на повышение температуры водорода, но и на повышение его давления?

Да что ж такое! Читайте мой предыдущий пост.
Давление между соплом и реактором 3атм, температура между соплом и реактором 2800К, в сопле при том же давлении (3 атм) идёт дополнительный нагрев с 2800 до 3800, и затем расширение с 3атм до 0,0003 атм

Так на приращение давления до 3 атм нужна энергия, и эта энергия отбирается от нагрева водорода. Водород при этом будет хуже нагреваться, не так эффективно.

[Буцетам]

Так на приращение давления до 3 атм нужна энергия, и эта энергия отбирается от нагрева водорода. Водород при этом будет хуже нагреваться, не так эффективно.

До каких 3 атм хосспади?!! Компрессор сжал с 3 до 10, турбина расширила с 10 до 3. Газ после турбины пошёл в реактор и вышел наружу через сопло. Что тут непонятного?

[cross-track]

Так на приращение давления до 3 атм нужна энергия, и эта энергия отбирается от нагрева водорода. Водород при этом будет хуже нагреваться, не так эффективно.

До каких 3 атм хосспади?!! Компрессор сжал с 3 до 10, турбина расширила с 10 до 3. Газ после турбины пошёл в реактор и вышел наружу через сопло. Что тут непонятного?

Если затратами энергии на давление можем пренебречь, то возвращаемся с затратам на изменение температуры. 
Для того, чтобы не использовать радиатор для сброса тепла, по вашему же предложению можно использовать теплоемкость охлажденного водорода. Поэтому температура водорода не может оставаться постоянной, если вырабатывается эл.энергия. Здесь без вариантов.

Кстати, хотелось бы увидеть ваши оценки, как именно у вас получается увеличение температуры водорода до 3800К.

[Старый]

Уууу

А ты думал? Кому счас легко... 

[telekast]

Откуда Вы снимете дополнительную эл.энергию? С охлаждающего газа тоже его направив в турбогенератор? Вы получите энергию с потерями, газ остынет, тк его энергия пошла на выработку той электроэнергии, и вы собираетесь его потом этой же энергией вновь нагреть, опять с потерями?

Да, всё так, нагрею этой же энергией. Но не после турбины, а после реактора. Поток после последней турбины опять идёт в реактор (уже при низком давлении!!!), нагревается до максимальной температуры опять, и уже при 2800К проследует, наконец, в сопло (где электронагреется до 3800К).
Думаю теперь вопросов не осталось

Технопорно какое-то.
Смотрите, как я вижу:
1) Водород из бака впрыскивается в трубу/канал в котором отработанный в турбине газ с Т4 возвращается на вход компрессора. Впрыснутый водород за счёт своей низкой температуры и, как опция, теплоты парообразования отбирает у отработанного часть тепла и понижает давление, до тех пор пока температуры, давления, скорости не выравняются по всему потоку перед входом в компрессор. До температуры Т1;
2) Объединенный поток в компрессоре сжимается до нужного значения давления и температуры Т2;
3) Сжатый поток попадает в реактор где подогревается при постоянном давлении до температуры входа в турбину Т3;
4) Перед турбиной поток делится на две части:
4а) Одна с температурой Т3 идёт в турбину, где срабатывает свою энергию до температуры Т4 крутя генератор вырабатывающий электричество и уходит в трубу/канал, обратку из п.1;
4б) Вторая также с температурой Т3 идёт в нагреватель перед соплом в котором подогревается выработанным в п.4а электричеством до больших значений и истекает из сопла создавая тягу; Вместо/вместе с нагревателем может быть ЭРД;
Все. Минимум преобразований, а значит потерь. Нет, гипотетически, необходимости в рекуператоре, радиаторе. Меньше коммуникаций. Меньше масса, сложность, габарит, стоимость. Высокое давление перед соплом означает бОльшую степень расширения при прочих равных. Опять меньше потерь, масса, габарит, стоимость.
Теперь Вы попробуйте также пошагово описать свой вариант. Плиз.

[telekast]

Так на приращение давления до 3 атм нужна энергия, и эта энергия отбирается от нагрева водорода. Водород при этом будет хуже нагреваться, не так эффективно.

До каких 3 атм хосспади?!! Компрессор сжал с 3 до 10, турбина расширила с 10 до 3. Газ после турбины пошёл в реактор и вышел наружу через сопло. Что тут непонятного?

Не понял. Подвода тепла перед турбиной нет, что ли?

[cross-track]

Так на приращение давления до 3 атм нужна энергия, и эта энергия отбирается от нагрева водорода. Водород при этом будет хуже нагреваться, не так эффективно.

До каких 3 атм хосспади?!! Компрессор сжал с 3 до 10, турбина расширила с 10 до 3. Газ после турбины пошёл в реактор и вышел наружу через сопло. Что тут непонятного?

Вообще говоря не очень понятно, за счет чего образуется реактивная тяга. Если давление в "камере сгорания" 3 атм, то чему же будет равна тяга?!