Super Heavy/Starship (B9, S25) второй испытательный полет – Starbase, TX – 18.11.2023 13:02 UTC

[ExDi]

И вот тут тоже что-то есть о конденсации

первая статья за пейволом, во второй они упоминают конденсацию только затем чтобы сказать - что в сопле она точно не произойдет и ее энтальпию заведомо нужно вычесть из теплового баланса

[vlad7308]

Я тут немного погуглил на тему конденсации паров в шлейфе. Если не вдаваться в детали, то таковая конденсация походу имеет место. Вот начало какой-то статьи:
https://naukarus.com/kondensatsiya-parov-vody-i-uglekislogo-gaza-v-vyhlopnoy-strue-raketnyh-dvigateley-ii-geterogennaya-kondensatsiya-produkto

НЯП единственный путь охлаждения (мкт) струи после сопла - это термализация потока торможением о воздух. В начале статьи, увы, про высоту\концентрацию\давление атмосферы ничего не сказано, а остальная часть (где это, вероятно, есть) - платная.

Рассматриваемый нами кейс - это высота около 140-150км. Я не знаю, достаточно ли концентрации атмосферы на такой высоте для описываемого явления - "медузы" конденсата сравнительно недалеко от сопла (первые сотни метров). Может, да, может, нет.

Идеальный газ, расширяющийся в вакуум, - не охлаждается (а сушественно неидеальный может даже нагреться).

[ExDi]

geterogennaya-kondensatsiya-produkto

НЯП единственный путь охлаждения (мкт) струи после сопла - это термализация потока торможением о воздух.

кстати занятно - скорость истечения ок. 3 км/с, и там где скорость ракеты примерно такая же - истекающие газы практически неподвижны относительно окружающей среды, и могут эффективно охлаждаться при смешении с ней; но достаточна ли ее плотность для эффектов конденсации - навскидку фигзнат

[Шлангенциркуль]

А почему 373, а не, скажем, 173

ну посчитать надо бы конечно - сколько там будет при степени расширения высотного сопла. но сильно сомневаюсь что -100 oC а не хотя бы +100. мне помнится - что повыше.. при 373 К кпд уже ~90%.

Вроде приличная часть оставшейся внутренней энергии вроде уйдет на относительный разгон до ~звуковой скорости, плюс, как описывается в статье выше, ИК охлаждение...

"В факелах "Протон" и "Молния" процесс конденсации паров воды может начинаться на расстояниях 120—170 м, а конденсация углекислого газа — на расстояниях 450—650 м от сопла двигателей. В процессе конденсации толщина "водяного" слоя на частицах может превышать 100 А, а толщина углекислоты — 60 А.В работе показано, что в тепловом балансе конденсирующихся частиц доминирующим процессом их охлаждения являются потери энергии в результате теплового излучения частиц. Кроме конденсации паров воды, в выхлопной струе ракетных двигателей может происходить также конденсация углекислого газа, поскольку температура продуктов сгорания на достаточном удалении от сопла двигателя может опускаться значительно ниже температуры возгонки СО2."

[Дем]

После покидания сопла уже ничего не охлаждается (если пренебречь неидеальностью).

Тоже охлаждается ибо расширяется (молекулы скорость не теряют, но так как чем дальше тем  больше остаётся летящих в одну сторону - то хаотичность движения которая и есть температура - снижается)

[vlad7308]

После покидания сопла уже ничего не охлаждается (если пренебречь неидеальностью).

Тоже охлаждается ибо расширяется (молекулы скорость не теряют, но так как чем дальше тем  больше остаётся летящих в одну сторону - то хаотичность движения которая и есть температура - снижается)

нет
Ну да бог с ним.

[ExDi]

(если пренебречь неидеальностью).

Тоже охлаждается ибо расширяется (молекулы скорость не теряют, но так как чем дальше тем  больше остаётся летящих в одну сторону - то хаотичность движения которая и есть температура - снижается)

нет. распределение по степеням свободы не меняется, сумма проекций скоростей на выделенное направление которое определяет механическую энергию - не меняется. нет механизма который мог бы перевести хаотическое движение в направленное, иначе нарушался бы закон сохранения импульса. по мере расширения снижается плотность газа и соответственно возрастают флуктуации макропараметров в фиксированном объеме - и все

[Дем]

нет. распределение по степеням свободы не меняется, сумма проекций скоростей на выделенное направление которое определяет механическую энергию - не меняется. нет механизма который мог бы перевести хаотическое движение в направленное, иначе нарушался бы закон сохранения импульса

Есть механизм - расстояние называется. Т.е. в среднем весь расширяющийся газ всё сохраняет, но вот в конкретном кубометре вектора всех молекул исходят из точки где находилось сопло в момент их вылета. Т.е. практически параллельны.
И даже скорость выходит почти одинаковой, ибо быстые улетели вперёд а медленные отстали

[ExDi]

вот в этом - любом - выделенном объеме тоже все вышеуказанное будет сохраняться в любой момент времени. точно таким же как в момент покидания сопла

[ExDi]

насколько я догадываюсь, вы пытаетесь "следить" за отдельными молекулами. для них не существует понятия "температура", только для ансамбля. если ансамбль мал  - будут большие флуктуации, для 10 молекул всегда можно выбрать предпочтительное выделенное направление и приписать ему механическую энергию. но это означает все то же - неприменимость для малого ансамбля макропараметров, таких как температура. интеграл же по ансамблям/флуктуациям будет прежним.  и не существует иных способов переноса энергии молекул и флуктуаций малых ансамблей на макроуровень кроме демонов максвелла - соответственно им нельзя приписывать с точки зрения термодинамики  механическую энергию = полезную работу, свободную энергию гиббса

[vlad7308]

Ой как-то все усложнилось
То есть само собой, что термодинамика (и ее понятия и параметры, типа той же температуры или давления) имеет дело только со статистически большими системами.
Но все же в данном конкретном случае (струя газа в вакууме после покидания сопла) вполне достаточно помнить (9 класс сш), что Eк.ср.=2/3kT. Без всяких объемов, давлений и тп. Поскольку потерь Ек нет (некуда), то и...вот.

На сем давайте закончим оффтопик

[Шлангенциркуль]

Есть механизм - расстояние называется. Т.е. в среднем весь расширяющийся газ всё сохраняет, но вот в конкретном кубометре вектора всех молекул исходят из точки где находилось сопло в момент их вылета. Т.е. практически параллельны.
И даже скорость выходит почти одинаковой, ибо быстые улетели вперёд а медленные отстали

Чтобы продолжить рассуждение, придется добавить требование отсутствия соударений молекул, а тут уже вряд ли вообще можно говорить о тмпературе.

[Streamflow]

После покидания сопла уже ничего не охлаждается (если пренебречь неидеальностью).

Тоже охлаждается ибо расширяется (молекулы скорость не теряют, но так как чем дальше тем  больше остаётся летящих в одну сторону - то хаотичность движения которая и есть температура - снижается)

Нда, сказала Красная Шапочка, ну и образованцы...

Уследить за каждой молекулой не мог даже демон Максвелла, тем более, на это не способен и человек, особенно в сложных случаях. Поэтому для ситуации, когда средняя длина свободного пробега молекулы много меньше характерного размера исследуемого объекта, уже лет 300 назад придумали модель сплошной среды, которую гораздо удобнее использовать при движениях жидкости, газа и плазмы почти во всей практически интересной для человека области характерных параметров. А когда ситуация обратная, то никакой глаз уже ничего не увидит, по крайней мере, если нет каких-либо электромагнитных механизмов самосвечения.

И с использованием этой модели твёрдо установлено, что при расширении струи газа с местным числом Маха больше 1 происходит увеличение её скорости, то есть внутренняя энергия газа перекачивается в кинетическую энергию струи, и температура газа падает.

[Sembler]

И с использованием этой модели твёрдо установлено, что при расширении струи газа с местным числом Маха больше 1 происходит увеличение её скорости, то есть внутренняя энергия газа перекачивается в кинетическую энергию струи, и температура газа падает.

Здесь обсуждают изменение температуры газа после его выхода за пределы сопла - т.е. закрытую систему. Если не учитывать взаимодействие рассматриваемого газа с веществом окружающей среды и некоторые тонкие взаимодействия, то первый закон Ньютона и "Термодинамика и статистическая физика" оставляют единственный механизм изменения (снижения) средней температуры системы (об этом уже здесь писали) - электромагнитное излучение газа. Это излучение будет происходить, если не считать первые десятки миллисекунд оптического диапазона, в "невидимом никакому глазу" инфракрасном, а затем, в субмиллиметровом диапазонах.

[Streamflow]

Здесь обсуждают изменение температуры газа после его выхода за пределы сопла - т.е. закрытую систему. Если не учитывать взаимодействие рассматриваемого газа с веществом окружающей среды и некоторые тонкие взаимодействия, то первый закон Ньютона и "Термодинамика и статистическая физика" оставляют единственный механизм изменения (снижения) средней температуры системы (об этом уже здесь писали) - электромагнитное излучение газа. Это излучение будет происходить, если не считать первые десятки миллисекунд оптического диапазона, в "невидимом никакому глазу" инфракрасном, а затем, в субмиллиметровом диапазонах.

Р. Фейнман: "Заткнись и считай!"

Красная Шапочка: "Ещё один образованец, способный только болтать, и не способный ничего посчитать".

Оставьте свои объяснения тем, кто неспособен понять прочитанный текст, а также тем, кто не умеет считать, то есть всем здешним юзерам, а сами откройте какой-нибудь курс аэрогидродинамики, и научитесь писать не только слова, но и формулы. После этого вы перестанете писать "о единственном механизме изменения...". Струя газа - может иметь не только твердые границы, но и любые другие. Её может окружать жидкость, газ, вакуум. От этого она не перестаёт быть струёй, подчиняющейся известным законам аэрогидродинамики, выведенных их законов сохранения и термодинамики (уравнения состояния вещества струи), по крайней мере, до тех пор, пока это вещество можно считать сплошной средой. При этом выполняются все законы сохранения, в том числе и импульса. При расширении струи в вакууме она разворачивается и разворачивается на вполне определенный угол, не заполняя всё пространство вокруг. Поэтому при полёте ракет и получаются всякие "медузы". В простейшем, плоском случае, этот угол легко считается, см. течение Прандля-Майера. В осесимметричном случае считать сложнее, но тоже можно.

[V.B.]

Вот еще статья на тему.
Статья чисто теоретическая, хотя в ней в качестве примера приведен снимок конденсационного следа КА Глонасс.

При каких условиях этот след будет виден наземному наблюдателю, вероятно зависит от ряда факторов. В рассматриваемом полете IFT-2 след не был виден до отметки 7:06 с момента старта. Возможно частицы конденсата были слишком мелкие, чтобы увидеть их при данных условиях (ведь корабль летел в сторону солнца). И разумеется отметка 7:06 не является какой-то особенной, то есть конденсационный след не мог стать виден после нее, если он не был виден до нее. Отсюда вывод - наблюдавшийся "веер" света с момента 7:06 был вызван тем самым сбросом ЖК, о котором сказал Маск.

[Streamflow]

Да, уж...

Тут, смотрю, популярна логика в стиле бравого солдата Швейка, когда он выступал перед коллегией психиатров в сумасшедшем доме: "Стоит четырехэтажный дом, в каждом этаже по восьми окон, на крыше - два слуховых окна и две трубы, в каждом этаже по два квартиранта. А теперь скажите, господа, в каком году умерла у швейцара бабушка?"

А также в стиле: "Я сижу в засаде и наблюдаю за окружающим меня лесом, медленно поворачивая голову и винтовку слева направо, и, зыркая на часы. До отметки 7:06 я никого не вижу. И разумеется отметка 7:06 не является какой-то особенной. Но, вдруг, в этот момент краем глаза справа вижу темный быстро движущийся силуэт. И тут же вурдалак впивается мне в горло. Возможно, частицы конденсата были слишком мелкие. К тому же один парень с порванным горлом час назад перед смертью мне что-то прохрипел, и из чего я понял, что вурдалаки в этом лесу - сплошной мирняк"

[vlad7308]

В общем, понятно, почему Streamflow забанили на NSF 
вовсе не из зависти к глубоким познаниям.

[Шлангенциркуль]

Ладно, все записались, теперь пора в школу, правда, поздно и бессмысленно, а получать подарки за оффтоп глупо. Может, есть другие идеи?

[Iv-v]

В общем, понятно, почему Streamflow забанили на NSF 

Это он ещё и не начинал! Видели бы вы, что тут было лет двадцать назад.