Super Heavy/Starship (B13/S31) – шестой испытательный полет – Starbase,TX – 19.11.2024 22:00 UTC

[ExDi]

Какая примерно температура на срезе сопла? В ДВС пространство ограничено, а тут нет. Половина тепла минимум уносится с излучением. Для образования окислов азота из атмосферных кислорода и азота условия так себе.

помнится, термодинамическая температура на срезе сопла градусов 300-400 : ) - но это неважно, вся энергия - в кинетике истекающих газов, пока скорость ракеты невелика - большая часть импульса уносится истекающей струей, энергия практически соответствует удельному импульсу истечения, и при торможении в атмосфере все что выделилось в камере сгорания и перешло в кинетическую энергию при ирасширении в сопле - диссипирует-возвращается обратно в тепло. излучения там ну точно не половина, там излучать просто нечему, у газов при таких температурах нет соовтетствующих энергетических уровней и переходов; это не фотонный двигатель : ). итоговая температура конечно будет пониже чем в самой камере сгорания из-за смешения с холодным воздухом при торможении в нем, но уверен что повыше чем в цилиндре ДВС  - по крайней мере в пограничной области

[telekast]

Какая примерно температура на срезе сопла? В ДВС пространство ограничено, а тут нет. Половина тепла минимум уносится с излучением. Для образования окислов азота из атмосферных кислорода и азота условия так себе.

помнится, термодинамическая температура на срезе сопла градусов 300-400 : ) - но это неважно, вся энергия - в кинетике истекающих газов, пока скорость ракеты невелика - большая часть импульса уносится истекающей струей, энергия практически соответствует удельному импульсу истечения, и при торможении в атмосфере все что выделилось в камере сгорания и перешло в кинетическую энергию при ирасширении в сопле - диссипирует-возвращается обратно в тепло. излучения там ну точно не половина, там излучать просто нечему, у газов при таких температурах нет соовтетствующих энергетических уровней и переходов; это не фотонный двигатель : ). итоговая температура конечно будет пониже чем в самой камере сгорания из-за смешения с холодным воздухом при торможении в нем, но уверен что повыше чем в цилиндре ДВС  - по крайней мере в пограничной области

Для примера:
"Около 9 % энергии в солнечном спектре приходится на ультрафиолетовое излучение с длинами волн от 100 до 400 нм. Остальная энергия разделена приблизительно поровну между видимой (400–760 нм) и инфракрасной (760–5000 нм) областями спектра."(С)https://college.ru/astronomy/course/content/chapter5/section1/paragraph2/theory.html#:~:text=%D0%9E%D0%BA%D0%BE%D0%BB%D0%BE%209%20%25%20%D1%8D%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B8%D0%B8%20%D0%B2%20%D1%81%D0%BE%D0%BB%D0%BD%D0%B5%D1%87%D0%BD%D0%BE%D0%BC,%E2%80%935000%20%D0%BD%D0%BC)%20%D0%BE%D0%B1%D0%BB%D0%B0%D1%81%D1%82%D1%8F%D0%BC%D0%B8%20%D1%81%D0%BF%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B0.
Далее. Львиная доля кинетической энергии струи переходит в кинетическую же энергию присоединенных масс окружающего воздуха вследствии эжекции. Остальная на их подогрев. При примерно неизменной температуре растет масса суммарного потока при падении его скорости. Окончательное смешивание завершается можно грубо считать на примерно 20 диаметрах факела. На самом деле много дальше в силу "безразмерности" "входного сечения" "эжектора"-атмосферы, но в данном случае это уже не важно. Нет условий для возникновения окислов азота.
Имху

[heingeiv]

К вопросу о загрязнении окружающей среды.
Окислы азота?

По цвету типичный лисий хвост, но за счёт чего? Смесь с избытком метана, лишнего кислорода быть не должно. Какой-то эффект 33х двигателей?

В воздухе и азот и кислород.

Это понятно, но вроде у Жуке-2 или Дельты-4 такого эффекта не заметно - возможно, тут эффект масштаба. С другой стороны, там и HD-рокеткамов нет...

edit: лишнее цитирование

[ExDi]

"Около 9 % энергии в солнечном спектре приходится на ультрафиолетовое излучение с длинами волн от 100 до 400 нм. Остальная энергия разделена приблизительно поровну между видимой (400–760 нм) и инфракрасной (760–5000 нм) областями

а при чем здесь это? поверхность солнца ведет себя практически как абсолютно черное тело ввиду ее плотности и толщины; для истекающего газа эта модель совершенно не подходит. здесь уже была "дискуссия" на эту тему - вещество может излучать только там, где оно поглощает (закон кирхгофа); истекающая струя прозрачна в видимом диапазоне и ближнем ик, излучение будет только там, где газ "черный" - в дальнем ик и в микроволновой области, а на них приходится не слишком большая доля площади предельной спектральной кривой - АЧТ.
про смешение - остаюсь при своем мнении, полагаю что в пограничном слое между струей и воздухом турбулентности должны приводить к эффективной диссипации и резкому подъему температуры

[ExDi]

С другой стороны, там и HD-рокеткамов нет...

ну вот да, сдается мне - эффект становится заметен только при наблюдении практически по оси струи - т.е. в очень толстом слое. а при наблюдении с земли вдоль оси все тонет в ослепительном сиянии камер сгорания.

[cross-track]

Может, сгодится.
Рисунок из статьи
Электрофизика горения углеводородного горючего в камере жидкостного ракетного двигателя А. В. Рудинский, Д. А. Ягодников,
которую можно скачать по ссылке
https://sciencejournals.ru/view-article/?j=teplofiz&y=2021&v=59&n=3&a=Teplofiz2103010Rudinskii

[ExDi]

Может, сгодится.
Рисунок из статьи

там не очень понятно - где срез сопла, и  учитывается ли окружающая атмосфера; но похоже да - и это режим недорасширения, на уровне моря. нет, там похоже в явном виде указано, что это для вакуума, тогда не так интересно.
прикольно - что сразу за соплом образуется конус с температурами такими же, как в камере сгорания. но нас интересует пограничная область, где есть и смешение  с атмосферой, и высокая температура - и по-моему окрашенная зеленым область вполне этому соответствует

[cross-track]

Может, сгодится.
Рисунок из статьи

там не очень понятно - где срез сопла, и  учитывается ли окружающая атмосфера; но похоже да - и это режим недорасширения, на уровне моря. прикольно - что сразу за соплом образуется конус с температурами такими же, как в камере сгорания. но нас интересует пограничная область, где есть и смешение  с атмосферой, и высокая температура - и по-моему окрашенная зеленым область вполне этому соответствует

Там есть рисунки для разных давлений окружающей среды, в том числе и для Р=0.
Срез сопла соответствует приведенному чертежу:

[cross-track]

Для ненулевого давления:

[Штуцер]

помнится, термодинамическая температура на срезе сопла градусов 300-400

Это, емнип, для вакуума. И цельсия, ессно.

[Штуцер]

ну вот да, сдается мне - эффект становится заметен только при наблюдении практически по оси струи - т.е. в очень толстом слое.

У Протона копоть становится видна, когда он практически встает в угон, от наблюдателя.

[telekast]

"Около 9 % энергии в солнечном спектре приходится на ультрафиолетовое излучение с длинами волн от 100 до 400 нм. Остальная энергия разделена приблизительно поровну между видимой (400–760 нм) и инфракрасной (760–5000 нм) областями

а при чем здесь это? поверхность солнца ведет себя практически как абсолютно черное тело ввиду ее плотности и толщины; для истекающего газа эта модель совершенно не подходит. здесь уже была "дискуссия" на эту тему - вещество может излучать только там, где оно поглощает (закон кирхгофа); истекающая струя прозрачна в видимом диапазоне и ближнем ик, излучение будет только там, где газ "черный" - в дальнем ик и в микроволновой области, а на них приходится не слишком большая доля площади предельной спектральной кривой - АЧТ.
про смешение - остаюсь при своем мнении, полагаю что в пограничном слое между струей и воздухом турбулентности должны приводить к эффективной диссипации и резкому подъему температуры

Это пример просто распределения по спектру. При сгорании в КС излучение - основной вид теплопотерь, пропорционален 4й степени температуры.
Ваше право. Но окружающий воздух не твердая стенка, так что никакого резкого торможения в пограничном слое не будет. Пограничный слой струи увлекает тонкий пограничный слой атмосферы, тот увлекает следующий за ним тонкий слой, второй - третий и так до бесконечности. Нет условий для резкого торможения. Условия для резкого скачка температуры будут только в кольцах Маха в струе. В струе, а не в окружающем воздухе. По закону сохранения Мг * Мг^2 / 2= Мп * Сп^2 / 2, где Мг - масса газа факела, Мг - скорость газа факела, Мп - масса суммарного итогового потока, Сп - скорость суммарного итогового потока, за минусом потерь(рассеяние излучением, звуком и тд) Чем больше тормозится истекающий газ, тем больше ускоряется и/или растет масса присоединенного. На это и тратится/перераспределяется энергия/теплота факела. На этом работают эжектронные усилители тяги. Нигде в них не растет температура
Имху

[telekast]

помнится, термодинамическая температура на срезе сопла градусов 300-400

Это, емнип, для вакуума. И цельсия, ессно.

Для окислов азота нужно минимум 1200К и это в КС. Плюс ВРЕМЯ.

[Штуцер]

Для окислов азота нужно минимум 1200К и это в КС.

В кс нету азота 

[ExDi]

Для ненулевого давления:

дада, рисунки очень интересные, но в статье первые два - это моделирование, для атмосферы и вакуума, и модель очевидно учитывает только влияние внешнего давления на конфигурацию потока за соплом и образование конусов маха - но вряд ли смешение потока с окружающей атмосферой и турбулентность в пограничном слое. а последний рисунок там - эксперимент, но для нулевого внешнего давления (?). но "зеленая" зона - достаточно горячая и достаточно близкая к внешней среде чтобы последняя в нее вовлекалась - в модели присутствует.

[ExDi]

Пограничный слой струи увлекает тонкий пограничный слой атмосферы, тот увлекает следующий за ним тонкий слой, второй - третий и так до бесконечности.

на срезе сопла мы имеем жесткую границу между гиперзвуковым потоком струи и практически невозмущенной атмосферой. при таких градиентах никакого ламинарного "постепенного вовлечения" в этой области я представить не могу, воздух ничего не знает о существовании рядом горячего потока - пока с ним не столкнется. даже чисто на молекулярно-кинетическом уровне - вы будете иметь молекулы продуктов сгорания, движущиеся со скоростью 3 км/с, сталкивающиеся в процессе "вовлечения" с медленными молекулами воздуха с очевидным эффектом.

[telekast]

Для окислов азота нужно минимум 1200К и это в КС.

В кс нету азота 

Вот именно

[ExDi]

При сгорании в КС излучение - основной вид теплопотерь, пропорционален 4й степени температуры.

из камеры - да; там в наличии и высокая плотность, и высокая концентрация возбужденных - в т.ч. частично ионизированных -  атомов и молекул, создающие практически непрерывное распределение "удобных" энергетических уровней и переходов. поэтому только свечение камер и видно при наблюдении за  хвостом улетающей ракеты. в собственно газовом потоке за камерой - все очень жиденько, и светится в основном сажа - плюс голубое хемолюминесцентное нетермодинамическое свечение рекомбинирующих радикалов и ионов

[telekast]

Пограничный слой струи увлекает тонкий пограничный слой атмосферы, тот увлекает следующий за ним тонкий слой, второй - третий и так до бесконечности.

на срезе сопла мы имеем жесткую границу между гиперзвуковым потоком струи и практически невозмущенной атмосферой. при таких градиентах никакого ламинарного "постепенного вовлечения" в этой области я представить не могу, воздух ничего не знает о существовании рядом горячего потока - пока с ним не столкнется. даже чисто на молекулярно-кинетическом уровне - вы будете иметь молекулы продуктов сгорания, движущиеся со скоростью 3 км/с, сталкивающиеся в процессе "вовлечения" с медленными молекулами воздуха с очевидным эффектом.

Воздух не рассматривается как толпа отдельных молекул, но является сплошной средой. Слой воздуха прекрасно знает о существовании факела и соседних слоев за счёт статических давлений, которые в идеале полного расширения на срезе равны. Потому нет никакого удара(иначе прямо на срезе сопла был бы скачок уплотнения), а есть вязкостное трение с ранее озвученными последствиями.
Имху

[telekast]

При сгорании в КС излучение - основной вид теплопотерь, пропорционален 4й степени температуры.

из камеры - да; там в наличии и высокая плотность, и высокая концентрация возбужденных - в т.ч. частично ионизированных -  атомов и молекул, создающие практически непрерывное распределение "удобных" энергетических уровней и переходов. поэтому только свечение камер и видно при наблюдении за  хвостом улетающей ракеты. в собственно газовом потоке за камерой - все очень жиденько, и светится в основном сажа - плюс голубое хемолюминесцентное нетермодинамическое свечение рекомбинирующих радикалов и ионов

Неважно, в камере ли, в струе за соплом ли. Потери на излучение, в ТЧ невидимой части спектра, пропорциональны 4й степени температуры газа. Плюс в факеле площадь выше, теплота распределена больше.
Имху