Воссоздание РН СТК "Энергия" в том или ином виде. Реальность и перспективы

[Капитан Бутан]

горячий водяной пар его просто корродирует). В плане материаловедения водород-азотная смесь и смесь угарный газ-водяной пар-водород-метан довольно сильно отличаются и не в пользу второй. Проблема с наводороживанием будет и там и там,  но во втором случае добавляются вполне заметная окислительная активность водяного пара

При этом в смеси есть СО, который восстанавливает оксиды и гидроксиды. Не говоря уже о водороде. Не, про окислительные свойства водяного пара давайте лучше не будем рассуждать

[Капитан Бутан]

Нам чтобы понизить температуру генераторного газа до 800-900К придётся подмешать к гидразину очень много аммиака. Вот и считайте насколько там УИ просядет.

Тут есть радикальное решение. Берем для горячей части ТНА сплавы системы Mo-W. До 1300 градусов они вполне себе работают, водорода не боятся от слова совсем. И работаем с чистым гидразином. Получаем весьма высокие параметры ТНА и вообще полное отсутствие проблем с коррозией в ней.

Да, вот это мне нравится! Кстати, а какую именно выгоду мы получим от 1600К на турбине вместо 900К? Насколько вырастет давление?
Ведь чем больше аммиака, тем меньше соотношение окислитель/горючее. Значит массовый расход на турбине растёт, и мы снимаем больше мощности. Но с ростом доли аммиака в смеси, температура на турбине понижается, значит мы снимаем меньше мощности. Тут два противоположно влияющих фактора. Оптимум неясен...

[AlexV]

При этом в смеси есть СО, который восстанавливает оксиды и гидроксиды. Не говоря уже о водороде. Не, про окислительные свойства водяного пара давайте лучше не будем рассуждать

Там все чуть сложнее. Для того же железа существует критическое отношение H2O/H2, когда окисление не идет. Причем, так как термодинамика реакции FeO + H2 = Fe + H2O не особо благоприятная, то это критическое соотношение масштаба единицы. Т.е. водорода может быть полно, а металл все равно окисляется. Молибден будет подвергаться эрозии вообще почти при любом соотношении H2O/H2, так как оксиды молибдена летучи и от отношения парциальных давлений воды и водорода просто будет меняться их парциальное давление, но в ноль оно не уйдет никогда. Плюс при любом отношении H2O/H2 будет идти медленное выгорание лигатур с высоким сродством к кислороду. Плюс диффузия кислорода в металл (даже если она не сопровождается выделением новой фазы, то она все равно неконтролируемо влияет на механические свойства). Нет, водяной пар, даже в смеси с водородом, при высоких температурах ни разу не безобиден. 

[AlexV]

Кстати, а какую именно выгоду мы получим от 1600К на турбине вместо 900К? Насколько вырастет давление?

Ну, да. Больше температуры, больше работы снимаем с единицы массы топлива в ТНА, больше давление можем обеспечить.

[AlexV]

При этом в смеси есть СО, который восстанавливает оксиды и гидроксиды. Не говоря уже о водороде. Не, про окислительные свойства водяного пара давайте лучше не будем рассуждать

Вообще, пока речь об одноразовых двигателях, которому работать несколько минут, эти вопросы высокотемпературной коррозии не так актуальны. Там даже если она будет масштаба миллиметра в час за те минуты, пока работает двигатель её не заметят. Аналогично все вещи связанные с диффузией кислорода, переносом углерода между металлом и газовой фазой и прочим. А вот если нужна многоразовая система и полный ресурс измеряемый хотя бы часами на все это нужно очень внимательно смотреть.

[AlexV]

При этом в смеси есть СО, который восстанавливает оксиды и гидроксиды. Не говоря уже о водороде. Не, про окислительные свойства водяного пара давайте лучше не будем рассуждать

Кстати отношение H2O/H2 в метановой ТНА лимитировано  равновесием реакции CO + H2 = C + H2O. Если соотношение H2O/H2 ниже некоторого предела, то начнет образовываться сажа. И так как эта реакции идет с уменьшением объема, то чем больше давление - тем больше должно быть отношение H2O/H2, чтобы не допустить осаждение сажи. Тогда как в реакции Fe + H2O = FeO + H2 равновесное отношение H2O/H2 не зависит от давления. Т.е. в случае сладкого метанового ТНА будет существовать верхний порог давления, когда процесс в режиме, когда одновременно не осаждается сажа и не идет коррозия железного сплава. P.S. Как будет свободное время, можно попробовать его прикинуть.     

[Капитан Бутан]

Кстати отношение H2O/H2 в метановой ТНА лимитировано  равновесием реакции CO + H2 = C + H2O. Если соотношение H2O/H2 ниже некоторого предела, то начнет образовываться сажа. И так как эта реакции идет с уменьшением объема, то чем больше давление - тем больше должно быть отношение H2O/H2, чтобы не допустить осаждение сажи. Тогда как в реакции Fe + H2O = FeO + H2 равновесное отношение H2O/H2 не зависит от давления. Т.е. в случае сладкого метанового ТНА будет существовать верхний порог давления, когда процесс в режиме, когда одновременно не осаждается сажа и не идет коррозия железного сплава. P.S. Как будет свободное время, можно попробовать его прикинуть.     

Вот это достойный уровень дискуссий! Замечу что в восстановительном ТНА с органическими соединениями моделирование недостаточно хорошо описывает результаты экспериментов. Реакции в таком газогенераторе во многом неравновесные. Я не спорю что получить сажу можно, но это ещё надо постараться.
Были и такие опыты, в которых сажи почти не было даже в ГГ на пропане. Была, но очень мало, сильно меньше чем должно было быть при той температуре и давлении. Такой газген тестировали в Энергомаше

[Капитан Бутан]

А вот если нужна многоразовая система и полный ресурс измеряемый хотя бы часами на все это нужно очень внимательно смотреть.

Ресурс нужен для многораза, а многораз означает много запусков и много остановок. Это термоциклирование, тоже важный фактор ограничивающий ресурс.
Так что для многораза надо снижать температуру газа хотя бы из соображений смягчения термоциклирования. А это потянет за собой и уменьшение скорости роста оксидной плёнки. win-win

[Капитан Бутан]

Кстати, а какую именно выгоду мы получим от 1600К на турбине вместо 900К? Насколько вырастет давление?

Ну, да. Больше температуры, больше работы снимаем с единицы массы топлива в ТНА, больше давление можем обеспечить.

Вопрос был в том, что при увеличении температуры газа (то есть доли гидразина в горючем) мы получим снижение массового расхода на турбине. То есть снимаем с 1кг/с больше мощности, но у нас вместо 1 кг/с стало 0,8кг/с

[Капитан Бутан]

Там все чуть сложнее. Для того же железа существует критическое отношение H2O/H2, когда окисление не идет.

Так вы не учитываете угарный газ! В смеси есть и водород и СО, причём СО будет столько же молекул сколько и воды (керосин это CH₂)

[AlexV]

Так вы не учитываете угарный газ! В смеси есть и водород и СО, причём СО будет столько же молекул сколько и воды (керосин это CH₂)

А не важно. Вспоминаем принцип детального равновесия.  Если в среде ситуация близка к локальному термодинамическому равновесию, то при малом количестве кислорода в системе отношение  H2O/H2 будет полностью характеризовать её окислительный потенциал по отношению к металлу.

[Serge V Iz]

Кстати, а какую именно выгоду мы получим от 1600К на турбине вместо 900К? Насколько вырастет давление?

Первое приближение -- закон Бойля-Мариотта, откуда P просто пропорционально T.

[Капитан Бутан]

Если в среде ситуация близка к локальному термодинамическому равновесию, то при малом количестве кислорода в системе отношение  H2O/H2 будет полностью характеризовать её окислительный потенциал по отношению к металлу.

Ну во-первых она не близка к равновесию, зависит от конкретных условий в конкретном ГГ. Во-вторых у нас идут две реакции восстановления:
Fe₂O₃ + 3H₂ → 2Fe + 3H₂O 
Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂ 
Ниже примерно 1100К, угарный газ является даже более сильным восстановителем чем H₂. Очевидно, что соотношение H₂O/H₂ при котором не будет сажи, надо скорректировать с учётом наличия в генераторном газе СО

[AlexV]

Ниже примерно 1100К, угарный газ является даже более сильным восстановителем чем H₂. Очевидно, что соотношение H₂O/H₂ при котором не будет сажи, надо скорректировать с учётом наличия в генераторном газе СО

В четырехкомпонентной системе CO-CO2-H2-H2O в состоянии термодинамического равновесия восстановительная сила СO и H2 всегда равны. Т.е. они уравниваются равновесием в реакции СO2 + H2 = CO + H2O и между соотношениями CO2/CO и H2O/H2 всегда будет жесткая функциональная связь. Активность кислорода, вычисленная для процесса СO2 = CO + 1/2[O2] и H2O = H2 +1/2[O2] будут всегда в точности равны, так как это попросту одна и та же активность, а окислительная способность среды (ну или восстановительная) тут по сути только активностью кислорода и определяется (просто её пользоваться неудобно, так как это очень малая величина, удобнее её характеризовать отношением H2O/H2, которое с этой активностью жестко связано). P.S. В данных условиях железо будет окисляться не до Fe2O3, а до более стабильных в восстанови тельных условиях FeO и Fe3O4. И термодинамику тут нужно смотреть для них, а не Fe2O3.

[Капитан Бутан]

CO-CO2-H2-H2O в состоянии термодинамического равновесия восстановительная сила СO и H2 всегда равны. Т.е. они уравниваются равновесием в реакции СO2 + H2 = CO + H2O

Реакция водяного сдвига не самая быстрая реакция. А время движения объёма газа от места его возникновения (выход из газогенератора) и до интересующей нас точки (турбина) составляет доли секунды. И не факт что десятые доли, возможно что и сотые.
Не будет там термодинамического равновесия, будет более-менее постоянный состав, соответствующий выходу из газогенератора

[Seerndv]

- Буцетам равно Капитан Бутан?! 

[Дмитрий В.]

Капитан Буцетамн

[Bell]

CO-CO2-H2-H2O в состоянии термодинамического равновесия восстановительная сила СO и H2 всегда равны. Т.е. они уравниваются равновесием в реакции СO2 + H2 = CO + H2O

Реакция водяного сдвига не самая быстрая реакция. А время движения объёма газа от места его возникновения (выход из газогенератора) и до интересующей нас точки (турбина) составляет доли секунды. И не факт что десятые доли, возможно что и сотые.
Не будет там термодинамического равновесия, будет более-менее постоянный состав, соответствующий выходу из газогенератора

А не пофиг ли, если средняя молекулярная масса одинаковая? 

[Bell]

- Буцетам равно Капитан Бутан?!

и не только...

[Дмитрий В.]

- Буцетам равно Капитан Бутан?!

и не только...

а ведь начинал с Копатыча