Паровоз в космосе!

[Николай]

Хочу собрать инфу по использованию тепловых машин для преобразования солн. тепла в эл. энергию. Если есть мысли или ссылки, буду очень признателен! Помню для "Альфы" задумывали такую паровую машину.

[Николай]

Все молчат, как партизаны! Скажите, сколько Вт эл. эн. снимается с 1 кв. м. солнечной батареи? А сколько можно снять Вт тепловой эн. с такой-же площади и с каким КПД её можно преобразовать в эл. эн.?

[ratman]

Google it, man

[hcube]

Вопрос не в площади, а в весе. А тут паротурбинные установки (КПД которых, да, довольно высок - порядка 50-75%) СБ проигрывают. Особенно продвинутым пленочным СБ.

[ing]

Добрый вечер.
Элекромашинные преобрызователи тепловой солнечной энергии разрабатывались и продолжают разрабатываться.

Скажите, сколько Вт эл. эн. снимается с 1 кв. м. солнечной батареи? А сколько можно снять Вт тепловой эн. с такой-же площади и с каким КПД её можно преобразовать в эл. эн.?

На кв м приходится примерно 1,4квт солнечной энергии на орбите Земли. Солнечная батарея дает примерно 10%. Машинный преобразователь может дать 30%.
ing

[Николай]

Чем ограничен КПД? Сколько Вт можно сбросить в тени?

[Старый]

И крупный недостаток - концетраторы солнечной энергии очень чувствительны к точности наведения на Солнце. Чуть нарушилась ориентация - и эге!

[Николай]

И крупный недостаток - концетраторы солнечной энергии очень чувствительны к точности наведения на Солнце. Чуть нарушилась ориентация - и эге!

"Эге" - это когда луч бьет мимо мишени прямо в космос?

[hcube]

Не 30. Идеальный КПД установки грубо говоря равен отношению температур нагревателя и холодильника. Взяв низкокипящую жижкость (аммиак, метан... да тот же водород) мы можем охладить рабочее тело примерно до 100K и нагреть не менее чем до 1000K - 700C. Что нам дает 90% КПД. Можем даже до 1700 нагреть - это даже сталь держит, не то что углеродное волокно. Тогда КПД будет 95%. Умножить на КПД преобразователя - порядка 90%. Но, повторюсь, нужен ГИГАНТСКИЙ радиатор. Грубо говоря, рост будет линейный - чем больше радиатор, тем меньше температура. Но какой именно радиатор нужен, я затрудняюсь сказать. AFAIK радиаторы МКС рассеивают порядка 5 КВт, при этом площадью они примерно с соответствующую СБ. Но ведь нужен еще и концентратор... так что СБ лучше.

[Николай]

А как со стоимостью зеркал, способом их ориентации, снижением отражательной способности со временем? Ведь если зеркало D=20м, то это 300 кв. м поверхности, умножаем на 1,4 квт, получаем 420 квт, умножаем на КПД 30%, получаем 125 квт мощности. Да за такую мощность и вес отдать не жалко!

[Николай]

А если эти 125 квт перевести в тягу ЭРД по курсу 80 вт/г то это полтора кг тяги с УИ более 3000!
Так и на Луну можно слетать!

[Старый]

"Эге" - это когда луч бьет мимо мишени прямо в космос?

 "Эге" это когда у вас неожиданно (в самый неподходящий момент) отрубает электроэнергию.

[Старый]

Взяв низкокипящую жижкость (аммиак, метан... да тот же водород) мы можем охладить рабочее тело примерно до 100K и нагреть не менее чем до 1000K - 700C. Что нам дает 90% КПД..

 Почему в качестве рабочего тела обычных котлотурбинных установок применяют воду, а не жидкий метан? Потому что вода сжижается сама собой. А как сжижать метан? Это какой же нужен охладитель? А какая турбина чтобы теплоперепад на ней срабатывал до 100К?

[hcube]

А зачем ее вообще сжижать? Это, чай, не бытовой холодильник.

IMHO в качестве рабочего тела в космосе водород - самое оно. Много - раз, легко добыть - два, ОЧЕНЬ низкая температура сжижения - три. Циклу Карно же пофиг, сжижается в процессе рабочее тело или нет.

Относительно ГТУ - повторюсь, зеркало и нагреватель - не проблема. Проблема - радиатор охлаждения. У нас ведь не открытый цикл? ;-). Можно посчитать - радиатор площадью в 1 кв. м может рассеять при 300K от 1 до 3 КВт мощности. При 100K - втрое меньше. Вот и считайте. Солнечная батарея той же площади даст примерно 200 Вт мощности, но это уже будет чистая мощность. И я не уверен относительно того что удельная масса радиатора будет та же что у батареи. Возможно, хорошо спроектированная ГТУ будет выгоднее на больших мощностях - мегаватт и более. Но до 5-10 КВт... IMHO только СБ.

[Andrey]

Насчет радиатора все гораздо хуже.
Излучаемая мощность пропорциональна четвертой степени
температуры. Поэтому уменьшив  температуру в три раза
площадь радиатора необходимо увеличить в 81 раз.
    Поэтому для космического ГТУ надо стремится повышать
температуру холодильника. Никакие метаны тут не подходят,
если только в газовом цикле, но тут наверно чтонибуть типа гелия
лучше будет смотреться. А в паровом цикле лучше подойдет ртуть.
Температура кипения большая.
    Насчет водорода, не очень удобный газ особенно при больших
температурах легко проникает в металлы, что на их прочности плохо сказывается.

[ing]

Добрый день.

Но, повторюсь, нужен ГИГАНТСКИЙ радиатор.

Насчет радиатора все гораздо хуже.
Излучаемая мощность пропорциональна четвертой степени
температуры. Поэтому уменьшив температуру в три раза
площадь радиатора необходимо увеличить в 81 раз.

То что сегодня используются солнечные батареи, топливные элементы или реакторы не отменяет проблему сброса тепла. Там где КПД преобразования больше (в электричество), там и меньше тепла.
В диапазоне 350-400К поверхность излучателя сравнима с поверхностью приемника. При верхней температуре в генераторе 1500К КПД Карно около 70%. Так что машинные преобразователи имеют перспективу.
ing

[Старый]

Джентльмены, постойте! Вы с паровозом ничего не перепутали? Какой водород? Какой радиатор? Зачем радиатор? Почему большой?
 Энергия вовсе не должна перекачиваться с солнечного конценратора на радиатор и оттуда рассеиваться в космос. Энергия должна отбираться от турбины и выводиться из системы по проводам, а радиатор совсем не нужен, если вы не собираетесь сжижать газ. Собственно говоря, энергия рассеиваемая с радиатора и не даёт получить 100% кпд. Чем меньше энергии рассеивается с радиатора тем ближе кпд к 100%.
 У вас же нагретый в солнечном концентраторе газ должен срабатывать на ткрбине, отдавать ей энергию, сам при этом расширяясь и охлаждаясь. Потом вы должны это газ какимто образом сжать и опять подать в нагреватель.
 Вода применяется потому, что она сжимается (уменьшает объём) сама, совершенно нахаляву. Газ же вам прийдётся сжимать за свой счёт. Или доохлаждать до температуры сжижения. Только и всего.
 Вся проблема КПД вовсе не в температуре радиатора, а в кпд турбины, в том, чтобы рабочее тело в ней могло расшириться и остыть до температуры сжижения.

[X]

1. Старый - читайте Карно А то сумбур у вас имееет место быть

2. Рабочее тело действительно остывает в турбине. Зачем его после этого еще охлаждать? А потом снова нагревать?

[Старый]

1. Старый - читайте Карно А то сумбур у вас имееет место быть

Это вам очередной раз показалось

2. Рабочее тело действительно остывает в турбине. Зачем его после этого еще охлаждать? А потом снова нагревать?

А вы не знаете?

[ing]

Несовершенство процесса означает, что часть энергии реализуется в тепло. Вот это тепло и нужно выбросить. Нарисуйте цикл процесса и увидите, что в каждом цикле образуется некоторое колличество лишнего тепла. Кроме того при использовании полученной энергии тоже будет выделяться тепло.
ing