РД на метане

[C-300]

silentpom пишет:
а почему у RL-10B все прекрасно, а у метана будет плохо?

Ну хотя бы потому, что молярная масса у водорода 2, а у метана - 16.
А удельная адиабатная работа газа на турбине (читай - располагаемая мощность) зависит от молярной массы рабочего тела турбины.

[mihalchuk]

Александр Хороших пишет:

silentpom пишет:
а почему у RL-10B все прекрасно, а у метана будет плохо?

Ну хотя бы потому, что молярная масса у водорода 2, а у метана - 16.  
А удельная адиабатная работа газа на турбине (читай - располагаемая мощность) зависит от молярной массы рабочего тела турбины.

Это каким же образом? Если "Удельная" - значит на единицу массы топлива, то да, ну и что?
Если по водороду разность энтальпий между жидкостью и состоянием Р=40 атм и Т=400 К будет 5450 кДж/кг, или 10,9 кДж/моль, то у метана 1150 кДж/кг, или 13,8 кДж/моль. Несмотря на то, что у водорода больше хладоресурс, у метана больше теплоёмкость, потому нужно больше энергии, чтобы его нагреть до той же температуры. Причём с ростом температуры этот разрыв растёт, а с уменьшением - пропадает где-то у 200+ К, но на таких температурах турбины не делают.
На мой взгляд, основная проблема - это ограничение на температуру газа на выходе из рубашки охлаждения. В молярном отношении метана меньше, чем водорода (по отношению к окислителю где-то в 2,5 раза). Важна не молярная масса, а количество молей в объёме компонента.

[C-300]

mihalchuk пишет:
Это каким же образом? Если "Удельная" - значит на единицу массы топлива, то да, ну и что?

Значит, единица массы рабочего тела турбогаза будет содержать больше энергии. 
Если сравнивать две турбины с равным расходом (и прочими равными), то большей мощностью будет обладать та. которая работает на водороде, а не метане.

[fagot]

Apollo13 пишет:
Если я не ошибаюсь тяга таких двигателей на водороде теоретически ограничена примерно 20 тс. А на метане?

Ошибаетесь, RL-60 проектировался на тягу 28 т при давлении в камере 80 ат, удлинение камеры весьма способствует нагреву рабочего тела даже при ограниченных удельных теплопотоках. Если не гнаться за давлением, тягу можно соответственно увеличить, а при размерности 10 т испарительная схема возможна даже на кислороде, а не то что на метане.

[Вернер П.]

Apollo13 пишет:

Salo пишет: 
РД0146ДМ на СПГ даже ОСИ проходил.

Если я не ошибаюсь тяга таких двигателей на водороде теоретически ограничена примерно 20 тс. А на метане?

Мне как-то не понятны преимущества  двигателя такой схемы, испарительной. Отказ от ГГ и всё?

[mihalchuk]

Александр Хороших пишет:

mihalchuk пишет:
Это каким же образом? Если "Удельная" - значит на единицу массы топлива, то да, ну и что?

Значит, единица массы рабочего тела турбогаза будет содержать больше энергии.
Если сравнивать две турбины с равным расходом (и прочими равными), то большей мощностью будет обладать та. которая работает на водороде, а не метане.

Так какое это имеет значение? Возможности турбины определяются общим энергосодержанием рабочего тела, которое через него пройдёт. А оно равно сумме произведений числа молекул на энергию каждой из них. То, что у водорода низкая молекулярная масса и высокая эффективность как рабочего тела - не более, как совпадение с законами природы. На других горючих ваше правило будет работать не всегда.
И, между прочим, турбина с газогенератором на метане близка по эффективности к водородной, так как состав генераторного газа более чем на 90% - 2Н2+СО. В отличие от испарительной схемы.

[C-300]

mihalchuk пишет:
Так какое это имеет значение?

Как какое? Чем выше мощность турбины - тем выше достижимое давление в КС и при прочих равных - выше удельный импульс.

mihalchuk пишет:
Возможности турбины определяются общим энергосодержанием рабочего тела, которое через него пройдёт. А оно равно сумме произведений числа молекул на энергию каждой из них. То, что у водорода низкая молекулярная масса и высокая эффективность как рабочего тела - не более, как совпадение с законами природы. На других горючих ваше правило будет работать не всегда.

Как не будет? Как не всегда? Вот формула из классического учебника Овсянникова и Боровского:

R=R0/M, так что с уменьшением молярной массы мощность турбины будет расти.

mihalchuk пишет:
И, между прочим, турбина с газогенератором на метане близка по эффективности к водородной, так как состав генераторного газа более чем на 90% - 2Н2+СО. В отличие от испарительной схемы.

В отличие от испарительной схемы использующей что?.. Мощность турбины не зависит от тоого, как вырабатывается рабочее тело - в ГГ или в рубашке охлаждения.

[fagot]

Плейшнер пишет:
Мне как-то не понятны преимуществадвигателя такой схемы, испарительной. Отказ от ГГ и всё?

Ну да, и еще меньше температура рабочего тела. Но простота обманчива, по крайней мере для замкнутой схемы, и все, кроме американцев, начинали с газогенераторной схемы.

[fagot]

mihalchuk пишет:
И, между прочим, турбина с газогенератором на метане близка по эффективности к водородной, так как состав генераторного газа более чем на 90% - 2Н2+СО. В отличие от испарительной схемы.

Злые языки говорят, что газ состоит из этих компонентов только на треть.

[fagot]

Александр Хороших пишет:
Значит, единица массы рабочего тела турбогаза будет содержать больше энергии.
Если сравнивать две турбины с равным расходом (и прочими равными), то большей мощностью будет обладать та. которая работает на водороде, а не метане.

Все же лучше рассматривать турбину как составную часть ТНА и учитывать не только ее располагаемую мощность, но и потребную мощность насосов, для метана она будет меньше.

[Вернер П.]

fagot пишет:

Плейшнер пишет:
Мне как-то не понятны преимуществадвигателя такой схемы, испарительной. Отказ от ГГ и всё?

Ну да, и еще меньше температура рабочего тела. Но простота обманчива, по крайней мере для замкнутой схемы, и все, кроме американцев, начинали с газогенераторной схемы.

Если газогенератор восстановительный, то  нет ВООБЩЕ никаких проблем с материалом турбины/лопаток вплоть до температуры порядка 950К, самая обычная жаропрочная сталь. Думаю у испарительной схемы температуры ниже, но ниже как бы уже и незачем.

[avmich]

Старый пишет:

silentpom пишет:
коллеги, а можно ли сделать на метане двигатель на фазовом переходе, как RL-10B?
если можно, то что у него будет с тягой при тех же габаритах?

Всё будет плохо. Теплопоток через стенки камеры сгорания недостаточен и удельно падает при росте размеров двигателя.

Можно сделать сопло внешнего расширения, там теплопоток побольше.

[avmich]

Плейшнер пишет:

fagot пишет:

Плейшнер пишет:
Мне как-то не понятны преимуществадвигателя такой схемы, испарительной. Отказ от ГГ и всё?

Ну да, и еще меньше температура рабочего тела. Но простота обманчива, по крайней мере для замкнутой схемы, и все, кроме американцев, начинали с газогенераторной схемы.

Если газогенератор восстановительный, то нет ВООБЩЕ никаких проблем с материалом турбины/лопаток вплоть до температуры порядка 950К, самая обычная жаропрочная сталь. Думаю у испарительной схемы температуры ниже, но ниже как бы уже и незачем.

Кое-кто рассматривает турбины из алюминия.

[Вернер П.]

avmich пишет:
Кое-кто рассматривает турбины из алюминия.

О как. Неожиданно и интересно. А откуда такая информация?

[октоген]

Apollo13 пишет:
 Если я не ошибаюсь тяга таких двигателей на водороде теоретически ограничена примерно 20 тс. А на метане?

У японцев есть проект на 65 т. Но там мятый водород сразу в сопло скидывают. 420 с УИ их устраивают. Как по мне идеальное решение для 2 ступеней.

[октоген]

avmich пишет:

Старый пишет:

silentpom пишет:
коллеги, а можно ли сделать на метане двигатель на фазовом переходе, как RL-10B?
если можно, то что у него будет с тягой при тех же габаритах?

Всё будет плохо. Теплопоток через стенки камеры сгорания недостаточен и удельно падает при росте размеров двигателя.

Можно сделать сопло внешнего расширения, там теплопоток побольше.

И оно тяяяяжеленное выходит. Американцы даже обрезали верхушку конуса и делали там вторичное сопло куда скидывали газ из газогенератора. Не помогло  

[mihalchuk]

fagot пишет:

mihalchuk пишет:
И, между прочим, турбина с газогенератором на метане близка по эффективности к водородной, так как состав генераторного газа более чем на 90% - 2Н2+СО. В отличие от испарительной схемы.

Злые языки говорят, что газ состоит из этих компонентов только на треть.

Не верьте.

[mihalchuk]

Александр Хороших пишет:

mihalchuk пишет:
Возможности турбины определяются общим энергосодержанием рабочего тела, которое через него пройдёт. А оно равно сумме произведений числа молекул на энергию каждой из них. То, что у водорода низкая молекулярная масса и высокая эффективность как рабочего тела - не более, как совпадение с законами природы. На других горючих ваше правило будет работать не всегда.

Как не будет? Как не всегда?    Вот формула из классического учебника Овсянникова и Боровского:
 
R=R0/M, так что с уменьшением молярной массы мощность турбины будет расти.

О"к, с формула правильная, только её нужно уметь применять. Где в формуле массовый расход?

mihalchuk пишет:
И, между прочим, турбина с газогенератором на метане близка по эффективности к водородной, так как состав генераторного газа более чем на 90% - 2Н2+СО. В отличие от испарительной схемы.

В отличие от испарительной схемы использующей что?.. Мощность турбины не зависит от тоого, как вырабатывается рабочее тело - в ГГ или в рубашке охлаждения.

Что тут непонятно? В отличие от испарительной схемы, где эффективность турбин для водорода и метана существенно отличается. Так сойдёт?

[fagot]

mihalchuk пишет:
Не верьте.

Думаю, что Центр Келдыша более осведомлен по этому вопросу, чем вы.

[C-300]

mihalchuk пишет:
О"к, с формула правильная, только её нужно уметь применять. Где в формуле массовый расход?

Так это удельная адиабатная работа газа на турбине. Т. е. количество джоулей, которое отдаст килограмм рабочего тела.

mihalchuk пишет:
В отличие от испарительной схемы, где эффективность турбин для водорода и метана существенно отличается.

Эффективность - в смысле КПД?.. Не пойму я вас