Детонационные двигатели и некоторые другие вопросы

[korund]

Владимир Шпирько пишет:

korund пишет:
То что вы пишите работает при относительно низких давлениях (относительно детонации).
При более высоких давлениях газ начинает приобретать свойства жидкости.
уже при 500 атмосферах чтобы воздух сжать в 2 раза надо увеличить давление раза в 3. (это примерно)
Оттуда то и берётся дополнительная энергия.
При больших давлениях (тысячи атмосфер) газ расширяясь будет нагреваться.

"....При больших давлениях (тысячи атмосфер) газ расширяясь будет нагреваться."
До это фразы всё было правдоподобно....

Хорошо "При больших давлениях перегретая жидкость (в нашем случае вода и в случае с метаном ещё и углекислота), при расширении будет высвобождать энергию меж молекулярых связей, и если перегретая жидкость не будет совершать работы, она будет нагревать сама себя"

Владимир Шпирько пишет:
При больших давлениях ур-ние реального газа - Ван-дер-Ваальса (P-a/V^2)*(V-b)=RT, где b - наз. ковалюм, приблизительно объем молекул и твердых частиц - продуктов сгорания или несгоревшего топлива.

Начнем с того что все формулы реального газа строго эмпирические, выведенные колхозном методом, потому что чёткой теории межмолекулярных взаимодействий нет в природе.
В результате, чем точнее формула описывает поведение реального газа тем больше в ней неизвестных. "Я знаю, что ничего не знаю"

Во вторых:

Уравнение Ван-дер-Ваальса качественно верно отображает поведение жидких и газообразных веществ, для двухфазных состояний оно неприменимо.

ссылка
То есть там где перегретая жидкость, или переходный фаза газ-жидкость это уравнение даёт результат противоречащий здравому смыслу. А значит в нашем случае (высоких давлений - десятки тысяч атмосфер) она в принципе никак не применима.
Однако уже исходя из формулы Ван-дер-Ваальса видна чёткая связь что изменение молярного объёма приводит к изменению внутренней энергии, что противоречит теории идеального газа, на которую вы по сути и полагаетесь в своих размышлениях.

Владимир Шпирько пишет:
Есть и другие уравнения, но! газ расширяясь - совершает работу за счет внутренней энергии => Т будет падать. Несколько тысяч атм - не такая уж экзотика.... такие давления имеются в артиллерии, особенно в малокалиберной.

Да для детонации и сотни тысяч атмосфер не являются экзотикой

[korund]

mihalchuk пишет:
По внутренней энергии - вспомним, что внутренняя энергия газа - это сумма энергии его молекул, которая подразделяется на кинетическую и внутреннюю энергию молекул. Температура газа - мера средней кинетической энергии молекул. У одноатомных газов внутренняя энергия равна нулю. У двух- и многоатомных добавляется энергия вращения молекул (по сути - тоже кинетическая), а при высоких температурах - и энергия упругих колебаний. Все эти виды энергии преобразуются в сопле в кинетическую энергию потока. И где тут зависимость от давления?

Давление там где химическая энергия. А где у вас химическая энергия? Ракеты же летают за счёт химической энергии топлива и окислителя, а не за счёт размышлений на тему "об идеальном газе"
Повторюсь, вода имеет мало общего с идеальным газом.

[korund]

Кубик пишет:

Дмитрий Инфан пишет:

Кубик пишет: И много же там падает? Всё, сколько в сумме "прокручивалось"? Исключительно - сколько осталось горячей жидкости в трактах - это и всё.

Одиннадцать тонн сухого веса, если взять РД-170    . Плюс жидкость. Всё это идёт в потери, как бесполезный нагрев.
 

Что-нибудь глупее не могли сочинить? А массу ступени чего же не прибавили к тепловым потерям     :?:  

Инфан имеет ввиду что происходит бесполезный нагрев двигателя который ещё и излучает во время работы,  плюс ещё топливо с окислителем нагреваются, но не используются, а для РД-170 это ещё наверное тонн 5. В сумме набегает пару процентов к потерям.

[Владимир Шпирько]

korund пишет:

"....При больших давлениях (тысячи атмосфер) газ расширяясь будет нагреваться."

В.Шпирько
До это фразы всё было правдоподобно....


Хорошо "При больших давлениях перегретая жидкость (в нашем случае вода и в случае с метаном ещё и углекислота), при расширении будет высвобождать энергию меж молекулярых связей, и если перегретая жидкость не будет совершать работы, она будет нагревать сама себя"

Пытаясь оправдать некорректное высказывание - запутали всё...
 "..при расширении будет ..","...если перегретая жидкость не будет совершать работы..." Если газ будет расширятся, то => будет совершатся работа!  Энтропия газа выше, энтропии жидкости при той же температуре => вскипая жидкость будет охлаждаться....  К тому же вода при Т>647К и углекислый газ при Т>305К не могут стать жидкостью, ни перегретой, ни какой, ни при каком сколь угодно большом давлении.
Если Вас не устраивает ур-ние Ван-дер-Ваальса пользуйтесь еще ур-нием Клапейрона-Клаузиуса.

[korund]

Перегретая жидкость - это когда теряется граница между газом и жидкостью. А это как раз наш случай.

[korund]

Владимир Шпирько пишет:
Если Вас не устраивает ур-ние Ван-дер-Ваальса пользуйтесь еще ур-нием Клапейрона-Клаузиуса.

Это не меня не устраивает уравнение Ван-дер-Ваальса. А уравнение Ван-дер-Ваальса не имеет ничего общего с реальностью при давлениях детонации. И уравнение Клапейрона-Клаузиуса тоже.

[Владимир Шпирько]

С чего началось:



korund пишет:
Уравнение Ван-дер-Ваальса качественно верно отображает поведение жидких и газообразных веществ, для двухфазных состояний оно неприменимо.

Владимир Шпирько   пишет:
Если Вас не устраивает ур-ние Ван-дер-Ваальса пользуйтесь еще ур-нием Клапейрона-Клаузиуса.

Это не меня не устраивает уравнение Ван-дер-Ваальса. А уравнение Ван-дер-Ваальса не имеет ничего общего с реальностью при давлениях детонации. И уравнение Клапейрона-Клаузиуса тоже.

Уравнение Клапейрона-Клаузиуса - для двухфазных систем. Вы же перескакиваете из детонации на перегретую жидкость и многофазные системы...

[Владимир Шпирько]

korund пишет:

Перегретая жидкость - это когда теряется граница между газом и жидкостью. А это как раз наш случай.
               
                   
                   Самый опасный вид деятельности - иметь дело с дураками.

Вы не правильно понимаете, что же такое перегретая жидкость.
Почитайте, что-нибудь, кроме вики...

[korund]

Владимир Шпирько пишет:
Уравнение Клапейрона-Клаузиуса - для двухфазных систем. Вы же перескакиваете из детонации на перегретую жидкость и многофазные системы...

Я просто не был точен в терминологии имелось ввиду суперкритическая жидкость.

[Алексей Любопытный]

Давайте отвлечёмся. Попробую рассказать необычную аналогию, на примере... летающих тарелок.     

Психушка мне не грозит, так как я всего лишь хочу объяснить состояние атома на выходе из сопла путём абстрактного отвлечения.

Представим себе некий летательный аппарат, какой угодно формы. Внутри аппарата человек. Как изменить скорость аппарата так, чтобы импульс действовал безынерционно для самого аппарата и для его содержимого? Чтобы человек не чувствовал перегрузки.

В каком состоянии находятся атомы аппарата и человека? Определённо они имеют некоторую температуру и хаотически перемещаются в пределах, которые им позволяют соседние атомы. Т. е. фактически каждый атом вещества постоянно летит. Летит до тех пор, пока мы его не остудим до абсолютного нуля. Атомы и летели бы во все стороны, да электромагнитные связи между ними не позволяют им лететь постоянно в одних и тех же направлениях, и они то отскакивают друг от друга, то притягиваются друг к другу.

Так как скорости полёта, отскока и притяжения атомов очень большие, то мы эти процессы наблюдаем как хаотические колебания, которые согласно Эйнштейну и есть температура. Именно эти процессы он изучал.
Но тут я внесу некий волшебный параметр, который прошу не отвергать, он нужен лишь для представления состояния вещества. Этот волшебный параметр - есть некое излучение, которое позволяет нам "поворачивать" направление движения атомов. Причём это излучение способно проникать сквозь толстые слои материи.

И вот я облучаю тарелку с человеком внутри эти лучём и что происходит? Атомы тарелки и атомы человека, все вместе не теряя скорости поворачиваются в одном направлении - допустим это направление излучения. Что в таком случае произойдёт с тарелкой в целом? Она неожиданно полетит в одном направлении. А с человеком на борту? Он также полетит в том же самом направлении. При этом человек вместе с тарелкой полетят практически в одно и тоже время и человек на борту не испытает никаких перегрузок. Как и конструкционные элементы тарелки не испытают никаких перегрузок.

Т. е. таким гипотетическим излучением можно мгновенно менять направление полёта тарелки с содержимым на борту.

Но всё это фантазии (а может и нет      ).

А теперь представим газ на срезе сопла любого реактивного двигателя. В каком направлении летят атомы газа реактивной струи? Я уверен, что они летят не строго перпендикулярно срезу сопла. Только незначительная часть атомов летит перпендикулярно. Большая часть летит под углом от перпендикуляра.

И какой импульс передают те атомы, которые летят под углом к срезу сопла? Я думаю, что не 100%, а COS(угол между перпендикуляром к срезу сопла и вектором полёта атома) * импульс атома.

По этой же причине расширяющийся в камере сгорания газ давит не строго на ту стенку, которая должна обеспечить нам полёт в строго заданном направлении, но и на боковые стенки, которые тупо нагреваются, в холостую тратя энергию расширения газа.

Согласно тому графику, который я не раз показывал, температура реактивной струи на выходе из сопла ниже, чем у более хаотичного газа при обычном горении. Куда же подевалась энергия?

Так вот, энергия ушла в "поворот" атомов в направлении перпендикулярном срезу сопла. Т. е. при детонационном горении из сопла вылетают атомы, у которых угол между их вектором полёта и перпендикуляром к срезу сопла меньше, чем при обычном горении. Т. е. из сопла вылетает больше строго параллельных соплу атомов.

Такая реактивная струя имеет больший КПД в плане передачи импульса к летательному аппарату. Газ на срезе сопла расширяется не во все стороны, а больше в направлении противоположном необходимому нам направлению полёта летательного аппарата.

Тогда пропадает смысл и в самом сопле Лаваля. Его роль выполняет сверхплотный сгусток в фокусе на выходе из камеры сгорания. Он создаёт стенки (из газа), которые не позволяют атомам разлетаться во всех направлениях. Причём титанические напряжения испытывают не стенки сопла, а газ из которого создано... "сопло".

В идеальном случае, который технически наверное недостижим, все атомы реактивной струи должны лететь строго параллельно нашему полёту (летательного аппарата). В таком случае такая реактивная струя будет выглядеть как лёд охлаждённый до очень низких температур (в идеале до абсолютного нуля), распространяющийся в форме луча.
 
Тогда это будет выглядеть как луч бьющий из летательного аппарата. Луч вниз - аппарат вверх.

Сейчас же очень много энергии тратиться не только на нагрев двигателя, световое излучение, но и на турбуленцию воздуха. Мы расширяем в ширь воздух вокруг реактивной струи и тратим на это энергию. А нужно её тратить на расширение газа реактивной струи только в направлении противоположном полёту.

[Алексей Любопытный]

Смотрите как красиво распространяется реактивная струя.


А тут ведь нет никакого сопла Лаваля. Кто или что заставило газ распространятся строго перпендикулярно фокусу на выходе из камеры сгорания?

[Алексей Любопытный]

А здесь что?


"Некрасивая" реактивная струя. Для формирования которой с одной стороны понадобилось специальное охлаждаемое сопло, а с другой, судя по "качеству" струи, получилась она так себе.

[Алексей Любопытный]

Здесь, по моим понятиям,



вообще безобразный КПД реактивной струи. Столько энергии ушло на, сначала, расширение воздуха, а затем и на его бесполезное перемешивание - турбулентность.

[mihalchuk]

Zveruga пишет:
Смотрите как красиво распространяется реактивная струя.
 

А тут ведь нет никакого сопла Лаваля. Кто или что заставило газ распространятся строго перпендикулярно фокусу на выходе из камеры сгорания?

Вот до чего могут додуматься неучи. На фото вполне себе сопло, хотя и не Лаваля. Ну а откуда знать, что характер взаимодействия струи с воздухом зависит от её размера?

[vlad7308]

Zveruga пишет:
Атомы тарелки и атомы человека, все вместе не теряя скорости поворачиваются в одном направлении - допустим это направление излучения. Что в таком случае произойдёт с тарелкой в целом? Она неожиданно полетит в одном направлении. А с человеком на борту? Он также полетит в том же самом направлении.

Конгениально. В опу закон сохранения импульса!

Zveruga пишет:
"Некрасивая" реактивная струя. Для формирования которой с одной стороны понадобилось специальное охлаждаемое сопло, а с другой, судя по "качеству" струи, получилась она так себе.

То, что происходит с реактивной струей в атмосфере в 2+ метрах от сопла, уже не имеет значения. Импульс уже отдан аппарату.

Хотя часть рассуждений частично верная

[Алексей Любопытный]

[Алексей Любопытный]

Предлагаю параметр для определения качества струи на существующих двигателях. Чем больше дисков Маха в струе тем качественнее струя.

[Максим]

Zveruga пишет:
качества струи на существующих двигателях

В данном случае не будет никого равного движкам на вонючке. А твердотопливные вообще с нулевыми параметрами.

[korund]

Zveruga пишет:
Здесь, по моим понятиям,
 вообще безобразный КПД реактивной струи. Столько энергии ушло на, сначала, расширение воздуха, а затем и на его бесполезное перемешивание - турбулентность.

Бывает и хуже (правда только у американцев)


Здесь вообще что-то пошло не так....


Заработало виртуальное сопло в ~200-ах метрах позади ракеты

[Владимир Шпирько]

Максим пишет:

Zveruga   пишет:
качества струи на существующих двигателях

В данном случае не будет никого равного движкам на вонючке. А твердотопливные вообще с нулевыми параметрами

+  По этому параметру - да. А по Цвету и прозрачности струи - легко приблизительно определять полноту сгорания... Вода (пар), углекислый газ и азот (для гептиловых двигателей)  прозрачны. При неполном сгорании есть частички углерода - раскаленные они светятся, но не прозрачны.  А если свечение ярко белое - верный признак добавки в топлива легких металлов, чаще всего алюминия.