Детонационные двигатели и некоторые другие вопросы

[mihalchuk]

Zveruga пишет:
Диски Маха есть. Сопла Лаваля нет.

Причём тут сопло Лаваля? Хоть  кольцевое сопло - нужно сужение потока в дозвуковой части и дальше - расширение, пусть будет кольцевое, тарельчатое или другое сопло. А, кстати, на видео вас не насторожило сияние струи?

[Кубик]

Zveruga пишет:
Михальчук, энергия разложения сложной молекулы не всегда  равна энергии окисления
её составляющих, так как раскладывать требуется не всегда кислородную связь.
Вот такой вы химик.

Шедевр!!!  :cry:   Да будь иначе при горении , как могло бы что-то гореть в кислороде и любом другом окислителе, - само разумеется, что энергия, выделяющаяся при окислении горючего - горение! выше энергии его разложения - и не надо этому поучать..
 

[Владимир Шпирько]

Zveruga пишет:

Владимир Шпирько   пишет:
Да молекула распадается на части, но! для этого распада нужна энергия, а она берется из этого же процесса.

При сжигании сложных молекул при низкой температуре на распад ничего не тратим, получаем одну единицу тепла с каждой большой окисленной молекулы.

При высокотемпературном сжигании на распад одной молекулы тратим одну единицу энергии, а при окислении двух полученных примитивов получаем четыре единицы тепла. Тогда в выхлоп уйдёт три единицы тепла.


 
И еще из Вашего:
"Это, если объяснять по простому.Любой формуле должно быть чёткое объяснение - у них реальный смысл - так как они описывают реальные процессы. И невозможность описать значение формулы словами означает только одно - человек не понимает, какой процесс реальности эта формула описывает. Говорю как педагог - я ведь вам это говорил...."

Керосин  С10Н22....С15Н32  укажите, - что из того на что он распадается - даст ХОТЯ бы такую же  молярную теплотворность. 
 Как пидагог  Вы должны знать и такой способ самообразование - читать книги. Рекомендую вузовские учебники по химической термодинамике.

[Кубик]

Zveruga   пишет:
При сжигании сложных молекул при низкой температуре на распад ничего не тратим, получаем одну единицу тепла  :?:  с каждой большой окисленной молекулы.
При высокотемпературном сжигании на распад одной молекулы тратим одну единицу энергии  :?:  , а при окислении двух полученных примитивов получаем четыре единицы тепла  :?:  . Тогда в выхлоп уйдёт три единицы тепла.

Вот наворотил - с ног на голову...Горение отличается тем, что энергия передаётся другим молекулам, вступающим в реакцию, в количестве, достаточном для их разрушения (возможно, частичного) , но в конечном счёте её выделится столько же, как и при окислении с отсутствием эффективного обмена энергией между молекулами при одинаковых исходных и конечных веществах реакции. А как он насчитал эти единицы при самых разных возможных комбинациях горючего и окислителя..  :cry:  (Сжиганием вообще-то часто называют процесс уничтожения чего-то высокой температурой, а что тогда происходит с точки зрения химии - да что угодно, смотря что сжигают, за счёт какой энергии, в какой среде. - оно может и вовсе не гореть, но разлагаться...)  :oops:  

[Алексей Любопытный]

А и не надо тут особо что-то расписывать. Достаточно показать копоть и заставить учеников думать откуда она берётся.


Чем быстрее молекулы топлива испаряются и разлагаются тем легче они вступают в реакцию с кислородом. Очевидно, что скорость испарения/разложения коррелирует с их массой.

Такого объяснения будет достаточно школьникам или студентам при вводном повествовании. А вот чтобы объяснить детали о силе химических связей требуется объяснение картины микромира - устройство атома и электронного облака, а она у меня иная, еретическая.

[Кубик]

Копоть (элементарный углерод) есть продукт полного разложения углеводородного топлива, не вступивший в реакцию с кислородом - причин сколько угодно, но факт, что молекула полностью разложена даже при неполном выделении теоретически возможной энергии полного окисления, доказывает отсутствие смысла в ваших рассуждениях.

[naunau]

Кубик пишет:
Копоть (элементарный углерод) есть продукт полного разложения углеводородного топлива, не вступивший в реакцию с кислородом - причин сколько угодно, но факт, что молекула полностью разложена даже при неполном выделении теоретически возможной энергии полного окисления, доказывает отсутствие смысла в ваших рассуждениях.    

C+O=CO        Реакция экзотермична, выделяется - 111,6 кДж/моль.
CO+O=CO2   Реакция сильно экзотермична - 283 кДж/моль

Наличие копоти говорит об дефиците кислорода, и неполном сгорании(окислении) топлива. Или была слишком низкая температура.
Короче из топлива не была извлечена вся доступная энергия.

[Кубик]

Для ракетных двигателей небольшая примесь несгоревшего С - это закладывается при выборе соотношения компонентов, и в разумных пределах, а авиадвижки трудно оптимизировать при смене режимов..

[naunau]

Кубик пишет:
Для ракетных двигателей небольшая примесь несгоревшего С - это закладывается при выборе соотношения компонентов, и в разумных пределах, а авиадвижки трудно оптимизировать при смене режимов..

Видимо борьба тяги с удельным импульсом. Там где тяга несильно важна, можно поработать и над более полным сгоранием топлива.
Интересно сколько в саже недополучено энергии в процентах ? много ли теряем ?

[Василий Ратников]

Zveruga пишет:
картины микромира - устройство атома и электронного облака, а она у меня иная, еретическая.

я думаю на этой ноте все остальные поняли что дальнейшее общение с пришельцем из иного мира не имеет смысла.

[mihalchuk]

naunau пишет:

Кубик пишет:
Для ракетных двигателей небольшая примесь несгоревшего С - это закладывается при выборе соотношения компонентов, и в разумных пределах, а авиадвижки трудно оптимизировать при смене режимов..

Видимо борьба тяги с удельным импульсом. Там где тяга несильно важна, можно поработать и над более полным сгоранием топлива.
Интересно сколько в саже недополучено энергии в процентах ? много ли теряем ?

Это вещь известная - в ЖРД обычно применяется не стехиометрическое соотношение компонентов, а то, которое соответствует максимальному удельному импульсу. Совпадения есть - АТ+НДМГ, спирт и аммиак с кислородом. У водородников и керосинников - избыток горючего, причём сгорание оптимальное, сажи нет. На керосине сажа может образоваться во время запуска двигателей и (но это маловероятно) в процессе химических превращений нагретого тела струи, но последнее уже за двигателем и на эффективность не влияет. Если поднять давление, то можно сместить оптимальное соотношение в сторону стехиометрии. Эффективность повысится. Причём независимо от типа двигателя. Но товарисчи из лаборатории размахивают ударной адиабатой и циклом Зельдовича, не опускаясь до таких объяснений. Влияние нестехиометричности не так велико - для водородника оно примерно 0,67/18 по энергии, по удельному импульсу - корень из этой величины. Для керосинника - в несколько раз больше.
В целом, если поднять давление радикально, скажем - до 1500 атм, то выигрыш может быть заметен. Такое давление возможно только при детонации, но конструктив изделия и организация процессов будут весьма нетривиальными. Если вообще такое возможно.

[naunau]

mihalchuk пишет:
Это вещь известная - в ЖРД обычно применяется не стехиометрическое соотношение компонентов, а то, которое соответствует максимальному удельному импульсу. Совпадения есть - АТ+НДМГ, спирт и аммиак с кислородом. У водородников и керосинников - избыток горючего, причём сгорание оптимальное, сажи нет. На керосине сажа может образоваться во время запуска двигателей и (но это маловероятно) в процессе химических превращений нагретого тела струи, но последнее уже за двигателем и на эффективность не влияет. Если поднять давление, то можно сместить оптимальное соотношение в сторону стехиометрии. Эффективность повысится. Причём независимо от типа двигателя. Но товарисчи из лаборатории размахивают ударной адиабатой и циклом Зельдовича, не опускаясь до таких объяснений. Влияние нестехиометричности не так велико - для водородника оно примерно 0,67/18 по энергии, по удельному импульсу - корень из этой величины. Для керосинника - в несколько раз больше.
В целом, если поднять давление радикально, скажем - до 1500 атм, то выигрыш может быть заметен. Такое давление возможно только при детонации, но конструктив изделия и организация процессов будут весьма нетривиальными. Если вообще такое возможно.

Чем полнее мы стремимся сжечь топливо, тем дороже выходит двигатель. Экономическая целесообразность рулит.
В тоже самое время утверждение, что современные движки уже отжаты под ноль не совсем верны. Видимо есть ещё, что отжать, просто смысла нет. 
Если детонация действительно обеспечит большую температуру, большее давление и более полное и быстрое сгорание компонентов топлива за приемлемую цену, то смысл заниматься этим есть.

[Алексей Любопытный]

Василий Ратников пишет:
я думаю на этой ноте все остальные поняли что дальнейшее общение с пришельцем из иного мира не имеет смысла.

А официальным документам вы тоже будете противоречить?

[mihalchuk]

naunau пишет:
Если детонация действительно обеспечит большую температуру, большее давление и более полное и быстрое сгорание компонентов топлива за приемлемую цену, то смысл заниматься этим есть.

Детонация ничего не обеспечит. Напрямую она даст только убыток. Там будет очень сложно с процессами, обеспечивающими перевод теоретических преимуществ в реальность.

[Алексей Любопытный]

Вот результат реальных испытаний в вакууме.

[Алексей Любопытный]

Объясните кто-нибудь причину роста удельной тяги?

[mihalchuk]

Zveruga пишет:
Объясните кто-нибудь причину роста удельной тяги?

По графику вообще непонятно, что там чего... Но знаете, тем, кто занимается ЖРД, неинтересно копаться в аномалиях в области удельной тяги 30-35 с.

[Кубик]

[TH]naunau  пишет:
[/TH][/TR]

[TR][TD]Кубик пишет:
Для ракетных двигателей небольшая примесь несгоревшего С - это закладывается при выборе соотношения компонентов, и в разумных пределах, а авиадвижки трудно оптимизировать при смене режимов.. [/TD][/TR]

[/TABLE]
Видимо борьба тяги с удельным импульсом. Там где тяга несильно важна, можно поработать и над более полным сгоранием топлива. Интересно сколько в саже недополучено энергии в процентах ? много ли теряем ?

"Сажа", как таковая, может образовываться в выхлопе уже при движении "внутренне холодного" потока - атомы С, оставшиеся неокисленными, слипаются, и их может быть совсем мало, но свечение эти частички дадут (торможение в атмосфере, нагрев?), а дело уже сделано - выброшены в поток  относительно лёгкие Н2О, С, СО (СО2 - "неизбежное зло"   ) , что и считают проектанты.., а реально всё догорает в атмосфере и копоти за ракетой нет - вот самолёты у меня рядом не только гарь, но и прямо керосин несут в воздух при запуске двигателей..  :oops:

[Алексей Любопытный]

mihalchuk пишет:
Но знаете, тем, кто занимается ЖРД, неинтересно копаться в аномалиях в области удельной тяги 30-35 с.

Вы должны применить масштаб к лабораторному образцу. Лабораторный образец миниатюрный. Оценивать нужно в процентном отношении.

[Алексей Любопытный]

mihalchuk пишет:
По графику вообще непонятно, что там чего...

В вакуумную камеру с помощью топливопровода через вращающийся золотник (обыкновенные вращающиеся лопасти) подают воздух и измеряют его расход, тягу, и удельную тягу.


Вот ещё один график, который показывает результаты тестирования без выходного расширяющегося сопла.


Легенда с описанием наименований графиков нарисована внизу приведённого мною выше графика.

Почему удельная тяга растёт волнообразно? В пиках волн удельная тяга превышает таковую при стационарном расширении газа в вакууме на 20%! Т .е. есть такие частоты пульсирующего истечения реактивной струи при которых общая тяга оказывается выше чем если бы эта струя истекала стационарно, без пульсаций.

Это объясняет неудачи многих исследователей ПуВРД. Не на любой частоте пульсаций будет нужный прирост КПД. На определённых частотах наблюдается даже падение тяги до 75% относительно стационарного истечения. Т. е. тут на определённых частотах играют роль какие-то резонансные процессы.

А в условиях атмосферы (на ВРД) прирост характеристик на определённых частотах ещё более значительный, в разы (2-3)!

Если говорить о понимании происходящего нашими учёными, то результат необъяснимого роста характеристик относительно расчётных, по имеющимся у нас формулам, есть. Формулы созданы для ламинарных течений газов и не сходятся с результатами экспериментов на пульсирующих истечениях. Т. е. двигателисты обнаружили расхождения эксперимента с наукой. Учёные пытаются объяснить расхождения с помощью новых идей (например так называемое присоединение масс), но пока удаётся не очень изящно. В результате двигателисты на основе наработанных ими экспериментальных данных создают новый детонационный двигатель, а учёные всё ещё пытаются создать полную теорию описывающую детонационные двигатели. Вот такая ситуация.

И по этому я пришёл конкретно в эту тему (на форум пришёл с другой целью) для того, чтобы обсудить с научной точки зрения причины роста удельной тяги. У учёных точного описания причин или нет, или они о нём (описании) умалчивают.

Кубик пишет:
"Сажа", как таковая

Копоть как таковая состоит не только из сажи в виде углерода, но и из мазута, и ароматических химических элементов. А в выхлопе кроме копоти есть и непрореагировавшие до конца газы.

И чтобы ни кто не забыл напомню о чём писал ранее, - прирост КПД связан не только с более эффективным сжиганием топлива. Более эффективное сжигание топлива это только часть наблюдаемого прироста КПД при детонационном сжигании. Вторая часть прироста КПД пока полноценно никем не объяснена и я тут привожу свои представления о причинах этого роста.