Плотность энергии.

[Андрей Суворов]

А вообще, с точки зрения термодинамики, предлагаемая mihalchuk схема эквивалентна расширению газа при его истечении через сопло вплоть до температур конденсации.

Если взять водородник, то расширение до температур конденсации предполагает снижение этой самой температуры почти до 0 С, а я не помню ЖРД (может, кто подскажет) с температурой на срезе менее 300 С.

Ну было ж фото работающего кислородно-водородного пустотного двигателя с сосульками вокруг среза сопла! Американский двигатель, по-моему, как раз, для лунного посадочного модуля разрабатывался по программе Констеллейшен. Помню, поминалась регулировка тяги в десятикратном диапазоне - впервые для кислород-водородных двигателей.

[поверхностный]

Но если говорить о запасании энергии в напряжениях конструкций, то оно всегда будет проигрывать в сравнении с "обычными" топливными парами. Причину можно изложить простой русской пословицей: "где тонко, там и рвётся". Для получения предельных параметров нужно иметь  конструкцию из бездефектного материала, ибо наличие дефектов снижает предельную прочность на порядки и в разы.

Вот поэтому я и предложил допущение (довольно спорное), что теплота плавления равна энергии разрыва связей. А для плавления дефекты не играют никакой роли, в отличие от конструкционного материала.

Я сужу об этом по тому, какую прочность заявляют для виртуальных конструкционных материалов.

А уж какую энергию я могу заявить для виртуальной топливной пары...

Ну, я просто постеснялся писать "нанотрубки". А как называется ваша виртуальная топливная пара?

[Гость 22]

При этом давление будет настолько небольшим, а угол сопла по отношению к оси настолько малыми, что размеры сопла (необходим протяжённый конденсационный участок), имхо, делают идею практически нереальной.

Сопла с центральным телом и разворотом сверхзвукового потока позволяют достичь очень высоких степеней расширения при вполне реализуемых габаритах. Так что 0 С на "срезе" такого сопла - это не проблема (ни по технической реализуемости, ни по массе, ни по еще каким либо параметрам).

А итогом имеем следующее: в результате того, что подсчёт КПД двигателя идёт по газообразным продуктам сгорания и не учитывает энергию конденсации, расчётный КПД может превысить 100%.

Даже если считать по газообразным продуктам сгорания, затраченная на их разгон энергия включает в себя теплоту конденсации.

В расчет процессов горения и истечения входит начальная энтальпия компонентов топлива при температуре их подачи в КС. В схеме с теплообменником начальная энтальпия включает теплоту конденсации.

Поэтому можно сколько угодно говорить о кпд>100%, но на самом деле это самообман

[Гость 22]

В порядке бреда - а если использовать сопло с внешним расширением?

Почему - "в порядке бреда"? Это нормальное решение для получения сопла с очень высокой степенью расширения.

[fagot]

Ну было ж фото работающего кислородно-водородного пустотного двигателя с сосульками вокруг среза сопла! Американский двигатель, по-моему, как раз, для лунного посадочного модуля разрабатывался по программе Констеллейшен. Помню, поминалась регулировка тяги в десятикратном диапазоне - впервые для кислород-водородных двигателей.

Однако там конденсировался только газ в пристеночном слое, а не по всему потоку, если это вообще не вода из атмосферы.

[Гость 22]

Однако там конденсировался только газ в пристеночном слое, а не по всему потоку

Так и mihalchuk предлагал конденсировать не всё сгорающее топливо, а только какую-то его часть. Поэтому можно считать, что на той фотографии было изображено испытание на стенде термодинамического аналога предлагаемой mihalchuk схемы, но без дополнительного теплообменника

http://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/image_feature_1263.html

[vekazak]

Сопла с центральным телом и разворотом сверхзвукового потока позволяют достичь очень высоких степеней расширения при вполне реализуемых габаритах. Так что 0 С на "срезе" такого сопла - это не проблема (ни по технической реализуемости, ни по массе, ни по еще каким либо параметрам).  

Температура торможения около 3000 град.

[fagot]

Так при конденсации газ тормозиться не будет.

[Гость 22]

Температура торможения около 3000 град.

Ну и что? Если статическая температура будет достаточно низкой, то водяной пар конденсируется независимо от величины температуры торможения.

[Гусев_А]

Наверно нагревают рабочее тело, чтоб его разогнать, а значит получить импульс. Если Вы хотите потом это рабочее тело снова ухватить и использовать заново, гравицапа, однако получится. А Вы в её верите? :shock:

[Татарин]

Вот поэтому я и предложил допущение (довольно спорное), что теплота плавления равна энергии разрыва связей. А для плавления дефекты не играют никакой роли, в отличие от конструкционного материала.

Тогда уж не плавление, а испарение. И то, только если результат испарения - одноатомный газ.

Ну, я просто постеснялся писать "нанотрубки". А как называется ваша виртуальная топливная пара?

Да хотя б литий-фтор-водород. Если мечтать, то зачем же себе отказывать?

[Андрей Суворов]

Ну было ж фото работающего кислородно-водородного пустотного двигателя с сосульками вокруг среза сопла! Американский двигатель, по-моему, как раз, для лунного посадочного модуля разрабатывался по программе Констеллейшен. Помню, поминалась регулировка тяги в десятикратном диапазоне - впервые для кислород-водородных двигателей.

Однако там конденсировался только газ в пристеночном слое, а не по всему потоку, если это вообще не вода из атмосферы.

Это не могла быть вода в атмосфере, потому что движок работал в вакуумной камере. И, судя по видео, доступному на ютубе, конденсируется там часть газа по всему потоку.
Да даже если только пристеночный, это означает, что температура там ну очень низкая, т.к. давление на срезе сопла много меньше одной атмосферы, движок-то пустотный.

[Fakir]

http://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/image_feature_1263.html

Однако ж там, если приглядеться, охлаждение сопла криогенным компонентом идёт до самого среза, если не ошибаюсь - так что чего уж удивительного, если в пристеночном слое температура опустится ниже 100 С (именно ста, а не нуля - чего все насчёт нуля-то, если речь о конденсации? и похоже там больше не на сосульки, а на струйки воды, ИМХО).

P.S. Мда, подписи под картинками читать иногда полезно
 А там аглицким по белому говорится - "The steam is cooled by the cold engine nozzle, condensing and eventually freezing at the nozzle exit to form icicles."
Так что охлаждается до конденсации вовсе не из-за какойо-то особо большой степени расширения и "срабатывания" рабочего тела, а таки банально холодной стенкой сопла.

[Гость 22]

и похоже там больше не на сосульки, а на струйки воды, ИМХО).

И всё же сосульки

Так что охлаждается до конденсации вовсе не из-за какойо-то особо большой степени расширения и "срабатывания" рабочего тела, а таки банально холодной стенкой сопла.

На самом деле, там сказываются оба фактора, при этом расширение "работает" сильнее

На RL-10B-2 (одном из предшественников CECE) продукты сгорания на срезе сопла только за счет расширения (т.к. насадок неохлаждаемый) охлаждаются до температуры ~450 C (при температуре в КС ~3100 C). Так что холодная стенка в CECE, конечно, вносит свою долю в снижение температуры пристеночного слоя, но в основном газы охлаждаются именно за счет расширения (на ~2600 градусов в RL-10B-2, и на ~2400 градусов в RL-10A4-2 и CECE).

Так что, конечно "the steam is cooled by the cold engine nozzle"... но только после того, как он еще более существенно охладится за счет расширения и "срабатывания"

И это - с традиционными круглыми соплами. Сопла с центральным телом могут еще сильнее расширять (а значит - охлаждать) газ.

[Fakir]

И всё же сосульки

Нет, я тоже видел, что они там про "айс" пишут, однако ж по фото, ИМХО, неочевидно, что там сосульки

Или вы хотите сказать, что фото сделано после выключения движка???

(на ~2600 градусов в RL-10B-2, и на ~2400 градусов в RL-10A4-2 и CECE).

Так что, конечно "the steam is cooled by the cold engine nozzle"... но только после того, как он еще более существенно охладится за счет расширения и "срабатывания"

Стоп-стоп!
Ну ясное море, что с тысячеградусным "расширительным" перепадом температур охлаждению соперничать трудно
Но мы же ведём спич о том, что в конечном итоге приводит к конденсации, не так ли?
А в данном случае без охлаждения сопла - конденсации бы не было. Тчк.
Мне кажется, это факт совершенно бесспорный

Да, почти наверняка если б степень расширения еще сильнее увеличить (достаточно заметно) - то можно было бы и в неохлаждаемом сопле увидеть конденсацию и струи воды (хотя вот с сосульками, ИМХО, были бы проблемы еще большие).
Но потери на трение в сопле, не исключено, возросли бы при этом так, что затея потеряла бы смысл.

[Гость 22]

Или вы хотите сказать, что фото сделано после выключения движка???

Нет, это фото работающего двигателя. На пониженной тяге, но тем не менее...

Но мы же ведём спич о том, что в конечном итоге приводит к конденсации, не так ли? А в данном случае без охлаждения сопла - конденсации бы не было. Тчк. Мне кажется, это факт совершенно бесспорный

Да, почти наверняка если б степень расширения еще сильнее увеличить (достаточно заметно) - то можно было бы и в неохлаждаемом сопле увидеть конденсацию и струи воды (хотя вот с сосульками, ИМХО, были бы проблемы еще большие).
Но потери на трение в сопле, не исключено, возросли бы при этом так, что затея потеряла бы смысл.

Лично я говорю вот о чем:

При этом давление будет настолько небольшим, а угол сопла по отношению к оси настолько малыми, что размеры сопла (необходим протяжённый конденсационный участок), имхо, делают идею практически нереальной.

Сопла с центральным телом и разворотом сверхзвукового потока позволяют достичь очень высоких степеней расширения при вполне реализуемых габаритах. Так что 0 С на "срезе" такого сопла - это не проблема (ни по технической реализуемости, ни по массе, ни по еще каким либо параметрам).

и о том, что это проще, легче и надежнее любого теплообменника, а по эффективности не будет уступать ему (в вакууме, по крайней мере).

[Fakir]

Про сопла с веером волн разрежения я еще не совсем запамятовал со 2-го курса

Однако же, справедливости для - с михальчуковской идеей (при всех ея недостатках) сравнивать некорректно совершенно, поскольку сконденсированный продукт мы не собираем и не везём с собою в качестве ПН

И на круг с учётом всяких потерь и нерасчётных режимов - да фиг его знает, окажется ли выгоднее...
Может, известны какие-то подробные работы на эту тему?

[mihalchuk]

Сопла с центральным телом и разворотом сверхзвукового потока позволяют достичь очень высоких степеней расширения при вполне реализуемых габаритах. Так что 0 С на "срезе" такого сопла - это не проблема (ни по технической реализуемости, ни по массе, ни по еще каким либо параметрам).

В габаритах - да, но не в массе: сопло просто извёрнуто, а там, где удаётся сохранить большее давление на стенках приходится платить большей их массой. Однако, до 0 С всё-таки далеко. И во всех учебниках конденсацию рабочего тела в сопле считают паразитным процессом: конденсат или твёрдые частицы не успевают ни разогнаться, ни отдать тепло. Нужно или очень протяжённое сопло(за оценки даже не берусь), либо сопло большой мощности. И есть существенная разница, которая, на мой взгляд, делает сравнение несопоставимым в отношении массовой оценки: в моём случае излишнее тепло преобразуется в работу начиная от начала сопла при давлениях в десятки атмосфер, а самоконденсация начинает работать в конце сопла (до его удлиннения под конденсацию)при давлениях в сотые или тысячные атмосферы. Кроме того, эфеективность сопла с прямой конденсацией растёт с ростом его мощности, а в моём случае - наоборот, хотя есть и нижний предел. Так что идеи в чём-то противоположны.

В расчет процессов горения и истечения входит начальная энтальпия компонентов топлива при температуре их подачи в КС. В схеме с теплообменником начальная энтальпия включает теплоту конденсации.

Поэтому можно сколько угодно говорить о кпд>100%, но на самом деле это самообман

С последним полностью согласен. Дело в системе отсчёта, хотя в уравнения термодинамики можно заложить и полную энтальпию, КПД обычно считают по газу, без учёта конденсации. И энтальпия кислородно-водородного топлива равна 12,5-12,6 МДж/кг. Если же вы реально с карандашом и калькулятором попробуете посчитать сопло, то увидите, что полная энтальпия ни к чему: при больших перепадах температур (с 3800 до где-то 700-800 К) уже плывут все параметры и коэффициенты: теплоёмкость, показатель адиабаты и прочие, и приходится пользоваться таблицами, а они отражают процессы в газе, их экстраполяция даёт именно газовую динамику, в процессы конденсации в водороднике реально никто не вникал из практических соображений.

[поверхностный]

На RL-10B-2 (одном из предшественников CECE) продукты сгорания на срезе сопла только за счет расширения (т.к. насадок неохлаждаемый) охлаждаются до температуры ~450 C (при температуре в КС ~3100 C). Так что холодная стенка в CECE, конечно, вносит свою долю в снижение температуры пристеночного слоя, но в основном газы охлаждаются именно за счет расширения (на ~2600 градусов в RL-10B-2, и на ~2400 градусов в RL-10A4-2 и CECE).

Я как-то посчитал для себя, что для понижения температуры вдвое требуется расширение (адиабатическое) в 10 раз.
То есть в этом примере расширение должно быть около 160. Сходится?

[Андрей Суворов]

На RL-10B-2 (одном из предшественников CECE) продукты сгорания на срезе сопла только за счет расширения (т.к. насадок неохлаждаемый) охлаждаются до температуры ~450 C (при температуре в КС ~3100 C). Так что холодная стенка в CECE, конечно, вносит свою долю в снижение температуры пристеночного слоя, но в основном газы охлаждаются именно за счет расширения (на ~2600 градусов в RL-10B-2, и на ~2400 градусов в RL-10A4-2 и CECE).

Я как-то посчитал для себя, что для понижения температуры вдвое требуется расширение (адиабатическое) в 10 раз.
То есть в этом примере расширение должно быть около 160. Сходится?

Расширение там порядочно больше. Типичное давление на срезе у пустотных движков - 0,1 - 0,05 атмосферы. При давлении в камере 60 атм будет 600-1200. У РД-119 было 1360