Роторно-винтовой двигатель

[Алексей Костенко (А.Г.К)]

В ЖРД давление до 200 бар и температуры до 5000 град.С.

Просветите пожалуйста на каких топливных рецептурах удаётся достигать температуры в 5000 градусов? Пара ацетилен-кислород даёт свыше 3000 градусов, пара водород-кислород имеет температуру сгорания ниже ацетилен-кислородной смеси. Очень интересно что позволяет развивать такую высокую температуру?

 

[KV531]

Просветите пожалуйста на каких топливных рецептурах удаётся достигать температуры в 5000 градусов? Пара ацетилен-кислород даёт свыше 3000 градусов, пара водород-кислород имеет температуру сгорания ниже ацетилен-кислородной смеси. Очень интересно что позволяет развивать такую высокую температуру?

Уважаемый, не знаю. Встречал эти цифры в учебниках по ракетным двигателям. Может это боро-водородные установки, не помню. Но давайте рассуждать логически. Температура горения бензина 1400 град.С, но в камере сгорания двс температура поднимается до 2400 град.С. Не подскажете за счет чего? Может за счет давления? В ЖРД сгорает керосин в чистом кислороде, но не на улице при атмосферном давлении, а наверное в камере сгорания. Происходит рост давления, причем до больших величин, что, наверное, и влечет дальнейший рост температуры. Как собственно и порох, на столе горит медленно и с одной температурой, а в замкнутой капсуле взрывается совершенно с другими показателями.

 

[Вячеслав Атнагулов]

Просветите пожалуйста на каких топливных рецептурах удаётся достигать температуры в 5000 градусов?

Тоже засомневался. Память подсказала цифру в 3500 градусов, или около того, но по гуглил оказывается если в качестве окислителя применить фтор то можно разогнать до 4500. Хотя со фтором вряд ли будут применяться двигатели. Разве только в случае термоядерной войны.

 

[Вячеслав Атнагулов]

Температура горения бензина 1400 град.С, но в камере сгорания двс температура поднимается до 2400 град.С. Не подскажете за счет чего? Может за счет давления?

Всё проще. При соединении атома кислорода и атомов водорода (или атома углерода) выделяется очень точно определённая энергия. Но для того, что бы молекулу топлива или окислителя разбить на атомы нужно затратить энергию и для каждого вида топлива эта энергия разная. Общая тенденция, чем больше в молекуле атомов углерода (не смотря на то, что углерод обладает меньшей теплотворной способностью) тем более высокая температура пламени. Поэтому чугун плавят на коксе - чистый с минимальным содержанием водорода уголь. А газовая сварка ведётся с помощью ацетилена, в котором углерода больше, чем к примеру в метане и тем более в водороде, по этой причине молекула ацетилена разрушается с меньшими затратами энергии даёт более высокую температуру пламени, чем тот же метан или водород.

 

[KV531]

Тоже засомневался. Память подсказала цифру в 3500 градусов, или около того, но по гуглил оказывается если в качестве окислителя применить фтор то можно разогнать до 4500. Хотя со фтором вряд ли будут применяться двигатели. Разве только в случае термоядерной войны.

Да, сам сейчас нашел цифры 3700-3900К. Видимо я чтото напутал с цифрой 5000. Но сути дела это не меняет. 2000 град.С при высоких давлениях и пристеночном охлаждении водой вполне возможно. Буду пробовать. Правда не знаю как температуру такую измерить.

 

[Вячеслав Атнагулов]

Погуглите, есть и 6000 К.
Вспомним термодинамику без формул. В камере ДВС сгорание происходит в изохорическом циклическом процессе (примерно при постоянном объеме). При сгорании топлива происходит резкий рост давления, поэтому температура сгорания не останется 1400, как при постоянном давлении (на открытом воздухе, как в паяльной лампе), а тоже резко возрастет до, примерно, 2500.

Вряд ли 6000 град. кто то АшиПку пропустил. При повышении температура продукт горения начинает поглощать тепло и распадаться на молекулы окислителя и восстановителя поглощая тепло. Собственно этот процесс идёт при любой температуре, но чем выше тем обратная реакция происходит чаще. Можно конечно и в этом случае поднять температуру сильно сжав газ. Но для этого не обязательно брать кислород и топливо. Сильно сжать можно и азот или аргон причём если строить график зависимости температуры от давления, после какой то температуры и для случая кислород - водород, и для случая азот, и для аргона, эти графики наложатся друг на друга.

 

[KV531]

Вот такую КС буду строить, внутри напыление сделаю из диоксида циркония. На выходе из КС вместо сопла Лаваля будет РМ, туда же подается вода из сепаратора, которая вышла из компрессора.

 

[RVD]

При соединении атома кислорода и атомов водорода (или атома углерода) выделяется очень точно определённая энергия.

Со знанием предмета химии у вас всё замечательно, не придерешься 🙂 . Но есть нюансы. Автор делает упор на то что у него ИЗОХОРА. Что мол поднял пред-давление в камере сгорания - "включил" изохору, и вот она манна небесная, от высоких температур "ртутный" термометр зашкаливает.

Я бы начал с вопроса, а откуда в винтовых или в лопаточных машинах на выходе возьмется изохора. Воздух сжимается непрерывно, значит в камере сгорания можно ожидать рабочий процесс, основанный на изобаре , но уж никак не на изохоре. Это первое. Второе, молекула окислителя нашла свою молекулу топлива, произошла химическая реакция с выделением некоторого избыточного количества энергии в виде конвекции и излучения. Если камера сгорания фиксирована в своих границах, то теплоотвод идет только по каналу - излучение, где лучистая энергия проходит сквозь камеру сгорания с каким-то своим коэффициентом теплопередачи (первый вид потерь); учитывая, что защемленный объем камеры сгорания не меняется, оставшаяся в газе энергия не совершает никакой работы, и соответственно пользы от нее (изохоры ) ноль. К чему это я. Изохора несет свой смысл только для самого факта протекания химической реакции, но не для совершения работы путем расширения газов. Т.е. изначально газ должен повысить свою энергию - окислившись в идеальном для него временном промежутке, и только потом расшириться (и снова и снова).

Если рабочее тело, преобразовавшись еще и совершает работу, то объем защемленного пространства для сгораемого в нем газа непрерывно растет, поэтому никаких высоких температур в камере сгорания ждать не придется, их там просто не будет.

 

[RVD]

А еще говорят дважды в одну воду входить невозможно, еще как возможно. На рисунке, очередная профанация. Для того чтобы выйти на сверхзвук, выходное (расширяющееся сопло) должно иметь угол раскрытия конуса не более 8 градусов (кажется так), иначе происходит отрыв потока газа от стенок и вся ваша затея превратится в турбулентный неуправляемый хаос. А у вас там похоже прототипом выступил самовар, он не годен для переделки в "сопло ловаля"

 

[Вячеслав Атнагулов]

Вот такую КС буду строить, внутри напыление сделаю из диоксида циркония. На выходе из КС вместо сопла Лаваля будет РМ, туда же подается вода из сепаратора, которая вышла из компрессора

Извиняюсь не ракетчик. А разве сопло Лаваля не для безвоздушного пространства?

 

[RVD]

Извиняюсь не ракетчик. А разве сопло Лаваля не для безвоздушного пространства?

Сопло Ловаля служит для преобразования дозвуковой скорости потока в сверхзвуковой, космос ли на выходе или бойлерная линия в паропроводе, без разницы.

 

[KV531]

Извиняюсь не ракетчик. А разве сопло Лаваля не для безвоздушного пространства?

Не важно. Речь о конструкции КС.

 

[KV531]

Автор делает упор на то что у него ИЗОХОРА. Что мол поднял пред-давление в камере сгорания - "включил" изохору, и вот она манна небесная, от высоких температур "ртутный" термометр зашкаливает.

Я бы начал с вопроса, а откуда в винтовых или в лопаточных машинах на выходе возьмется изохора. Воздух сжимается непрерывно, значит в камере сгорания можно ожидать рабочий процесс, основанный на изобаре , но уж никак не на изохоре. Это первое. Второе, молекула окислителя нашла свою молекулу топлива, произошла химическая реакция с выделением некоторого избыточного количества энергии в виде конвекции и излучения. Если камера сгорания фиксирована в своих границах, то теплоотвод идет только по каналу - излучение, где лучистая энергия проходит сквозь камеру сгорания с каким-то своим коэффициентом теплопередачи (первый вид потерь); учитывая, что защемленный объем камеры сгорания не меняется, оставшаяся в газе энергия не совершает никакой работы, и соответственно пользы от нее (изохоры ) ноль. К чему это я. Изохора несет свой смысл только для самого факта протекания химической реакции, но не для совершения работы путем расширения газов. Т.е. изначально газ должен повысить свою энергию - окислившись в идеальном для него временном промежутке, и только потом расшириться (и снова и снова).

Если рабочее тело, преобразовавшись еще и совершает работу, то объем защемленного пространства для сгораемого в нем газа непрерывно растет, поэтому никаких высоких температур в камере сгорания ждать не придется, их там просто не будет.

Так не я включил изохору. Ознакомтесь с графиками сжатия винтовых машин, а потом умничайте. В учебниках есть. Или вы думаете что если непрерывный процесс горения, значит только изобара? А разницу между лопаточными машинами сжатия и объемными машинами не знаете?
Сейчас графики нарисую что бы ясно стало.

 

[RVD]

Кстати в моторе реализован изохорный тепловой процесс.

Так не я включил изохору.

Это ваши записи, или мои, или вы не помните что писали тремя днями ранее.

 

[RVD]

А разницу между лопаточными машинами сжатия и объемными машинами не знаете?

Я то знаю, а вот вы точно нет.

 

[KV531]

На графике видно изобарный процесс для гтд и изохорный для РВД. Красной линией показан процесс сжатия для роторно-винтовых компрессоров. Линия АВ соответствует внутреннему сжатию компрессора. Степень сжатия 4.5. Линия ВС - это скачек давления из рессивера при открытии нагнетательного патрубка. Линия СД это перекачка сжатого газа в рессивер. Если давление в рессивере равно степени сжатия, то линии СВ не будет.
В данном двигателе объем компрессора равен объему РМ. Степень сжатия равна степени расширения. Без подвода теплоты давление в КС равно 4.5 бар абсолютного. Камера сгорания замкнута со всех сторон. При подводе теплоты происходит скачек давления в 5 раз. Это подтверждено ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНО!!!! А тепловой процесс при постоянном объеме и повышении давления как называется????
Но на винтовых машинах можно организовать и изобарный процесс. Если размер РМ будет больше размера компрессора и тепловой процесс будет протекать при низких постоянных давлениях. Можно и смешанный процесс организовать. Всё зависит от соотношения объемов машин. Я выбрал изохорный, так как у него кпд выше. Так и в железе сделано

 

[KV531]

Я то знаю, а вот вы точно нет.

Вы проектируете роторно-волновой двигатель, который по сути состоит из того же винтового компрессора, только конического и с внутренним зацеплением. А учебник по винтовым машинам видимо не читали. Я не хочу с вами упрожняться в остроумии. Графики я вам нарисовал.

 

[RVD]

Я ничего не проектирую, ибо всё давно уже спроектировано, да и за последние лет "... цать" этим некогда заниматься, прикладная работа по специальности поглощает всё жизненное пространство. И в остроумии со мной тоже не надо соревноваться, я здесь просто общаюсь с интересными мне людьми. Иногда пытаюсь что-то подсказать, иногда нет.

Ну а теперь по существу, первый график - таких не бывает, это только плод вашей фантазии.

Что касается графиков винтовых машин, он везде одинаковый, давление на выходе из них идет с пульсациями, но незначительными. Их тем меньше, чем большее количество оборотов и параллельных потоков проталкивает сжимаемый газ в одну полость (двух, трех, четырёх винтовые секции .. ). Еще один способ снизить пульсации, это установка ресивера высокого давления на выходе из камер. Но это всё равно изобарный процесс, и он даже близко к изохоре не приближается, ибо нет самой малости - клапанов.

 

[KV531]

Изохора определяется не наличаем клапанов, а скачком давления, которое вы почему то путаете с пульсациями. Винтовой компрессор имеет внутреннее сжатие и внешнее дожатие в нагнетательном патрубке, на что лопаточные машины не способны. Если для вас графики из учебника не показатель, то других доводов у меня нет. Пусть другие спецы рассудят.

 

[Jbiplane]

Поностальгировать чуток, мой спиральный расширитель для работы на органических жидкостях. Это первые испытания на сжатом воздухе, чтоб проверить функционирт чи нет. В мелкой частной фирме Jones Nash в Великобритании проект получился, у нас был сделан на одном военном заводе и утонул в бюрократии.