هیدروژن مایع مستقیماً به عنوان سوخت جت

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamavation

نام: roham hesami radرهام حسامی راد

محل اقامت: 100 مایلی شمال لندن جاده آیلستون، لستر، لسترشر. LE2

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 3222

سپاس: 5492

جنسیت:

تماس:

هیدروژن مایع مستقیماً به عنوان سوخت جت

پست توسط rohamavation »

هواپیمای هیدروژنی به هواپیمایی گفته می شود که از سوخت هیدروژنی به عنوان منبع انرژی استفاده می کند. هیدروژن می تواند در موتور جت یا موتور احتراق داخلی دیگری سوزانده شود، یا می توان از آن برای تامین انرژی یک پیل سوختی برای تولید الکتریسیته برای تامین نیروی پروانه استفاده کرد.آهیدروژن روی موشک ها به خوبی کار می کند. با این حال "فقط خوب" در موشک به این معنی نیست که در هواپیما کاربردی است.
تنها راهی که می توانید از H2 استفاده کنید، ذخیره آن به صورت برودتی است. این به این دلیل است که H2 در دمای 240- درجه سانتیگراد فوق بحرانی می شود و مهم نیست که چقدر آن را فراتر از این دما فشار دهید، از مایع شدن خودداری می کند و بنابراین یک سیال با چگالی عدد پایین باقی می ماند. البته، شما می توانید آن را به عنوان یک سیال فوق بحرانی ذخیره کنید، اما برای این کار نیاز به یک مخزن فشار فوق العاده سنگین است.تصویر
مشکل شما به همین جا ختم نمی شود برای سوزاندن H2 به عنوان سوخت، باید آن را از باک خارج کرده و به موتور منتقل کنید. و برای انجام این کار، باید از نوعی پمپ استفاده کنید، و یک پمپ باید دارای قطعات متحرکی باشد که در مایعی که قرار است پمپاژ کند غوطه ور شده باشد. و مشکل اینجاست: شما مایعی را پمپاژ می کنید که در دمای -240 درجه سانتیگراد می جوشد، و حتی کوچکترین نقص سطح، ریزترین سوراخ، کوچکترین علامت ماشینکاری، ریزترین شیارها و فرورفتگی ها روی سطح پمپ متحرک غوطه ور ایجاد می کند. گرداب های سطحی، و این گرداب ها، مایع H2 را در نزدیکی سطح قطعه گرم می کنند به طوری که می جوشد و حباب هایی را تشکیل می دهد که هزاران بار در ثانیه ادغام می شوند، شکافته می شوند و فرو می ریزند و پالس های فشار ناچیز ارسال شده توسط این رویدادها بر روی سطح فوق العاده تأثیر می گذارد. قسمت‌های متحرک پمپ شما سرد و در نتیجه شکننده است، تقریباً فوراً آن را خرد می‌کند و پس از خرد کردن پمپ آسیب‌دیده، کل جریان H2 مایع را به جوش می‌آورد و خود را منفجر می‌کند.
H2 مایع سخت ترین سوخت برای جابجایی است و حتی موشک ها در صورت امکان از آن دور می شوند. استفاده از آن در چیزی که فقط چند صد ثانیه دوام می آورد یک چیز است و در موردی که ده ها هزار ساعت طول می کشد کاملاً چیز دیگری است.برای سوخت های در نظر گرفته شده برای استفاده در هواپیما، پارامتر عملکرد کلیدی چگالی انرژی سوخت است: میزان کار بالقوه در چند لیتر مواد ذخیره می شود. چگالی انرژی بالا به این معنی است که مخازن سوخت کوچک خواهند بود و انرژی آزاد شده با سوزاندن یک لیتر از آن بزرگ خواهد بود. مشکل استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت هواپیما این است که چگالی انرژی آن بسیار کمتر از نفت سفید یا گازوئیل است (زیرا یک لیتر هیدروژن در فشار اتمسفر حاوی انرژی پتانسیل شیمیایی بسیار کمتری نسبت به یک لیتر نفت سفید است) و فشرده کردن آن تا کاهش حجم آن نیاز به تبرید برودتی دارد که هزینه و وزن را به شدت افزایش می دهد و مزیت رتبه بندی اکتان H2 با این معایب متعادل نمی شود.تصویر
به طور خاص در مورد سوزاندن هیدروژن در توربین های سیکل بریتون، این امر ممکن است اما از نظر اقتصادی غیرعملی است زیرا هزینه ساخت یک لیتر هیدروژن بسیار بیشتر از هزینه تصفیه یک لیتر نفت سفید از نفت خام است.
یا هیدروژن مایع را می توان مستقیماً به موتور جت بدون مبدل حرارتی پمپ کرد؟ آیا به صورت گاز یا مایع در محفظه احتراق می سوزد؟ [بسته]بسته شد. این سوال نیاز به جزئیات یا وضوح دارد. در حال حاضر پاسخ نمی پذیرد.
آیا می خواهید این سوال را بهبود ببخشید؟ جزئیات را اضافه کنید و با ویرایش این پست مشکل را روشن کنید.
این مقاله تحقیقاتی ناسا در مورد موتورهای H2 شامل نموداری از طراحی وسلی کوهرت در سال 1956 برای موتوری با سوخت هیدروژن است که مبدل حرارتی ندارد:
موتور LH2 بدون مبدل حرارتی
اما بعداً، دو نمودار نیز دارد که موتورهای هیدروژنی را با مبدل‌های حرارتی برای گرم کردن هیدروژن قبل از استفاده نشان می‌دهد. اول، پرت اند ویتنی JT3C (J57) اصلاح شده برای سوزاندن هیدروژن به جای نفت سفید:
رموتور جت که از هیدروژن مایع برای سوخت استفاده می کند، آیا هیدروژن باید قبل از وارد شدن به محفظه احتراق گرم شود (احتمالاً با استفاده از یک مبدل حرارتی) و به گاز تبدیل شود یا اینکه می توان آن را به داخل پمپ کرد و مستقیماً به عنوان یک سوخت سوزاند. مایع؟
هیدروژن باید در حالت گاز باشد تا بسوزد. نقطه جوش هیدروژن ~ 20 کلوین است، در حالی که اکسیژن در حدود 90 کلوین می جوشد و در ~54 کلوین منجمد می شود تا جامد شود. بنابراین اگر هیدروژن در حالت مایع باشد، ترکیب این دو برای احتراق غیرممکن است.
یک پاسخ غیر علمی برای پمپاژ هیدروژن مایع به طور مستقیم به محفظه احتراق این است که کار نخواهد کرد، زیرا تبخیر هیدروژن انرژی زیادی را از هوای فشرده متصل می کند، در نتیجه آن را خنک می کند و فشار را به حالتی کاهش می دهد که دیگر نمی تواند پشتیبانی از احتراق کارآمد
با این حال، از آنجایی که عناصر ممکن است تحت فشار به روش های شگفت انگیزی کار کنند، من 100٪ مطمئن نیستم.
SABER اساساً یک موتور موشک است که از یک کمپرسور پیش خنک شده برای بخشی از صعود استفاده می کند. این هواپیما تا رسیدن به 5 ماخ و ارتفاع 25 کیلومتری (15.53 مایل) به عنوان یک جت تنفس کننده هوا عمل می کند. در این زمان، در حال حاضر 20 درصد در راه خود به فضا است. برای 80 درصد دیگر، SABER با استفاده از ذخیره اکسیژن مایع داخلی خود به جای هوا به حالت موشکی خالص تبدیل می شود تا با سرعت 25 ماخ (19000 مایل در ساعت، 16500 گره، 30600 کیلومتر در ساعت) به مدار زمین برود.
از آنجایی که موتور SABER در همه چیز از توقف مرده تا گریز از سرعت کار می کند، موتور SABER نه تنها باید بتواند از حالت جت به حالت موشکی تغییر کند، بلکه باید بتواند هندسه خود را در هنگام پرواز مجدداً پیکربندی کند تا فشار دائماً در حال تغییر را تحمل کند. دمای هوای منفجر شده در آن تصور کنید که در باد 25 برابر قوی تر از طوفان های رده 5 گرفتار شده اید، و می توانید بزرگی مشکل را ببینید.
موتور SABER نیاز به فشرده سازی هوای ورودی تا 140 اتمسفر دارد. این فشرده سازی هوا را چنان داغ می کند که هر ماده شناخته شده ای را ذوب می کند، بنابراین هوای ورودی باید از قبل خنک شود تا تقریباً مایع شود. موتورهای آزمایشی قبلی از سوخت هیدروژن برودتی برای خنک کردن مبدل‌های حرارتی استفاده می‌کردند، اما این سوخت باعث هدر رفتن سوخت و انواع مشکلات از جمله شکنندگی فلزات شد.تصویر
SABER با استفاده از یک چرخه هلیوم حلقه بسته این مشکل را برطرف می کند. این برای خنک کردن جریان هوای ورودی از بیش از 1000 درجه سانتیگراد (1832 درجه فارنهایت) به -150 درجه سانتیگراد (-238 درجه فارنهایت) در کمتر از 1/100 ثانیه بدون مسدود شدن با یخ زدگی طراحی شده است. این هیدروژن کمتر هدر می رود، که حلقه هلیوم را سرد نگه می دارد و از شکنندگی هیدروژن جلوگیری می کند، بنابراین می توان از مواد مقاوم در برابر حرارت بیشتری استفاده کرد. پس از خنک شدن، یک توربو کمپرسور «نسبتاً معمولی» با استفاده از فناوری موتور جت می‌تواند برای فشرده‌سازی هوا تا فشار مورد نیاز استفاده شود - «نسبتا» واژه‌ای کاربردی برای موتوری است که برای رفتن به فضا طراحی شده است..
تصویر

ارسال پست