استفاده از O2 خالص برای احتراق موتور جت

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
نمایه کاربر
rohamjpl

نام: Roham Hesami رهام حسامی

محل اقامت: فعلا تهران قیطریه بلوار کتابی 8 متری صبا City of Leicester Area of Leicestershire LE7

عضویت : سه‌شنبه ۱۳۹۹/۸/۲۰ - ۰۸:۳۴


پست: 2149

سپاس: 3824

جنسیت:

تماس:

استفاده از O2 خالص برای احتراق موتور جت

پست توسط rohamjpl »

اگر جت ها O2 خالص را برای احتراق حمل کنند، آیا کارآمدتر خواهند بود؟
چرا فرآیند احتراق از تمام اکسیژن موجود در هوا استفاده نمی کند؟ آیا به این دلیل است که گازهای دیگر در راه هستند و در مکان مناسبی برای کمک به واکنش نیست؟
آیا مهندسان مقدار سوخت را در فرآیند محدود می کنند زیرا می دانند که بخشی از اکسیژن به دلیل نزدیکی (فقدان آن) به سوخت برای احتراق در دسترس نخواهد بود؟
چه مقدار سوخت در یک موتور جت مدرن نسوخته باقی می ماند؟ من فکر می کردم که یک پس سوز برای استفاده از سوختی است که به نوعی بدون احتراق تمام مراحل را طی می کند؟
آیا استفاده از O2 خالص اجازه سوختن کامل سوخت را نمی دهد؟
در نهایت، من فرض می کنم دمای 2000-2500 درجه سانتیگراد ذکر شده برای سوختن اکسیژن است. اگرچه می دانم که اکسیژن قابل اشتعال نیست، مطمئنم همه چیز در یک نقطه می سوزد. من نمی خواهم در واقع اکسیژن را بسوزانم.
فشرده سازی در قسمت جلویی موتور جت هوا را گرم می کند و احتراق دوباره دمای آن را افزایش می دهد. برای دستیابی به عملکرد کارآمد، این گرمایش باید محدود شود. اگر هوا بیش از تقریباً گرم شود. 2000 کلوین، افزودن انرژی بیشتر منجر به تفکیک گاز با افزایش حرارت بیشتر کمتر می شود. از آنجایی که رانش با انبساط هوا از طریق گرمایش تولید می شود، افزایش دمای احتراق بالای 2000 کلوین منجر به افزایش رانش کمتر برای مقدار سوخت مصرفی می شود. پیشرفته ترین موتورها (F-119 و EJ-200) دارای دمای ورودی توربین 1800 کلوین هستند و موتورهای غیرنظامی چند 100 کلوین کمتر از آن کار می کنند. تعداد 2000 - 2500 درجه سانتیگراد (2300 - 2800 K) که از پاسخ قبلی دریافت کردید بسیار زیاد است.
اکسیژن در حال حاضر بین 2000 تا 4000 کلوین بسته به فشار شروع به تفکیک می کند، در حالی که نیتروژن عمدتاً بالای 8000 کلوین تفکیک می شود. رقم 2000 کلوین در بالا یک حد نرم است، اما این دما همچنین یک چالش برای مواد محفظه احتراق و مواد محفظه احتراق است. توربین، و تکنیک هایی مانند خنک کننده فیلم اجباری هستند. همانطور که می بینید، استفاده از اکسیژن خالص به میزان زیادی باعث افزایش اتلاف راندمان ناشی از تفکیک می شود، زمانی که فناوری اجازه می دهد تا توربین را در دماهای بالاتر از 1800 کلوین راه اندازی کند. اگر هوا دارای محتوای اکسیژن کمتری باشد، برای موتورهای جت بهتر است.
برای استفاده بهینه از سوخت، هوای بسیار بیشتر از آنچه برای احتراق استوکیومتری مورد نیاز است، در یک هسته توربوجت یا توربوفن مدرن استفاده می شود. ایده این است که گاز را تا آنجا که ممکن است از نظر فنی و اقتصادی گرم کنید.
اکسیژن بیش از حد باعث ایجاد مشکلاتی می شود که عمدتاً با افزایش میزان اکسیدهای نیتروژن تولید شده توسط موتور جت می باشد. با این حال، به دستیابی به احتراق تا حد زیادی کامل کمک می کند، حتی اگر برخی از واکنش ها نه در محفظه احتراق، بلکه در مراحل بعدی اتفاق بیفتد. احتراق هرگز به طور کامل کامل نمی شود، و اجزای باقیمانده نسوخته با یک تابع نمایی معکوس در طول زمان متناسب هستند.اگر جت ها O2 خالص را برای احتراق حمل کنند، آیا کارآمدتر خواهند بود؟هوا حدود 21 درصد اکسیژن دارد. بخش عمده هوا از نیتروژن غیر قابل اشتعال است. آیا احاطه کردن سوخت جت تنها با O2 باعث احتراق کارآمدتر و تمیزتر نمی شود؟اگر اکسیژن کمتری در اطراف وجود داشته باشد، موتورها حتی تمیزتر خواهند بود، زیرا در حال حاضر در 21٪ O2 آنها با نسبت سوخت به هوا بسیار پایین تر از حد مطلوب استوکیومتری کار می کنند.
اگر مقدار هوای جاری در هسته یک توربوفن مدرن را در نظر بگیرید، خواهید دید که مقدار اکسیژنی که باید در دسترس باشد، مقدار سوخت را کم می کند و بیشتر آن نمی سوزد، بلکه در نقش خود جایگزین نیتروژن می شود. به عنوان گاز فرآیند اگر بار و برد قابل توجهی باقی بماند، نمی‌توان آن را با هواپیما حمل کرد یا از هوای اطراف جدا کرد.دلیل این امر این است که دمای شعله "آدیاباتیک" (یعنی با فرض عدم انتقال حرارت) برای احتراق کامل تمام اکسیژن هوا حدود 2000 درجه سانتیگراد است. به این واقعیت اضافه کنید که کمپرسور می تواند هوای ورودی را در برخی موارد تا 500 درجه سانتیگراد از پیش گرم کند و در خروجی از محفظه احتراق دمای 2500 درجه سانتیگراد را مشاهده خواهید کرد.
موتور جتی که بتواند از تمام اکسیژن هوای ورودی استفاده کند، مطابق با اصول چرخه کارنو کارآمدتر خواهد بود، اما اگر از "unobtanium" ساخته نشود، ذوب می شود و از هم می پاشد.
یک موتور جت برای انجام دو کار به یک توربین نیاز دارد. اولین مورد این است که کمپرسور خودش را هدایت کند. مورد دوم این است که یک بار را به حرکت درآوریم (یا یک پروانه یا فن). از این رو قرار دادن توربین در مسیر اگزوز اجتناب ناپذیر است
یک موشک در مسیر اگزوز توربین ندارد و در نتیجه می تواند در دمای بسیار بالایی که از سوختن اکسیژن ایجاد می شود کار کند. همچنین دارای سرعت‌های خروج بسیار بالایی از اگزوز است که به طرز ناامیدکننده‌ای در نوع سرعت وسیله نقلیه مورد نیاز برای هوانوردی عمومی ناکارآمد هستند، اما برای سفرهای فضایی بسیار عالی هستند، جایی که هرچه انرژی بیشتری بتوانید به هر تن پیشران بدهید، پیشرانه کمتری خواهید داشت. حمل. همچنین بیشتر راکت‌ها تا به امروز، برخلاف موتورهای جت، یکبار مصرف بوده‌اند.
بنابراین ما در موتورهای جت گیر کرده ایم که به دلیل مشکلات مواد قادر به استفاده از تمام اکسیژن موجود در سوخت نیستند. یکی از راه های افزایش قدرت موتور جت (اما نه بازده) استفاده از پس سوز است. این در واقع یک محفظه احتراق دوم است، در پشت توربین، که در آن می توان سوخت بیشتری سوزاند. این مقدار زیادی انرژی بیشتر ایجاد می کند، اما نیروی رانش اضافی نسبتا کمی ایجاد می کند. انرژی جنبشی=0.5mv^2 در حالیکه تکانه=mv را به خاطر بسپارید. برای تولید نیروی رانش کارآمد باید سرعت اگزوز را با سرعت خودرو مطابقت دهید، و پس سوز این کار را انجام نمی دهد، زیرا هدف آن کارایی نیست، فقط افزایش سریع و کثیف قدرت است.
روی تخته طراحی توربین‌های گازی بسیار بزرگ در نیروگاه‌ها طرح‌هایی وجود دارد که گاز توربین پس از خنک شدن با انبساط به محفظه احتراق دوم و سپس از طریق توربین دوم فرستاده می‌شود تا میانگین بالاتری را ایجاد کند. دمای افزودن گرما و بهبود راندمان با این حال مزایای آن اندک است و تا آنجا که من می دانم هنوز امتحان نشده است. من گمان می کنم که همیشه برای هوانوردی بسیار پیچیده باشد.
قابل دوام تر از اکسیژن تزریق آب است. در حال حاضر از آب/بخار برای خنک کردن توربین های گاز صنعتی استفاده می شود که باعث کاهش مقدار هوایی که باید توسط کمپرسور پمپ شود، راندمان را بهبود می بخشد. با این حال، شما هنوز هم باید آن را حمل کنید. گزینه دیگر (که از توربین های گاز صنعتی نیز به عاریت گرفته شده است) قرار دادن یک مبدل حرارتی در جریان گاز خروجی است تا بخار برای یک پروانه یا فن با توربین بخار تولید شود. اساساً،موتورهای saber موتورهای واکنشی هر چه مقدار پیشرانه نسبت به سوخت بیشتر باشد، انرژی کارآمدتری دارند. در موتور جت، پیشرانه هوا است که اتفاقاً از قبل حاوی اکسیژن بیشتری از آنچه برای سوزاندن سوخت نیاز است، دارد. موتور سابر با سوزاندن هوای اتمسفر در محفظه های احتراق کار می کند. سپس از گرما برای توربو شارژ موتور استفاده می کند. ... این کلاس جدید از موتورهای هوافضا به گونه ای طراحی شده است که هواپیماها را قادر می سازد از حالت سکون در باند تا سرعت های بیش از پنج برابر سرعت صوت در جو عمل کنندداین طرح شامل یک موتور موشک سیکل ترکیبی تک با دو حالت کار است.حالت تنفس هوا ترکیبی از یک کمپرسور توربو با یک پیش خنک کننده هوای سبک وزن است که درست در پشت مخروط ورودی قرار گرفته است. در سرعت‌های بالا، این پیش‌کولر هوای داغ و فشرده‌شده با قوچ را خنک می‌کند، که در غیر این صورت به دمایی می‌رسد که موتور نمی‌تواند تحمل کند، که منجر به نسبت فشار بسیار بالایی در موتور می‌شود. هوای فشرده متعاقباً وارد محفظه احتراق موشک می شود و در آنجا همراه با هیدروژن مایع ذخیره شده مشتعل می شود. نسبت فشار بالا به موتور این امکان را می دهد که نیروی رانش بالایی را در سرعت ها و ارتفاعات بسیار بالا ارائه دهد. دمای پایین هوا امکان استفاده از آلیاژ سبک را فراهم می‌کند و موتور بسیار سبک وزن را برای رسیدن به مدار ضروری می‌سازد. علاوه بر این، برخلاف مفهوم توری، پیش خنک کننده SABRE هوا را مایع نمی کند و به آن اجازه می دهد کارآمدتر کار کنر تئوری این ممکن است برای یک هواپیمای بسیار سریع که به سرعت اگزوز بسیار سریع نیاز دارد تغییر کند، اما طراحی موتور باید بیش از حد تغییر کند تا به این سوال مرتبط باشد.
مزیت کلی از سوزاندن کارآمدتر (به استثنای برخی نیازهای عملکردی خاص) نیز بهره وری بهتر سوخت خواهد بود. به دست آوردن راندمان سوخت بهتر به قیمت حمل اکسیژن اضافی بعید است مفید باشد...I hope I help you understand the question. Roham Hesami smile072 smile261 smile260 رهام حسامی ترم پنجم مهندسی هوافضا
تصویر

ارسال پست