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【探讨】怎样无接触加热工质

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典型火箭发动机,比冲就是看喷气速度,而喷气速度取决于气体温度和工质分子质量。所以,俺理解如何提升工质温度是核心问题。温度越高越好。
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化学火箭,反应热燃烧能量约束了温度上限。单位质量推进剂燃烧放热只能把自己的温度提高那么多。
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核热火箭,单位质量原料蕴含能量极高,但通过热传导来加热工质,材料限制了温度上限。因为堆芯靠传导和辐射传递热量给工质,所以堆芯温度必须要高于工质。而堆芯考虑结构稳定性、材料耐热性也就有了有温度上限,使得工质温度无法无限提升。
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如果有非热辐射非热传导方式加热工质,有只需提供能量、就可持续提升工质温度的办法,而容器或燃烧室喷管用传统方式降温,就几乎可以无限提升工质温度。
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那么有哪些办法可以非接触方式加热工质呢?怎样才能充分发挥核燃料的能量密度优势呢。
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典型思路,类似微波炉,可以不提高容器温度的情况下,向工质传递能量,把工质加热到远超炉壁和磁控管的温度。俺不知道水蒸气加热的温度的上限是多少,只确定可惜的是水分子量较大,热能转化为动能或说速度的能力较差。所以核电微波炉水箭比冲不会太高。
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类似的方案是核电激光器,用激光远超加热工质,有点类似国家点火装置。但激光方案一方面能量转化效率较低,另方面功率受限。
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电推方案的电场或磁约束加速方案,不清楚能否做大总功率。
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那么有没有其它类似原理的方法那?原则就是不依赖热传导的远程能量传输。
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比如有没有可能通过电弧加热工质?或者通过电磁感应或感应弧加热等离子体?或加热有导体参杂的工质?或者在液氢中掺水用微波炉加热?从而实现大功率大推力高比冲发动机?
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滋啦滋啦~嗖~
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定个小目标,以液氢为主体的工质加热到10000度,能实现不?


IP属地:辽宁来自Android客户端1楼2022-01-05 22:33回复


    IP属地:广东2楼2022-01-05 22:35
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      当你假设的火箭是一根不能飞的火箭的时候是可以做到的


      IP属地:广东3楼2022-01-05 22:40
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        我觉得你脑洞一种可以高效剥离气体分子外电子的装置更有用一点


        IP属地:广东4楼2022-01-05 22:51
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          这是你小号?@oldhandm


          IP属地:广西来自Android客户端5楼2022-01-05 23:13
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            火箭的能量是有限的,在总能量固定的情况下,喷射物速度越低,火箭获取的dv越大。想要提高比冲需要把垃圾扔到喷流里,动用火箭能量加速喷流反而会降低比冲。


            IP属地:辽宁来自Android客户端6楼2022-01-05 23:38
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              地表1群太阳能探照灯照射光热火箭


              IP属地:广东来自Android客户端7楼2022-01-05 23:42
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                不如将每个氢原子剥掉电子,理顺了以特定方向喷出


                IP属地:山东8楼2022-01-05 23:59
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                  好好好


                  IP属地:北京来自Android客户端10楼2022-01-06 10:02
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                    看上去类似于VASIMR,但耗电巨大,现在供电问题没有解决。所以可行性不高。


                    IP属地:上海11楼2022-01-06 12:54
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                      磁约束,光学辐射聚焦加热。
                      光源一个直接是太阳,一个是空间站上的超大功率激光器。
                      效果和燃料比冲类似于现在的离子推进器,比冲高,推力小。


                      IP属地:陕西来自Android客户端12楼2022-01-06 14:09
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                        霍尔电推,可以一直堆圈圈。只要你有那么多电力。虽然推力没那么高。但是数量多了,推力比冲长啊。


                        IP属地:四川来自iPhone客户端13楼2022-01-06 17:47
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                          @zionfinn 俺知道问题的关键了,俺真傻。
                          最开始的时候,想法是这样的:
                          左边是标准的核热火箭,因为核热堆芯的温度上限,工质加热有温度上限。
                          所以就有了右侧的想法,非接触方式(遐想的电弧、微波、电磁感应)加热,可突破推力室温度上限。

                          其实VASIMR是一个思路,VASIMR似乎是电磁感应加热等离子体?也就是说思路方向是可行的。
                          看起来似乎挺完美,但问题是,右图那俩红蓝线,要接电源。
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                          我们有个大反应堆,自然的想法,是用它发电。又很自然地就会有下面的方案,用核热喷气带动涡轮或透平,拖着发电机发电,给我们的电加热液氢发动机供电(涡轮后应该需要个加压泵):

                          反应堆出来的气体被赋能后,把其中的一部分能量提取出来,转化为电能,然后再给喷出气体加热。。
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                          但,明显这是个比较二的思路,第一步提取能量后,气体温度能量会降低,转换为电能。
                          而中间转换成电能期间会有损失,无论后续如何再加热,都无法补上第一步降低的热能。
                          属于脱袜子放屁。
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                          如果有直接把核热热量传递给工质,就理想了。
                          如果没有,就只能老老实实搞一个独立的核发电堆,然后给工质电加热。类似这样的方案,上面是专用核电机组,下面是电热加热火箭发动机:

                          核电要在太空散热,只能依靠大散热板。
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                          典型的10吨推力核热发动机,几百kg堆芯的小破堆热功率500MW,而秦山一期的一个机组,电功率也就是这个数,也是典型一个水电机组的功率。这哪用得起。。。
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                          硬着头皮推算下,典型水冷核堆发电效率30%,500MW的热功率,大致150MWe电功率。
                          据说核堆每MWe电功率,可以做到6kg/KWe,那么估计发电机组重900吨。。有点过分。
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                          那么降低点指标吧,用50MW热功率核堆,电功率15MW.. 重90吨?只能希望技术发展后能轻些,或简化些没用的东西。
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                          关于散热板。坏消息是国际空间站不到百千瓦级的散热功率,用了百平米级的散热板。
                          一个经验数据是,太空中,30摄氏度的散热板,红外波段,每平米散热功率160W左右。
                          好消息是散热功率和绝对温度的4次方成正比,那么如果用烧红的高温散热板,是否可能提高散热效率呢?
                          比如1300K的温度,每平米可以到50KW,(50-15=35)MW的热辐射,需要60平米就够了?
                          考虑散热板温度会梯次降低,800K温度,需要400平。。估计总体200平左右的散热板可以将温度降低500K?
                          能否用这个温度差支撑高效15兆瓦电功率输出呢?
                          最终能否会实现几十吨重量,1吨推力,几千比冲的核动力火箭呢?
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                          不管咋说,问题的关键还是退化为太空核发电机组的问题了 。不知道现在进展如何了。


                          IP属地:辽宁14楼2022-01-06 20:13
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                            一些上个世纪的老资料,第一个是发电,后俩是核热。




                            IP属地:辽宁来自Android客户端15楼2022-01-07 11:04
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                              加热没用,你要加速工质而不是加热,所有能量转化为热能后,系统熵增大,走向死亡,你越加热就越需要散热带走系统中的熵,不然就跟宇宙热寂一样,系统中再也没有可以利用的能量,只剩下热运动。


                              IP属地:陕西来自Android客户端16楼2022-01-07 12:21
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