Как мне заставить работать паровой двигатель — с почти нулевым содержанием углеводородов или, если на то пошло, биоматерии — для использования в качестве топлива?

Допустим, мой колониальный корабль потерпел крушение на планете без атмосферы. Конечно, могут быть подземные карманы, в которых развилась примитивная жизнь, но сера и фосфор в большом почете в самодостаточных подземных средах обитания, раскопанных нами, колонистами, и мы не отдаем ничего из них для целей земледелия. родные водоросли для топлива.

Наш 3D-принтер потерпел неудачу, так как он не был достаточно продвинутым, чтобы печатать собственные запасные части или сменный принтер (способ избежать безудержного ИИ, длинная история). Предположим, что планета по составу идентична Земле с несколькими большими изменениями: без атмосферы, без биосферы и, по существу, без гидросферы (за исключением подповерхностных карманов воды), и что на ней никогда не было широко распространенной формы жизни. не имеет ископаемого топлива или углеводородов для сжигания. Кроме того, предположим, что у нас есть знания об уровне технологий 21-го века, но мы в значительной степени отброшены назад к началу промышленной революции с точки зрения того, что мы действительно можем производить.

Как нам заново изобрести паровой двигатель в этих обстоятельствах?

Тектоника плит?
Сколько мощности вам требуется? За что ? В этих обстоятельствах паровой двигатель кажется странным выбором. Вероятно, на корабле есть аккумуляторы и солнечные панели или достаточно оборудования, чтобы сделать, например, тепловой насос. Что они едят, потому что, по-видимому, это потенциальное топливо. Вы сказали нам, чего нет на планете, но не то, что легкодоступно.
Если вы застряли в безжизненном, безвоздушном мире и ваши производственные возможности не лучше, чем в конце 17 века (= «начало промышленной революции»), то вы умрете. Извини.
@StephenG Проблема заключается в том, чтобы вернуть жизненно важные элементы после того, как вы что-то сожжете. С точки зрения ресурсов доступно все, что вы найдете в земной коре.
@AlexP Как я уже сказал, у них есть самодостаточная среда обитания и знания технологий 21-го века. Они построили убежища и запустили их до того, как у производителей деталей и в мастерских закончились запасные части.
Вы имеете в виду, что прямо сейчас у них есть самодостаточная среда обитания. Но они не могут делать запчасти, потому что их производственные возможности ограничены концом 17 века. Ничто, сделанное смертными человеческими руками, не имеет бесконечной жизни. Среды обитания выйдут из строя, и они не смогут их восстановить. Они мертвы.
@AlexP Их производственные возможности ограничены концом 17 века, пока они не загрузятся.
Переход от 17-го века к обслуживанию и ремонту генератора airDome до того, как купол выйдет из строя? Да, они мертвы.
Современные детали и компоненты требуют современной промышленной базы для их привода. Многие ключевые компоненты будут невозможны с любой технологией 3D-печати, поскольку такое устройство не может делать все (и вы фактически обеспечили это, потому что оно не может построить клон самого себя). Знание того, как что-то делать, означает, что вы можете сделать это на практике. В отсутствие большого количества (чистой) воды многие процессы стали бы почти или фактически невозможными, а это означает, что их нужно было бы изобретать заново.
Все детали, которые вам могут понадобиться: m.slashdot.org/story/392707
Для парового двигателя требуются трубы и цилиндры/поршни и смазочные материалы; и энергии, чтобы собрать их из частей. Трубы и цилиндры/поршни требуют металла и энергии для превращения металла в трубы. Металлу требуется энергия для добычи руды и восстановления руды до металла и сплава этого металла в составы, подходящие для устойчивости к высокому давлению, температуре и коррозии. А вы говорите, что у них мало энергии, поэтому им нужна паровая машина. Извините, они FUBAR-ed.
Возможно, вы захотите уточнить, что вам нужен паровой электрический генератор, а не паровой двигатель, как для автомобиля. Именно такое впечатление я получаю от вопроса.
Было бы трудно научно оправдать существование близнеца Земли без атмосферы. Планета такого размера должна была пройти через очень резкие возмущения, чтобы полностью ее потерять. Даже после этого он будет быстро (по геологическим меркам) пополняться за счет вулканизма.
«Проблема в том, чтобы восстановить жизненно важные элементы после того, как вы что-то сожгли»: нет, это действительно не проблема или даже не серьезная проблема. Проблема в том, что паровые двигатели — это всего лишь способ преобразовать любой источник энергии, который вы используете для производства топлива (и окислителя, поскольку на планете его нет) в механическую энергию, и вы, похоже, хотите использовать эти паровые двигатели в качестве источника энергии. . Это не сработает.
Радиоактивная батарея подойдет.
Разве биоматерия не обязательно углеводород?
@RobbieGoodwin Да, но его нужно сжимать и нагревать тысячи лет.
Совершенно очевидно, что вы используете солнечный свет через большую линзу или множество маленьких. Если так важно, что ночь останавливает игру, можешь ли ты сказать, зачем тебе паровой двигатель? Как мне заставить работать паровой двигатель — с почти нулевым содержанием углеводородов или, если на то пошло, биоматерии — для использования в качестве топлива? Как сюда могут попасть «подповерхностные карманы, в которых развилась примитивная жизнь…», если они не давали какое-то топливо? Но для чего нужен двигатель?
Почему вы хотите изобрести паровой двигатель — не лучше ли использовать стерлинг, учитывая, что количество воды ограничено?

Ответы (7)

У вас есть три способа сделать это, все они довольно хорошо зарекомендовали себя в современной технологии.

Во-первых, если ваша планета тектонически активна*, у вас могут быть геотермальные электростанции. В основном это паровые двигатели, хотя в большинстве современных технологий рабочим телом является углеводород с более низкой температурой кипения.

Во-вторых, у вас есть солнечная электростанция с большим количеством зеркал, концентрирующих солнечный свет на котле: https://www.eia.gov/energyexplained/solar/solar-thermal-power-plants.php

В-третьих, если вы сможете найти немного урановой или ториевой руды, вы сможете использовать энергию первых двух для строительства атомных электростанций. Да, АЭС - это всего лишь паровые машины :-)

Однако у вас есть еще одно техническое препятствие, которое нужно преодолеть. Как и любая тепловая машина, паровые машины работают на перепадах температур. Поскольку на вашей планете нет ни воздуха, ни воды, которые могли бы поглотить тепло, вам понадобится большой радиатор, чтобы поддерживать необходимую разницу температур. Вы можете рассматривать радиаторы на МКС в качестве модели: https://en.wikipedia.org/wiki/External_Active_Thermal_Control_System.

* Я читал, что тектоника плит может зависеть от обилия воды, но я недостаточно знаю, чтобы подробнее об этом говорить.

Отсутствие поверхностной или свободной воды не обязательно означает отсутствие воды - просто вся вода, захваченная в виде гидратирующей воды в кристаллах / молекулах вещества - помните, как CuSO4 становится белым, если вы нагреваете его, чтобы удалить воду, и синим, когда он просто кристаллизуется из раствора? Количество воды в мантии Земли
Ядерная энергия с технологией 1850 года — просто забудьте об этом, оказавшись на необитаемом острове .
@ Адриан Коломитчи: Конечно, но проблема в том, как использовать эту гидратированную воду в качестве эффективного поглотителя тепла. Что касается создания ядерного реактора (не бомбы) с технологией 1850-х годов, то вам вообще не нужна технология, если у вас есть соответствующее рудное тело: en.wikipedia.org/wiki/Natural_nuclear_fission_reactor
"Конечно, но проблема в том, как использовать эту гидратированную воду в качестве эффективного теплоотвода" Да, неее, приятель. Я не говорил, что вы должны, это было просто в связи с «Я читал, что тектоника плит может зависеть от обильной воды», что я истолковал так, как вы говорите, что никакие поверхностные воды не будут препятствовать тектонике места (должно было быть яснее, извините за что). Что касается ядерного реактора, то, по крайней мере, без концентрирования руды, для производства энергии требуется огромный объем замедлителя (вы хотите, чтобы он проникал во все закоулки), и тогда тепло будет слишком рассеянным, чтобы создать достаточно пара.
Вы можете использовать избыточное тепло, чтобы обогреть свою колонию, гидропонные фермы и другие нужды. В химической промышленности существует такое явление, как «технологическое тепло», когда избыточное тепло одного процесса используется для нагрева другого эндотермического процесса на другом заводе. Часто это делается с помощью перегретого пара в распределительных трубах.
@arne: Конечно, вы можете передавать тепло и использовать его часть для запуска эндотермических реакций, но (основная термодинамика) вы не можете использовать все это. Так что у вас должен быть какой-то радиатор, а в безвоздушном и безводном мире излучение — единственный способ, который я могу придумать.
Ядерная энергетика — это не так просто, как собрать немного руды и построить общество на энергии. Природный реактор, о котором вы говорите, представлял собой аномальное количество урана, вымытого вместе и сожженного в течение сотен тысяч лет, и вы, вероятно, не смогли бы вскипятить от него чайник, поскольку энергия была рассеяна по очень большой площади. Кроме того, если вам удалось создать устойчивый котел реактора, чтобы получать из него энергию, вам нужно будет экранировать его, чтобы предотвратить проблемы с излучением. Наконец, Торий не делящийся. реактор-размножитель не прост в изготовлении или переработке топлива

Поскольку вы смогли копать под землей и нашли источник пищи, просто продолжайте копать.

Предполагая геотермальный градиент , аналогичный земному, 25–30 °C/км, «просто» достижение 3–4 км под землей даст вам достаточно воды, чтобы вскипятить воду и начать получать больше энергии, чтобы вы могли копать еще глубже и достигать более высоких температур. , с еще более высокой доходностью.

Как они используют глубинную геотермальную энергию с промышленностью 17-го века?
Вам не нужно сверлить глубоко, чтобы генерировать энергию. Вы можете использовать горизонтальные геотермальные системы .
@StephenG вы поняли тот факт, что «горизонтальные геотермальные системы» - это не блок выработки электроэнергии, а тепловая масса, которая будет использоваться с геотермальными тепловыми насосами ? Как в «Дешевое и эффективное применение надежных геотермальных теплообменников и насосов» и «Дешевое и эффективное применение надежных геотермальных теплообменников и насосов» той же группы? И что работа теплового насоса требует потребления энергии и не позволяет ее производить?

Пока у вас еще есть 3D-принтеры, печатающие зеркала. Солнечная энергия. Обратите внимание, что они вам все равно понадобятся, чтобы плавить руду, чтобы сделать металл для вашего парового двигателя.

И обратите внимание, что сценарий невозможен — если вы можете выращивать пищу, у вас есть биомасса.

Конечно, вы можете производить биомассу, но вы можете производить только определенное ее количество за один раз, потому что элементов, необходимых для производства биомассы, не хватает.
@KEY_ABRADE Если запас элементов настолько ограничен, их запас скоро будет потерян для окружающей среды, и они все равно вымрут.
Однако нет, если они добывают больше из земной коры. Но для этого им нужна сила.

Шаг 1: Сбор воды

Вариант 1: Лед

Даже в местах, которые мы считаем пустынными, например, на Марсе, у нас все еще есть массивные полярные ледяные шапки, заполненные водой. Добыть лед, вернуть его в базовый лагерь.

Вариант 2: Подземные месторождения

Даже без гидросферы все еще могут быть подземные залежи воды, оставшиеся с прошлых эпох. Используйте их в качестве источника воды.

Вариант 3: Экстремальная переработка воды.

Нам все еще нужно использовать немного воды, но если мы будем использовать экстремальную переработку воды, возможно, мы сможем заставить ее работать. В космосе холодно, и без атмосферы ваша планета тоже будет. Если мы возьмем пар из наших генераторов и пропустим его через трубу с низкой изоляцией на холоде снаружи, он сконденсируется в воду (или, без осторожного обращения, в лед).

Шаг 2: кипячение воды

Вариант 1: Используйте солнечный свет

Сегодня есть несколько электростанций, которые используют зеркала для кипячения воды для выработки электроэнергии. Даже без атмосферы у нас все еще есть звезда, которую можно использовать. Массив зеркал, отражающих свет на источник воды, быстро вскипятит ее, что позволит использовать турбины. Это то же самое, что использовать увеличительное стекло, чтобы зажечь огонь.

Вариант 2: Геотермальная энергия

Под землей становится ГОРЯЧО. Достаточно горячий, чтобы расплавить металл или вскипятить воду. Просто направьте воду (или бросьте лед) в глубокую шахту, и пусть планета позаботится обо всем остальном.

Вариант 3: ИЗЛУЧЕНИЕ

В «Марсианине» (книга Энди Вейра, отличная книга, прочтите ее) шар из невероятно радиоактивного материала используется для выработки тепла. Поместите высокорадиоактивный шар в металлический ящик и бросьте его в резервуар с водой. Вуаля, у вас пар (и еще рак, если не быть осторожным)

Редактировать: Вариант 4: Сжечь металл

Металл, когда он достаточно хорош, горит. Если каким-то образом распушить часть имеющегося у вас металла, его можно сжечь для безуглеродного огня.

Примечания и соображения

  • Вам придется нагнетать воду, потому что, как и в космосе, она будет выкипать без атмосферы.
  • Трудно будет работать с этим в скафандре, возможно, вам придется сделать что-то получше.

Возможно, есть еще что-то, о чем я не подумал, но сойдет.

«Вуаля, у вас пара (а также рак, если вы не будете осторожны)» Это вызвало у меня небольшой смешок.
солнечное отопление на самом деле работает намного лучше без атмосферы, но охлаждение становится намного сложнее, а турбине нужны и то, и другое.

Не ученый, но если ваше сердце не настроено на пар, у вас, вероятно, достаточно разницы температур для создания двигателей Стирлинга. Если у вас нет атмосферы, я полагаю, что наружная температура падает довольно низко без солнечного света и становится довольно высокой при свете. Я слышал, что они не очень эффективны, но они не используют топливо и должны работать большую часть времени днем ​​​​или ночью с разницей между температурой снаружи и температурой под землей. Подсоедините их к электрическим генераторам и идите оттуда.

Единственное время простоя будет, когда температура снаружи колеблется от горячей к холодной и наоборот и пересекает температуру вашей среды обитания. Если двигатели имеют тенденцию не запускаться самостоятельно, это может вызвать у вас проблемы. Но я также полагаю, что читал в других историях, что даже на дневной стороне луны и так далее все еще морозно или ниже в тени, так что, возможно, просто заштрихуйте «южную» сторону стеной или дюнами и вершинами. остаться морозным.

Пар не нужен

Я предполагаю, что звезда, вокруг которой вращается ваша планета, находится достаточно близко, чтобы обеспечить столько же тепла, сколько солнце на Земле. Однако без атмосферы энергия, достигающая земли, будет намного больше, а температурный градиент между светлыми и темными областями будет огромным. В этих условиях термопары обеспечат достаточно энергии, даже если они неэффективны.

Сначала вы должны плавить металлы, концентрирующие солнечную энергию с помощью зеркал; металлов с низкой температурой плавления, таких как свинец и цинк, было бы достаточно. Они дадут материал и для кабелей, пусть они и не самые лучшие проводники, во всяком случае без атмосферы они не окислятся.

Затем следует найти каньон с отвесными скалами, заслоняющими дно от солнечного света. Поместите приемную пару на вершину утеса, а радиатор на дно, и у вас будет достаточно энергии.

В ночное время вам сначала придется найти способ хранить энергию в системах корабля, но затем вы можете выкопать несколько колодцев и использовать термопары для использования геотермальной энергии.

На земле КПД был бы 2/3%, с градиентом в космосе было бы больше, но ненамного, с другой стороны строить будет очень просто, даже люди уже не привыкшие к мастерству потому что 3D печатают все что можно сделать это и не было бы механических деталей, которые в среде с высокой температурной нагрузкой легко ломались бы.

Безнагревная паровая машина.

Учтите, что в вакууме вода сразу закипит. Вам не нужно нагревать его. На поверхности нет атмосферы, поэтому вода будет кипеть.

Но вы не на поверхности. Вы находитесь / в самодостаточных подземных жилищах, раскопанных нами, колонистами /. Я собираюсь предположить, что вы нашли места с атмосферным давлением под землей.

Вы будете запускать свой паровой двигатель, чтобы использовать перепад давления между поверхностным вакуумом и вашими подповерхностными средами обитания под давлением.

Соединительная труба в вашей среде обитания открывается на поверхность, а затем закрывается. Вода в трубе закипит и создаст давление внутри трубы. Это давление приводит в движение поршень и производит энергию. Когда вода закипит, канал на поверхность закрывается, и давление ниже уровня земли позволяет сжимать воду обратно в жидкость.

Хитрость заключается в том, чтобы использовать давление под землей таким образом, чтобы оно могло заменить ваш поршень, но не влекло за собой вентиляцию вашей атмосферы наверху. Я архитектор, и это вопрос, который должны решить подрядчики.

Вода действительно будет кипеть в вакууме... и будет производить пар при давлении водяного пара. Это, конечно, зависит от температуры; например, 0,02 атмосферы при 20°С, что соответствует давлению водяного столба высотой 20 см. (И как только поверхностные слои воды испарятся, вода под ними замерзнет, ​​так как лишена каких-либо быстро движущихся молекул.)
Не существует такой вещи, как «паровой двигатель без нагревания», вода все равно нуждается в тепле, чтобы закипеть. Ты не пропустишь скрытую теплоту парообразования даже в вакууме.
Этот паровой двигатель будет работать на ненависти!
Как мне заставить работать паровой двигатель — с почти нулевым содержанием углеводородов или, если на то пошло, биоматерии — для использования в качестве топлива?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v