Итак, реактивный двигатель всасывает воздух, нагревает его и выплевывает, верно? Чем горячее становится воздух, тем выше скорость выхлопа и, следовательно, тем эффективнее (выше удельный импульс).
Теперь мой вопрос заключается в том, как все это повлияет, если вы используете систему рекуперации тепла, либо тепловой насос, либо простой теплообменник. Давайте проигнорируем надоедливую практичность плавки металлов и все такое и просто посмотрим на теоретическую сторону.
Если вы извлекаете тепло из выхлопных газов и возвращаете его в камеру сгорания, как это влияет на эффективность двигателя? Если бы мы подавали тепло в камеру сгорания с помощью теплового насоса, перекачивая тепло от выхлопных газов в камеру, могли бы мы получить еще более высокую эффективность? Хотя ответов «Да / Нет» было бы достаточно, меня гораздо больше интересовало бы термодинамическое объяснение и, возможно, даже некоторые оценки теоретической эффективности, которая может быть достигнута с использованием цикла Карно для откачки тепла.
На практике, с чем-то подобным экспериментировали? Насколько мне известно, у нас нет тепловых насосов, способных работать при температуре 2000 градусов по Цельсию и откачивать тепло достаточно быстро, чтобы их можно было сравнить с любым типом двигателя, но, возможно, кто-то экспериментировал с простыми теплообменниками, такими как ракетные двигатели, использующие регенеративное охлаждение (для разных целей). хотя, но все же похоже на это).
Извлечение тепла из выхлопа охлаждает и сжимает его, замедляя его и уменьшая тягу. Рециркуляция тепла обратно в зону сгорания или ниже по потоку повысит температуру в этой точке и ниже по потоку до точки отбора. Неизбежные термодинамические потери означают, что возвращаемое тепло не полностью компенсирует отводимое тепло, и общий КПД немного падает.
Что действительно повышает эффективность, так это всасывание дополнительной массы воздуха для увеличения массового расхода выхлопных газов, даже за счет более низкой общей скорости и температуры. Это то, что делает байпасный турбовентилятор.
Более радикальной модификацией является замена камеры сгорания на теплообменник и нагрев газа за счет горячей жидкости от внешнего источника; чем горячее жидкость, тем лучше. Я видел это предложение для водородного турбонасоса, по крайней мере, в некоторых версиях воздушно-реактивного двигателя SABRE. Его также предлагали для бомбардировщиков с ядерными двигателями в 1950-х годах, хотя я не могу припомнить, включались ли они как турбореактивные, так и прямоточные реактивные двигатели.
Пара замечаний:
Теоретически в бесконечно эффективной системе не было бы чистой разницы. Энергия, потерянная в выхлопе, будет добавлена обратно в камеру сгорания, чтобы снова быть потерянной в выхлопе. Возможно, вы могли бы использовать этот двигатель на стороне теплообмена для запуска другой системы без потери мощности двигателя. Но никогда ничего не бывает даром. Хотя я читал, что закрытый радиатор поршневого двигателя «Спитфайр» создавал небольшую тягу в качестве побочного продукта.
Все это обусловлено тем фактом, что тепловая энергия сбрасывается обратно во всю систему в камере сгорания или после нее. Если это перед компрессорами, это снизит плотность поступающего воздуха. Ваша тяга основана на массе ускоряемого воздуха. Если она сбрасывается в компрессоры, эта энергия может быть потеряна до пикового значения, при котором компрессоры могут увеличить плотность и давление. Это было бы потеряно при нынешнем способе, которым компрессоры сбрасывают избыточное тепло. Если бы компрессоры могли быть изготовлены из материала, который не нужно было бы защищать от избыточного тепла, тогда не было бы необходимости в теплообменнике, добавляющем тепло. Он уже был бы там как побочный продукт сжатия. Поэтому не нужно было бы грабить его из выхлопа.
0шрам
джеймскф
EngrСтудент