Сколько воды образуется в реактивном выхлопе?

Если реактивный самолет имеет типичную эффективность сгорания, какое эквивалентное количество жидкой воды будет создано на галлон реактивного или керосинового топлива. Приемлемым ответом может быть отношение веса или объема к исходному несгоревшему топливу. Например, ответ может быть 1 часть на 50 по объему или 1/4 унции на фунт превращается в воду.

Следует избегать ответа в объеме «водяного пара», потому что объем газа резко меняется с высотой (давление) и температурой.

Если бы вы также могли показать сравнение для бензина, это было бы еще лучше.

введите описание изображения здесь

Хотя я не уверен в предыстории вашего вопроса, поскольку вы разместили изображение инверсионных следов: обратите внимание, что лишь небольшая часть воды инверсионного следа представляет собой воду, образовавшуюся в результате сгорания топлива. Большая часть его воды уже присутствовала в атмосфере раньше, а продукты выхлопа (вода, сажа) просто служили затравкой для образования капель или кристаллов льда. Т.е. выбор другого топлива, вероятно, очень мало влияет на образование более или менее инверсионных следов.
Я имею в виду, что количество воды, образующейся при сгорании топлива, вероятно, не имеет большого значения. Гораздо важнее производство меньшего количества сажи: см. это совместное исследование DLR и НАСА об образовании инверсионных следов.
Обратите внимание, что вода обычно тяжелее сгоревшего топлива; помните, он горит в присутствии атмосферного кислорода , и вы также должны принять во внимание эту массу.

Ответы (3)

Типичные виды топлива состоят в основном из углерода (С) и водорода (Н). Количество воды, которая образуется при сгорании, зависит от соотношения углерода и водорода. Взяв обычное топливо с отношением атомов водорода к углероду (отношение H/C) р , горение выглядит так

С ЧАС р + ( 1 + р 4 ) О 2 → С О 2 + р 2 ЧАС 2 О

Для бензиновых топлив соотношение H/C составляет около 1,8 ; для керосина около 1,9 . Основываясь на этих данных, керосиновое топливо производит немного больше воды, чем бензиновое топливо, в молярных количествах.

Мы можем преобразовать это в вес, используя молярные массы углерода, водорода и кислорода, которые составляют примерно 12, 1 и 16 грамм на моль соответственно. Тогда мы можем узнать, что у нас будет

м топливо знак равно 12 + р м воды знак равно р 2 ⋅ ( 2 + 16 )

или массовое отношение воды к топливу

м воды м топливо знак равно 9 ⋅ р р + 12

Для бензина это будет около 1,17 кг воды на кг топлива. Для керосина это около 1,23 кг воды на кг топлива.

Примечание: я нашел очень разные отношения H/C для бензинов, в пределах от 1,3 до 2,1. Я не знаю, основано ли это на реальных вариациях (например, бензол имеет H/C 1, а гексан 2,33, несмотря на то, что у него одинаковая длина углеродной цепи 6) или мой быстрый поиск в литературе дал поддельные результаты. Значение для керосинов (и родственного дизельного топлива), кажется, довольно стабильно около 1,9 или чуть выше.

+1 за цитирование статей. По составу: реактивное топливо определяется его свойствами, а не молекулярным составом. В зависимости от того, где вы находитесь в мире, как он хранился и из какой партии он был получен, он будет отличаться. Chevron опубликовала Технический обзор топлива для реактивных двигателей примерно в 2005/2006 гг., в котором дается хороший обзор свойств, используемых при оценке топлива для реактивных двигателей.
«керосин» (по крайней мере, на английском языке) больше описывает конкретное вещество. «бензин», с другой стороны, описывает цель, для которой можно смешать ряд веществ. Поэтому следует ожидать различий. С другой стороны, обе спецификации довольно расплывчаты, поэтому твердые цифры все равно кажутся подозрительными :)
@Agent_L, обратите внимание, однако, что реактивное и дизельное топливо представляют собой гораздо более широкие фракции, то есть содержат более широкий спектр компонентов, чем бензин, потому что эти двигатели гораздо менее требовательны к тому, что они сжигают.

Согласно Википедии керосин состоит из молекул, содержащих 10..16 атомов углерода. Предполагая, что молекулы в основном представляют собой алканы с формулой С н ЧАС 2 н + 2 :

С 10 ЧАС 22 : 10 * 12 г + 22 г = 142 г Алкан содержит 22 г H, который сгорает до 22 г + 11 * 16 г = 198 г. ЧАС 2 О Соотношение вода/керосин = 198/142 = ок. 1,39

С 16 ЧАС 34 : 16 * 12 г + 34 г = 226 г Алкан содержит 34 г H, который сгорает до 34 г + 17 * 16 г = 306 г. ЧАС 2 О Соотношение вода/керосин = 306/226 = ок. 1,35

То есть вы получаете что-то между 1,35 г и 1,39 г воды на 1 г керосина.

Сравнение с бензином: Основное отличие бензина в том, что молекулярные цепи короче (4-12 атомов углерода). Т.е. соотношение H/C будет выше, т.е. бензин будет давать больше воды на топливо, чем керосин.

В обычном топливе для реактивных двигателей должно содержаться около 10-25% (макс.) ароматических углеводородов, чтобы обеспечить набухание уплотнения. В настоящее время в синтетическое топливо добавляют ароматические углеводороды, но в будущем это может измениться. Документ о некоторых свойствах/оценке топлива: pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ef101520v
Ароматические соединения (имеющие меньшее отношение H/C; около 1) сместят результирующее соотношение вода/топливо в сторону меньших значений.

введите описание изображения здесь

Есть небольшие переменные, делающие расчет немного неточным, но на этой иллюстрации показано соотношение 1:1,24 .

Рад видеть, что мой расчет подтверждается этим графиком с точностью до 1%. Вы должны действительно указать источник, где вы это нашли. Небольшое замечание состоит в том, что производство воды в значительной степени не зависит от рабочих условий, поскольку единственным другим продуктом реакции, в котором есть водород, будет вклад CxHy, который составляет менее 1% продуктов сгорания.
@Sanchises на самом деле менее 0,1% (10 кг составляют 1% от первоначальной 1 тонны и даже меньше 4,5 тонны продукта реакции).
@MartinBonner Да, это должно было быть ‰.
Это может быть глупый вопрос, но если современный двигатель производит 1,24 т воды на 1 т потребленного керосина, почему в аэропортах не намного туманнее? Просто вода недостаточно быстро конденсируется на уровне земли?
@ Джулс, большая часть топлива сжигается на большой высоте. На руление и холостой ход расходуется очень мало топлива. Расход топлива на взлете будет выше, чем на крейсерском, но ненамного. Быстрый поиск подсказывает мне, что Боинг-747 сжигает 1 галлон в секунду в круглых числах, поэтому учтите, что взлет может быть в два раза больше (вероятно, нет), и вы смотрите на оценку порядка величины около 20 фунтов воды в секунду. Затем подумайте, как быстро самолет окажется относительно далеко от взлетно-посадочной полосы. Думая об объеме/массе/энергии атмосферы, часто трудно представить, насколько она велика на самом деле.
@ Аарон хорошо объяснил, спасибо!
Ваш ответ мог бы быть намного лучше, если бы он включал источник изображения.
Swiss Air использует аналогичную версию изображения: swiss.com/corporate/en/company/responsibility/… ... с некоторыми меньшими значениями в обратном порядке.
Сколько воды образуется в реактивном выхлопе?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v