آیا آب یک سوخت ممکن برای موتورهای جت است؟

[rohamavation]

آب به موتورهای هواپیما اجازه کار نمی دهد. مهم نیست که چه نوع جت باشد، کار خواهد کرد. هوا به عنوان منبع نیرو در کل طراحی استفاده می شود و بدون آن نمی توان آن را تولید کرد
موتورهای جت تقریباً با هر سوختی می توانند کار کنند و دمای کارکرد داغترین بخشهای موتورهای جت مدرن بین 3000 تا 3150 درجه فارنهایت (1648 و 1732 درجه سانتیگراد) است. آیا این بدان معناست که یک سیستم هیدروژن بر اساس تقاضا می تواند روی جت های مدرن کار کند؟
آب ابتدا توسط بخش اگزوز پمپ شده و گرم می شود، سپس به سمت بخش های داغ موتور هدایت می شود (زمانی که به اندازه کافی گرم است که باعث خنک شدن و راندمان موتور پایین نمی شود) جایی که در حرارت بالای 1472 درجه فارنهایت (800) به هیدروژن و اکسیژن تجزیه می شود. درجه سانتیگراد)، سپس آن گازها برای احتراق به موتور پمپ می شوند.
مزایا این است که اولاً آب فراوان و در نتیجه ارزان است. حتی می توان از آب دریا نیز استفاده کرد زیرا در آن دماها طراحی سیستمی که از شر ناخالصی هایی که در غیر این صورت باعث خوردگی قطعات حیاتی موتور می شود، خلاص شود، آسان است.
ثانیاً، با توجه به اینکه قطعات مهم غیرحرارتی در بخش اگزوز نیازی به ساخته شدن از مواد و آلیاژهای پیچیده و گران قیمت با توجه به اثر خنک کنندگی آب ندارند، در هزینه های ساخت صرفه جویی می کند.
ثالثاً، با توجه به اینکه چگالی انرژی هیدروژن دو برابر سوخت‌های فسیلی است، هزینه‌های وزن سوخت کاهش می‌یابد، بنابراین کمتر باید حمل شود. و مهمتر از همه، مشکل محیط زیست در هوانوردی حل می شود، با توجه به اینکه انتشار دی اکسید کربن کم یا اصلا وجود نخواهد داشت.
به دلیل ترمودینامیک اساسی نمی تواند کار کند
آنچه من گفتم و پینهاد دادم این است که اساساً هواپیما آب را حمل می کند. آب به اجزای آن، هیدروژن و اکسیژن تجزیه می شود. اجزاء با سوزاندن آنها به عنوان سوخت دوباره ترکیب می شوند. سوزاندن هیدروژن و اکسیژن راه بسیار خوبی برای ایجاد گرمای زیاد است. اما مهم نیست که چگونه آب را به هیدروژن و اکسیژن تجزیه کنید، ترمودینامیک واکنش کار نخواهد کرد.
مشکل ساده است: شما باید یک منبع انرژی داشته باشید تا آب را از هم جدا کنید. در شیمی ما سطح انرژی واکنش دهنده ها و محصولات را می دانیم و می توانیم بفهمیم که آیا انرژی در یک واکنش آزاد می شود یا ذخیره می شود. سوزاندن هیدروژن و اکسیژن انرژی زیادی آزاد می کند، اما طبق قانون ترمودینامیک، تجزیه آب به اجزای آن نیاز به ورودی دقیقاً همان مقدار انرژی دارد. شما نمی توانید از این دور شوید. بدتر از آن، در دنیای واقعی، در هر مرحله تبدیل ضرر و زیان وجود دارد، بنابراین شما حتی نمی‌توانید آن را شکست دهید در هواپیمای خود، اصولاً می‌توانید آب را شکافته و آن را در موتور بسوزانید. اما شما باید منبع دیگری برای مقدار زیادی انرژی مورد نیاز برای تقسیم آب داشته باشید. یعنی هم سوخت دیگری و هم موتور دیگری. در واقع، آنها بسیار بیشتر از هرگونه صرفه جویی در وزن و هزینه خواهند بود.
این زمانی امکان پذیر است که موتور جت دارای چندین مرحله باشد.
اولین مرحله دمای پایین (دمای پایین به معنای 2500 درجه سانتیگراد در این مورد)، آب به هیدروژن و اکسیژن تقسیم می شود.
در مرحله بعدی، هیدروژن از اکسیژن (که دور ریخته می شود) جدا می شود و تا چند بار فشار فشرده می شود.
مرحله سوم در دمای بالای 10.000.000 درجه سانتیگراد نگهداری می شود. در این مرحله هیدروژن به صورت گرمازایی به هلیوم می سوزد و گرمای مراحل یک و سه و همچنین نیروی محرکه را تامین می کند.
این موتور همچنین مقادیر زیادی تشعشعات رادیواکتیو تولید می کند که در برخی مواقع می توان آن را یک نقطه ضعف دانست.
ساخت موتور جت که بتواند دمای 10.000.000 درجه سانتیگراد را تحمل کند فعلا امکان نداره
حتی اگر بتوانید نوعی موتور SciFi بسازید که هم آب را شکافته و سپس دوباره آن را بسوزاند، باز هم جایی نخواهید داشت: کل خروجی سوزاندن برای شکاف مورد نیاز است بدون اینکه چیزی برای تولید نیروی رانش باقی نماند (و در دنیای واقعی). تلفات وجود دارد، بنابراین هواپیمای من به سرعت از آسمان خارج می شود).hope I helped you understand the question. Roham Hesami, sixth semester of aerospace engineering
رهام حسامی ترم ششم مهندسی هوافضا

[MRT]

در این شرایط تجهیزات موتور به شدت اکسید شده و آسیب می بینند مگر اینکه سرامیکی شوند.

[rohamavation]

نه. آب سوخت نیست، هیدروژنی است که قبلاً سوخته است. این یک محصول اکسیداسیون بسیار پایدار است، به طوری که از آن برای خاموش کردن آتش استفاده می شه تولید تجاری هیدروژن با گرم کردن آب انجام نمیشه. با الکترولیز که باز انرژی زیادی میخواد ودر ضمن مخازن اب سنگین هستند و نیاز نیست اب حمل کنید شما میتونید از هیدروژن استفاده کنیدفرض می کنید که گرم کردن آب به بخار به نوعی آن را به هیدروژن و اکسیژن عنصری جدا کنید که این اتفاق نمی افتد.حال شما می تونید آب را الکترولیز کنید، اما انرژی که از سوزاندن به دست می آورید حداکثر همان انرژی است که مصرف میکنید .اما واکنش شیمیایی که نیاز به تولید هیدروژن از آب داره خودش نیاز به منبع خارجی انرژی داره ببین تو علوم هوافضا وقتی میگم جایگزین سوخت جت نفت سفید هست میخوام هیدروژن استفاده کنم . هدف از تبدیل هیدروژن به عنوان منبع جایگزین سوخت مستلزم به حداقل رساندن انرژی ورودی در تولید آن و در عین حال به حداکثر رساندن مقدار انرژی استخراج شده از احتراق هیدروژن حالا متوجه شدی .اما اینم بدون هیدروژن انرژی ویژه ای دارد (120 MJ/kg) که 2.8 برابر بیشتر از سوخت جت سنتی (43 MJ/kg) است. هیدروژن مایع برودتی 4.1 برابر چگالی انرژی کمتری دارد ، اما باید در دمای 20 K (-253 درجه سانتیگراد) خنک بشه و در مخازن عایق بندی شده اما کم فشار نگهداری شود. در حالی که هیدروژن گازی چگالی انرژی کمتری دارد، به مخازن فشار بالا تا 700 بار نیاز داره، اغلب در فیبر کربن، اما می توان آن را در دماهای معمولی نگه داشت.تنها راهی که می توانید از H2 استفاده کنید، ذخیره آن به صورت برودتی است. این به این دلیل است که H2 در دمای 240- درجه سانتیگراد فوق بحرانی می شود و مهم نیست که چقدر آن را فراتر از این دما فشار دهید، از مایع شدن خودداری می کند و بنابراین یک سیال با چگالی عدد پایین باقی میمونه. البته، شما می توانید آن را به عنوان یک سیال فوق بحرانی ذخیره کنید، اما برای این کار نیاز به یک مخزن فشار فوق العاده سنگین دارین اگر موافقید که باید H2 را به صورت برودتی ذخیره کنید،
مشکل شما به همین جا ختم نمی شه برای سوزاندن H2 به عنوان سوخت، باید آن را از باک خارج کرده و به موتور منتقل کنید. و برای انجام این کار، باید از نوعی پمپ استفاده کنید و یک پمپ باید دارای قطعات متحرکی باشد که در مایعی که قرار است پمپاژ کند غوطه ور شده باشد. و مشکل اینجاست: شما مایعی را پمپاژ می کنید که در دمای -240 درجه سانتیگراد می جوشد، و حتی کوچکترین نقص سطح، ریزترین سوراخ، کوچکترین علامت ماشینکاری، ریزترین شیارها و فرورفتگی ها روی سطح پمپ متحرک غوطه ور ایجاد می کند. گرداب های سطحی، و این گرداب ها، مایع H2 را در نزدیکی سطح قطعه گرم می کنند به طوری که می جوشد و حباب هایی را تشکیل می دهد که هزاران بار در ثانیه ادغام می شوند، شکافته می شوند و فرو می ریزند و پالس های فشار ناچیز ارسال شده توسط این رویدادها بر روی سطح فوق العاده تأثیر می گذارد. قسمت‌های متحرک پمپ شما سرد و در نتیجه شکننده استبحث توربو پمپ کم فشار و پر فشار سوخت بخونید متوجه میشن ،پمپ LH2 هیدروژن مایع را در فشارهای پایین (3 بار مطلق) و دمای بسیار پایین (24.6 کلوین) از ایستگاه دیوار می گیرد و آن را به صورت گاز فشرده برودتی در فشارهای بالای 875 بار و دمای بین 30 تا 60 کلوین تحویل می ده تقریباً فوراً آن را خرد می‌کنه و پس از خرد کردن پمپ آسیب‌دیده کل جریان H2 مایع را به جوش می‌آورد و خود را منفجر می‌کند.هیدروژن را می توان به صورت فیزیکی یا به صورت گاز یا مایع ذخیره کرد. ذخیره سازی به عنوان گاز معمولاً به مخازن با فشار بالا (فشار مخزن 5000-10000 psi) نیاز داره. ذخیره سازی هیدروژن به صورت مایع به دماهای برودتی نیاز دارد زیرا نقطه جوش هیدروژن در یک فشار اتمسفر 252.8- درجه سانتی گراد است.با این حال، با فشار کافی، مولکول‌ها را می‌توان تا زمانی که چگالی مایع مانندی داشته باشند، به هم فشرده کرد و بنابراین دیگر به عنوان گاز در نظر گرفته نمی‌شوند، بلکه یک سیال فوق بحرانی محسوب می‌شوند. فشار مورد نیاز برای رسیدن به این نقطه فشار بحرانی نامیده می شود که برای هیدروژن$\pu{1.239 MPa} = \pu{179.7 psi}$ است.
پس در حالی که نمی‌تونید هیدروژن را در دمای اتاق به مایع تبدیل کنید می‌توانید آن را به یک مایع (فوق بحرانی) تبدیل کنید.
اتفاقاً دو فناوری ذخیره سازی برای هیدروژن خالص در وسایل نقلیه وجود دارد. یکی شامل خنک کردن هیدروژن در زیر دمای بحرانی آن و مایع کردن آن است. دیگری آن را در دمای محیط، در فشارهای 5000 تا 10000 psi ذخیره می کند. در موارد دمای محیط، آنها گاز هیدروژن فشرده را ذخیره نمی کنند، بلکه هیدروژن فوق بحرانی فشرده را ذخیره می کنند.
تقریباً فراموش کردم. هیدروژن، که مولکول آن بسیار کوچک است، .اقعا ناگهانی پخش می شه، حتی در اجسام جامد به چشم غیر مسلح مانند فولاد، تیتانیوم، مس و آلومینیوم. بنابراین تمام قطعات فلزی با استفاده ناگزیر به هیدروژن آغشته می شوند و با آن هیدرید تشکیل می دهند و باعث کاهش استحکام آن میشهhope I helped you understand the question. Roham Hesami, sixth semester of aerospace engineering
رهام حسامی ترم ششم مهندسی هوافضا