战争背后的元素周期表之“氢元素的崛起”【超大原创科普 ...

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/20 20:35:54


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欢迎大家加入超大原创科普系列,欢迎各自开贴,然后汇集到【超大百科全书】


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人类历史上的战争格局和篇章,其实也是一部元素周期表应用的扩展史;当新生代的第四纪时期,也就是距今三百万年左右的样子,人类从非洲雨林的树上下来,穿过草原,横跨地球。人类称霸地球自此慢慢开始。

那个时候人类使用的石器,进而加工出骨器,群体和部落之间的打架干仗就是靠这些当时的先进武器支持,本质是大自然馈赠的硅酸盐和钙化物。还是在靠天吃饭的阶段。

当人类从原始文明进入农业文明时代后,青铜,铁器开始华丽丽的登场。从秦人的标准化制造的青铜箭头和机弩,大杀四方;到唐朝制造的巨型刀阵武器,环首大刀,骑兵的噩梦。铁元素和铜元素的得瑟上千年。

直到西方人从阿拉伯那里得到天朝的一硫二硝三木炭。火器热兵器时代到来了。各种元素的活泼反应时代开始了。。。

直到日本挨了两颗那个弹后,深入原子内部,探及元素深层东西的干仗时代到来了,核武器时代的到来。

---------等等,以为这就完了?

现在人类消停了,有饭吃了,仓殷实而知礼仪。核武器这种灭绝千年的武器,是被地球人桎梏使用的。

好吧,那就用干净的新武器吧,什么电磁的,什么次声波的,什么光辐射的,什么气象武器,什么激光束缚,什么反物质的等等。

引出今天的猪脚元素“氢”的暴力版-----金属氢爆炸物,是TNT的30倍威力,这意味着威力接近小型核武器了,所以被称为第四代核武器。我了个去。


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“不靠猜想,而是根据事实-”此名言出自----------“氢元素”的正式提出者,史上著名高富帅科学家,传说中家里有几仓库【切糕】的现代化学鼻祖之一的大牛:拉瓦锡


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欢迎大家加入超大原创科普系列,欢迎各自开贴,然后汇集到【超大百科全书】


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人类历史上的战争格局和篇章,其实也是一部元素周期表应用的扩展史;当新生代的第四纪时期,也就是距今三百万年左右的样子,人类从非洲雨林的树上下来,穿过草原,横跨地球。人类称霸地球自此慢慢开始。

那个时候人类使用的石器,进而加工出骨器,群体和部落之间的打架干仗就是靠这些当时的先进武器支持,本质是大自然馈赠的硅酸盐和钙化物。还是在靠天吃饭的阶段。

当人类从原始文明进入农业文明时代后,青铜,铁器开始华丽丽的登场。从秦人的标准化制造的青铜箭头和机弩,大杀四方;到唐朝制造的巨型刀阵武器,环首大刀,骑兵的噩梦。铁元素和铜元素的得瑟上千年。

直到西方人从阿拉伯那里得到天朝的一硫二硝三木炭。火器热兵器时代到来了。各种元素的活泼反应时代开始了。。。

直到日本挨了两颗那个弹后,深入原子内部,探及元素深层东西的干仗时代到来了,核武器时代的到来。

---------等等,以为这就完了?

现在人类消停了,有饭吃了,仓殷实而知礼仪。核武器这种灭绝千年的武器,是被地球人桎梏使用的。

好吧,那就用干净的新武器吧,什么电磁的,什么次声波的,什么光辐射的,什么气象武器,什么激光束缚,什么反物质的等等。

引出今天的猪脚元素“氢”的暴力版-----金属氢爆炸物,是TNT的30倍威力,这意味着威力接近小型核武器了,所以被称为第四代核武器。我了个去。


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“不靠猜想,而是根据事实-”此名言出自----------“氢元素”的正式提出者,史上著名高富帅科学家,传说中家里有几仓库【切糕】的现代化学鼻祖之一的大牛:拉瓦锡


第一章 氢元素的发现

“不靠猜想,而是根据事实-”此名言出自----------“氢元素”的正式提出者,史上著名高富帅科学家,传说中家里有几仓库【切糕】的现代化学鼻祖之一的大牛:拉瓦锡


氢元素的发现史,曾经牵扯到历史上著名的两位高富帅科学家,一位数卡文迪许,另一位就是拉瓦锡。

前者,卡文迪许,被称为科学家里最有钱的人,是最有钱的人里最聪明的人。可惜其心的大门早已关闭,一辈子不曾近女色,其家内的女仆人准备的饭菜,其都是等女仆退出房间后,他才去吃饭,不敢触碰女人。

我心中不禁想起了一个郭德纲的段子:孙悟空定住七仙女之后,TMD居然吃桃子去了~猴子就是猴子
juxfb9.jpg

卡文迪许就是卡文迪许,他出生于法国的一个贵族家庭,其爹是英国公爵后裔,也是英国皇家学会的大领导之一。卡文迪许中学是在一个非常牛的贵族学校上,然后大学去了剑桥,放在当今社会,这位是钻石王老五,拼爹无压力。

用最近很火的话说,那就是:这车切糕,刷卡打包带走送到卡文迪许家。so easy


另一位糕富帅就是氢元素的正式发现和命名者:拉瓦锡(Antoine Lavoisier)其也是富二代,他父母和姨妈给他留了巨额财富,用现在的话说,那是一车又一车的切糕啊。也是法国火药局的局长和皇家科学院的教授。其和牛顿的地位,类似于北乔峰南慕容。亦或者乔布斯和盖茨。亦或者是苍井空和松岛枫。

回到我们的正题,氢的发现是怎么回事?

其实这个有记录可以考察的情况是这样的,在十六世纪,一名瑞士的医生,混口饭吃跑江湖的那种,而不是正经牌照的,不过混的很好。也就是类似中国古代的炼金术师,他叫帕拉塞许(Paracelsus),曾经记录报告过:铁和强酸可以产生一种气体,能够燃烧。

之后呢?没有了,当时的人们的整个化学体系都没有元素这一说。就把空气看成一种元素,其他气体是含杂质的空气,空气包打天下。不了了之。

再之后,雷姆利(Nicolas Lémery法国),波以耳(Robert Boyle英国),罗门洛索夫(Mikhail Vasilievich Lomonosov俄国)同样也发现了和瑞士医生一样的现象。法国人马柯和普利斯特里(Joseph Priestley)做了点燃氢气的实验,收集到了水滴的产物。但迫于检查手段和化学体系的羸弱。最后与氢的发现,擦肩而过。

接下来就是我们的著名糕富帅---卡文迪许,他在1766年,经过仔细实验,锌铁与盐酸的反应等等,利用我们在中学都学过的排水法搜集到了氢气,并且燃烧生成了水,测出了密度是空气的十分之一不到。但这位大哥,最后还是陷入了当时流行的燃素(phlogiston)说,还是很可惜的没有把氢妹成功。

最后还是看我们的另一位高富帅,英国官一代,富二代,拉瓦锡,这位也是近代化学元素概念的创始人。他很有头脑,也很有狗屎运,重复了卡文迪许的实验,最后得出了一个结论:水不是一种元素,水是由这中搜集到其他氧化而得的的氧化物。

看到这里,也许大家都有点糊涂,水怎么会是一种元素?恩,其实这在以前人们的认知里的一种旧有体系,比如,传说中的四元素,五元素,中国的五行,金木水火土等等。水在以前人们的眼里,那就是一种“元素”。

好了,拉瓦锡最终命名了氢气命名为hydrogen,希腊语的是意思是产生水的元素,日语和韩语里,叫氢为水素。

氢妹子开始粉墨登场了。。。。。。

======求大家切糕救济和支持

第一章 氢元素的发现

“不靠猜想,而是根据事实-”此名言出自----------“氢元素”的正式提出者,史上著名高富帅科学家,传说中家里有几仓库【切糕】的现代化学鼻祖之一的大牛:拉瓦锡


氢元素的发现史,曾经牵扯到历史上著名的两位高富帅科学家,一位数卡文迪许,另一位就是拉瓦锡。

前者,卡文迪许,被称为科学家里最有钱的人,是最有钱的人里最聪明的人。可惜其心的大门早已关闭,一辈子不曾近女色,其家内的女仆人准备的饭菜,其都是等女仆退出房间后,他才去吃饭,不敢触碰女人。

我心中不禁想起了一个郭德纲的段子:孙悟空定住七仙女之后,TMD居然吃桃子去了~猴子就是猴子
juxfb9.jpg

卡文迪许就是卡文迪许,他出生于法国的一个贵族家庭,其爹是英国公爵后裔,也是英国皇家学会的大领导之一。卡文迪许中学是在一个非常牛的贵族学校上,然后大学去了剑桥,放在当今社会,这位是钻石王老五,拼爹无压力。

用最近很火的话说,那就是:这车切糕,刷卡打包带走送到卡文迪许家。so easy


另一位糕富帅就是氢元素的正式发现和命名者:拉瓦锡(Antoine Lavoisier)其也是富二代,他父母和姨妈给他留了巨额财富,用现在的话说,那是一车又一车的切糕啊。也是法国火药局的局长和皇家科学院的教授。其和牛顿的地位,类似于北乔峰南慕容。亦或者乔布斯和盖茨。亦或者是苍井空和松岛枫。

回到我们的正题,氢的发现是怎么回事?

其实这个有记录可以考察的情况是这样的,在十六世纪,一名瑞士的医生,混口饭吃跑江湖的那种,而不是正经牌照的,不过混的很好。也就是类似中国古代的炼金术师,他叫帕拉塞许(Paracelsus),曾经记录报告过:铁和强酸可以产生一种气体,能够燃烧。

之后呢?没有了,当时的人们的整个化学体系都没有元素这一说。就把空气看成一种元素,其他气体是含杂质的空气,空气包打天下。不了了之。

再之后,雷姆利(Nicolas Lémery法国),波以耳(Robert Boyle英国),罗门洛索夫(Mikhail Vasilievich Lomonosov俄国)同样也发现了和瑞士医生一样的现象。法国人马柯和普利斯特里(Joseph Priestley)做了点燃氢气的实验,收集到了水滴的产物。但迫于检查手段和化学体系的羸弱。最后与氢的发现,擦肩而过。

接下来就是我们的著名糕富帅---卡文迪许,他在1766年,经过仔细实验,锌铁与盐酸的反应等等,利用我们在中学都学过的排水法搜集到了氢气,并且燃烧生成了水,测出了密度是空气的十分之一不到。但这位大哥,最后还是陷入了当时流行的燃素(phlogiston)说,还是很可惜的没有把氢妹成功。

最后还是看我们的另一位高富帅,英国官一代,富二代,拉瓦锡,这位也是近代化学元素概念的创始人。他很有头脑,也很有狗屎运,重复了卡文迪许的实验,最后得出了一个结论:水不是一种元素,水是由这中搜集到其他氧化而得的的氧化物。

看到这里,也许大家都有点糊涂,水怎么会是一种元素?恩,其实这在以前人们的认知里的一种旧有体系,比如,传说中的四元素,五元素,中国的五行,金木水火土等等。水在以前人们的眼里,那就是一种“元素”。

好了,拉瓦锡最终命名了氢气命名为hydrogen,希腊语的是意思是产生水的元素,日语和韩语里,叫氢为水素。

氢妹子开始粉墨登场了。。。。。。

======求大家切糕救济和支持


第二章 氢元素在战争中的初始应用

传说中,横跨大西洋的兴登堡号氢气飞艇。如下图
220px-Hindenburg_at_lakehurst.jpg220px-D-LZ129_Deutchlandfahrt_March_26-29_1936.jpg
很出名,但可惜最后在美国新泽西降落的时候,人品用光了,因为电线和天气原因,突然起火爆炸,很短时间内就烧没了。让人难过

其前身是齐柏林飞艇,这个飞艇是德国人齐柏林在一战的时候就建造的,德国人在上面放了机枪,机炮,还有炸弹,最后还放上了大炮,卧槽,比美国人的C130上炮还早。

当然了这种飞艇,一般是侦察和预警之用,到了后来飞机发展越来越快,它没落的很厉害,毕竟它太慢了,太焦脆了。随便一个骆驼,台风,或者再后面的喷火,随便来两梭子就挂了。

但是在战争 军事领域里,初期应用更多的还是中小型无人氢气球,非常早的时候用来送情报,据谣传美国南北战争的时候,北方帮派使用了氢气球送情报,打赢了这场火拼,取得了扛把子的地位。

更早的时候,奥地利人使用了长导火索,计算好了飘落时间,长导火索燃烧把绳索烧断,将氢气球上的炸弹扔到了意大利威尼斯人那里,人品真是没的说,导火索的时间计算的那么精准,当然了后来奥地利和威尼斯被拿破仑平推了过去。暂且不表了。

之后普法战争中,法国人内政部长被普鲁士人围困在巴黎了,他想跳出这铁桶阵,发起土鳖版的农村包围巴黎,这位内政部长就想到了氢气球,用这个带着自己飞出了巴黎,当时的普鲁士人用的德雷塞1865式击针枪,射速给力,貌似射高不给力啊。f636afc379310a550120a360b74543a982261019.jpg

到了后来,二战期间,离日本人投降不远的前一年,日本人也想学奥地利那一套,他们也是用氢气球炸弹,利用氢气的缓慢泄露,然后在目的地坠落,上面有15公斤的炸弹,据说当时弄了一万个氢气球,不过到了美国的只有一千个。。。大部分都是掉在了没有人烟的地方。且不说当时还炸死一个露营的家庭,仅从军事角度看,日本人的人品在初期爆棚,到了末期没有了。后来,美国人以眼还眼在进攻日本本土的时候,利用轰炸机投放蝙蝠燃烧弹,利用蝙蝠喜欢寄居在木质房屋的特性,把蝙蝠身上带上微型燃烧弹,想火烧连营。可惜美国人的人品透支了,这些蝙蝠在高空就冻僵了。。。360截图20121206162004602.jpg

20121202075730783.jpg

在二战后,人类不多久,开始进入了冷战,这是个奇葩而又壮丽的年代,这是美苏两个街霸在街头表演“你用酒瓶砸自己脑袋一下,我就敢用酒缸砸自己脑袋两下”的军备竞赛疯狂。大有唐伯虎点秋香里的那个“谁比我更狠”的悲壮搞笑
360截图20121206163101358.jpg

朝鲜战争后,美国人开始研制世界第一台氢氧发动机RL10发动机,膨胀循环的。
360截图20121206163506513.jpg360截图20121206163451316.jpg

之后就是传说中的土星五号登月火箭,这个被网友戏称为可以当成旅大级驱逐舰竖起来发射的神器,大家很多时候记得是第一级巨大的F1煤油发动机,上面级的J-2发动机不是很火爆流行。

J-2发动机是美国在1960年开始研制的大推力氢氧发动机。它采用燃气发生器循环。
360截图20121206164218517.jpg

之后,美国人为航天飞机研制了SSME氢氧发动机,分级燃烧循环,可重复使用。
360截图20121206164459158.jpg

回头看前苏联
D-56(KVD-1)是前苏联为登月任务研制的氢氧发动机。采用分级燃烧循环,具有多次启动能力。
之后是D-57发动机,它采用分级燃烧循环,本来是给登月火箭作为上面级用的。
当N1巨型火箭放了几次大爆竹后。

毛子转向了能源号火箭,RD-170这种神器发动机,也就出来了,我国那是相当的口水这个发动机啊,可惜不卖我们,推力巨大,每台推力高达740吨,变态啊。当然了美国人的煤油F1更是达到了950吨,两个禽兽啊。
5c28a31b1ef4d04c34fa415d.jpg

在这里简单解释一下几种氢氧机的循环方式。

分级燃烧循环(staged combustion cycle)也叫高压补燃循环,属于双元液体推进剂火箭发动机的动力循环,也就是说氢氧,煤油液氧,偏二甲肼和四氧化二氮之类的液体发动机,我们的牛逼长征系列以前用的就是用的偏二甲肼和四氧化二氮,推力够使,并且比液氧液氢好储存,也就是道上兄弟们经常说的,便宜量又足。不过这玩意毒性大啊,对工作人员和周围环境始终是个隐患,虽然在发射场周围的植被和动物倒貌似没有什么影响。现在咱们土鳖国开始搞液氧煤油了,安全,便宜,量足,当然了科技含量和难度也高。此乃中间插曲暂且告一段落。

继续回到分级燃烧循环,一部分燃料在预燃室燃烧,(啥是预燃烧室?看下图,这个东西类似航空发动机里的涡轮核心机,没有这个预燃烧室,一系列的泵都不能转了,没有驱动了)产生高温燃气推动发动机的涡轮和泵。随后废气(氢氧燃烧后的)和推进剂(这个说一下,这个推进剂就是氢氧混合物)一起注入燃烧室。
3ac79f3df8dcd100d338970a728b4710b9122f70.jpg

分级燃烧循环的主要优势是所有燃气和热量都通过燃烧室(这个燃烧室就是我们可以看到火箭上的那个大喷管)排除,基本没有损失。因此这种循环也常称为“闭式循环”。

分级燃烧循环带来的另一个重要优点就是能承受非常高的燃烧室压力,这致使更大膨胀比的喷嘴可以用在发动机上。而主要缺点就是涡轮机(这个和航发的臭毛病一样)的工作环境苛刻,需要添加许多额外的导管来输送高温燃气,还必须设计很复杂的反馈控制系统(自动控制和反馈)。但是这玩意有个问题,就是预燃烧室把废气排往燃烧室的时候,需要承受反压,形象的说就是海水倒灌回来了,这个又得设计一系列的东西去应付,不知不觉的不可避免的降低了涡轮机对推进剂的推动效率。所以人们就设计了一个简化版,预燃烧室的废气直接排到发动机外面,不到主燃烧室了,简化了设计和避免了相关恶劣变数。就是下面的燃气发生器循环。


燃气发生器循环(Gas-generator cycle):也叫开式循环,也和上面的循环一样属于双液推进剂的动力循环。
5327ce16e7e47001962b437f.jpg
大部分结构类似,就是上面说的废气直接排走了。涡轮机能的工作效率提高,反而增加了发动机的比冲。并且涡轮机的寿命也更高一些,重型火箭比较喜欢好这一口。当然了和闭式循环比,开式循环的总效率终究还是低一些,废气的能量没有利用呗。

膨胀循环(Expander cycle)同属双液推进剂火箭发动机的一种动力循环,能提高燃料供给的效率。

在膨胀循环中,燃料燃烧前通常被主燃烧室余热的加热。 当液态燃料通过在燃烧室壁里的冷却通道时,相变成气态。 气态燃料产生的气压差(如下图那样,燃烧室那边的液氢变成了气态,离开燃烧室后的液氢温度降低,这个就形成了气压差,有点像北方家里的那种自供循环暖气啊。。。)推动涡轮泵转动。 从而使推进剂高速进入推力室燃烧产生推力。
e850352ac65c10385e72afe9b2119313b07e8988.jpg
钟罩形的发动机由于没有足够的喷嘴面积来加热燃料来驱动涡轮机,因此单纯的膨胀循环发动机的推力最多30吨。而这必须使用低温燃料,例如液氢、甲烷、丙烷等,这些燃料可以轻易达到沸点。才能更好的完成循环驱动

但是大家就问了,传说中魔鬼级别的F1煤油机高达690吨的推力,那是怎么搞的?它使用燃气发生器来启动涡轮机,直到燃烧室和喷管加热的燃料产生的压力能独自启动涡轮机。但是F1当时的燃烧不稳定,美国人最后在燃烧室就是那个大钟里放了炸药。。。别误会其实是爆燃物,用来测试运行过程中的燃料配比。

说句题外话,F1是如此巨大,管道可以爬一个小孩,其推进剂流量的消耗极快,10秒钟差不多消耗一个10米宽,10米长,1米深的游泳池的水。

挤压循环(pressure-fed cycle)是火箭发动机动力循环的一种形式。推进剂受高压气体挤压,进入燃烧室。

挤压循环的优点就是避开了结构复杂的涡轮机,泵和输送管道。因为使用挤压循环可以大幅降低发动机成本和复杂度。其缺点就是产生的压力不够高,因而发动机效率不高。

美国的太空船常采用这种循环,如阿波罗飞船的服务舱发动机,登月舱发动机及其姿态控制发动机。
Pressure_fed_rocket_cycle_zh.jpg



第二章 氢元素在战争中的初始应用

传说中,横跨大西洋的兴登堡号氢气飞艇。如下图
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很出名,但可惜最后在美国新泽西降落的时候,人品用光了,因为电线和天气原因,突然起火爆炸,很短时间内就烧没了。让人难过

其前身是齐柏林飞艇,这个飞艇是德国人齐柏林在一战的时候就建造的,德国人在上面放了机枪,机炮,还有炸弹,最后还放上了大炮,卧槽,比美国人的C130上炮还早。

当然了这种飞艇,一般是侦察和预警之用,到了后来飞机发展越来越快,它没落的很厉害,毕竟它太慢了,太焦脆了。随便一个骆驼,台风,或者再后面的喷火,随便来两梭子就挂了。

但是在战争 军事领域里,初期应用更多的还是中小型无人氢气球,非常早的时候用来送情报,据谣传美国南北战争的时候,北方帮派使用了氢气球送情报,打赢了这场火拼,取得了扛把子的地位。

更早的时候,奥地利人使用了长导火索,计算好了飘落时间,长导火索燃烧把绳索烧断,将氢气球上的炸弹扔到了意大利威尼斯人那里,人品真是没的说,导火索的时间计算的那么精准,当然了后来奥地利和威尼斯被拿破仑平推了过去。暂且不表了。

之后普法战争中,法国人内政部长被普鲁士人围困在巴黎了,他想跳出这铁桶阵,发起土鳖版的农村包围巴黎,这位内政部长就想到了氢气球,用这个带着自己飞出了巴黎,当时的普鲁士人用的德雷塞1865式击针枪,射速给力,貌似射高不给力啊。f636afc379310a550120a360b74543a982261019.jpg

到了后来,二战期间,离日本人投降不远的前一年,日本人也想学奥地利那一套,他们也是用氢气球炸弹,利用氢气的缓慢泄露,然后在目的地坠落,上面有15公斤的炸弹,据说当时弄了一万个氢气球,不过到了美国的只有一千个。。。大部分都是掉在了没有人烟的地方。且不说当时还炸死一个露营的家庭,仅从军事角度看,日本人的人品在初期爆棚,到了末期没有了。后来,美国人以眼还眼在进攻日本本土的时候,利用轰炸机投放蝙蝠燃烧弹,利用蝙蝠喜欢寄居在木质房屋的特性,把蝙蝠身上带上微型燃烧弹,想火烧连营。可惜美国人的人品透支了,这些蝙蝠在高空就冻僵了。。。360截图20121206162004602.jpg

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在二战后,人类不多久,开始进入了冷战,这是个奇葩而又壮丽的年代,这是美苏两个街霸在街头表演“你用酒瓶砸自己脑袋一下,我就敢用酒缸砸自己脑袋两下”的军备竞赛疯狂。大有唐伯虎点秋香里的那个“谁比我更狠”的悲壮搞笑
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朝鲜战争后,美国人开始研制世界第一台氢氧发动机RL10发动机,膨胀循环的。
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之后就是传说中的土星五号登月火箭,这个被网友戏称为可以当成旅大级驱逐舰竖起来发射的神器,大家很多时候记得是第一级巨大的F1煤油发动机,上面级的J-2发动机不是很火爆流行。

J-2发动机是美国在1960年开始研制的大推力氢氧发动机。它采用燃气发生器循环。
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之后,美国人为航天飞机研制了SSME氢氧发动机,分级燃烧循环,可重复使用。
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回头看前苏联
D-56(KVD-1)是前苏联为登月任务研制的氢氧发动机。采用分级燃烧循环,具有多次启动能力。
之后是D-57发动机,它采用分级燃烧循环,本来是给登月火箭作为上面级用的。
当N1巨型火箭放了几次大爆竹后。

毛子转向了能源号火箭,RD-170这种神器发动机,也就出来了,我国那是相当的口水这个发动机啊,可惜不卖我们,推力巨大,每台推力高达740吨,变态啊。当然了美国人的煤油F1更是达到了950吨,两个禽兽啊。
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在这里简单解释一下几种氢氧机的循环方式。

分级燃烧循环(staged combustion cycle)也叫高压补燃循环,属于双元液体推进剂火箭发动机的动力循环,也就是说氢氧,煤油液氧,偏二甲肼和四氧化二氮之类的液体发动机,我们的牛逼长征系列以前用的就是用的偏二甲肼和四氧化二氮,推力够使,并且比液氧液氢好储存,也就是道上兄弟们经常说的,便宜量又足。不过这玩意毒性大啊,对工作人员和周围环境始终是个隐患,虽然在发射场周围的植被和动物倒貌似没有什么影响。现在咱们土鳖国开始搞液氧煤油了,安全,便宜,量足,当然了科技含量和难度也高。此乃中间插曲暂且告一段落。

继续回到分级燃烧循环,一部分燃料在预燃室燃烧,(啥是预燃烧室?看下图,这个东西类似航空发动机里的涡轮核心机,没有这个预燃烧室,一系列的泵都不能转了,没有驱动了)产生高温燃气推动发动机的涡轮和泵。随后废气(氢氧燃烧后的)和推进剂(这个说一下,这个推进剂就是氢氧混合物)一起注入燃烧室。
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分级燃烧循环的主要优势是所有燃气和热量都通过燃烧室(这个燃烧室就是我们可以看到火箭上的那个大喷管)排除,基本没有损失。因此这种循环也常称为“闭式循环”。

分级燃烧循环带来的另一个重要优点就是能承受非常高的燃烧室压力,这致使更大膨胀比的喷嘴可以用在发动机上。而主要缺点就是涡轮机(这个和航发的臭毛病一样)的工作环境苛刻,需要添加许多额外的导管来输送高温燃气,还必须设计很复杂的反馈控制系统(自动控制和反馈)。但是这玩意有个问题,就是预燃烧室把废气排往燃烧室的时候,需要承受反压,形象的说就是海水倒灌回来了,这个又得设计一系列的东西去应付,不知不觉的不可避免的降低了涡轮机对推进剂的推动效率。所以人们就设计了一个简化版,预燃烧室的废气直接排到发动机外面,不到主燃烧室了,简化了设计和避免了相关恶劣变数。就是下面的燃气发生器循环。


燃气发生器循环(Gas-generator cycle):也叫开式循环,也和上面的循环一样属于双液推进剂的动力循环。
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大部分结构类似,就是上面说的废气直接排走了。涡轮机能的工作效率提高,反而增加了发动机的比冲。并且涡轮机的寿命也更高一些,重型火箭比较喜欢好这一口。当然了和闭式循环比,开式循环的总效率终究还是低一些,废气的能量没有利用呗。

膨胀循环(Expander cycle)同属双液推进剂火箭发动机的一种动力循环,能提高燃料供给的效率。

在膨胀循环中,燃料燃烧前通常被主燃烧室余热的加热。 当液态燃料通过在燃烧室壁里的冷却通道时,相变成气态。 气态燃料产生的气压差(如下图那样,燃烧室那边的液氢变成了气态,离开燃烧室后的液氢温度降低,这个就形成了气压差,有点像北方家里的那种自供循环暖气啊。。。)推动涡轮泵转动。 从而使推进剂高速进入推力室燃烧产生推力。
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钟罩形的发动机由于没有足够的喷嘴面积来加热燃料来驱动涡轮机,因此单纯的膨胀循环发动机的推力最多30吨。而这必须使用低温燃料,例如液氢、甲烷、丙烷等,这些燃料可以轻易达到沸点。才能更好的完成循环驱动

但是大家就问了,传说中魔鬼级别的F1煤油机高达690吨的推力,那是怎么搞的?它使用燃气发生器来启动涡轮机,直到燃烧室和喷管加热的燃料产生的压力能独自启动涡轮机。但是F1当时的燃烧不稳定,美国人最后在燃烧室就是那个大钟里放了炸药。。。别误会其实是爆燃物,用来测试运行过程中的燃料配比。

说句题外话,F1是如此巨大,管道可以爬一个小孩,其推进剂流量的消耗极快,10秒钟差不多消耗一个10米宽,10米长,1米深的游泳池的水。

挤压循环(pressure-fed cycle)是火箭发动机动力循环的一种形式。推进剂受高压气体挤压,进入燃烧室。

挤压循环的优点就是避开了结构复杂的涡轮机,泵和输送管道。因为使用挤压循环可以大幅降低发动机成本和复杂度。其缺点就是产生的压力不够高,因而发动机效率不高。

美国的太空船常采用这种循环,如阿波罗飞船的服务舱发动机,登月舱发动机及其姿态控制发动机。
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化学专业的屌丝期待科普!


第三章 氢元素在战争中曾经的沉寂

氢气在战争,是华丽登场,剑走偏锋。但是随着兴登堡号的那次世纪灾难,人类对氢气这种极其活泼的燃烧性气体,望而生畏,闻之色变。

之后在冷战里面,两个恶霸在氢氧机上的荷尔蒙爆发,造就了一个又一个氢氧机妹纸。经常时不时就往天上射上一发,然后拉着妹纸在全世界人民面前得瑟现。

关于天朝的YF77,具体指数,还是不知道,不清楚,但在稳步前进中,毕竟土鳖的巨型火箭就要立项了,新的氢氧机预研ING。

可惜液氢妹纸太傲娇,液氢的一些列保存和使用,太麻烦,太费劲。全液氢的火箭,不多,安全性不给力啊。

液氢加注的时候,只要泄露出一定量的氢气,包括火箭电路火花,容器和其他设备静电放电、现场的热气体和设备热表面、加注人员和设备不小心造成的机械火花、谐振波和冲击波都可能引起爆炸。液氢又很奇葩,液态不导电,容易让静电积累。

挑战者号航天飞机的悲剧,也是因为当时的O型密封环坏了,固体助推器燃了,撞到了主燃料箱,就是那个巨大的橘黄色的东西,开始是撞到液氧舱,崩了,然后是液氢崩了,在高空就爆了,很让人难过。
360截图20121206172906943.jpg

让我们把视角从太空拽回到深海。现代小核潜艇的AIP潜艇,也用到氢这个元素。

AIP英文全称为Air Independent Propulsion,指的是“不依赖空气动力推进装置”。大家都知道,自从潜艇发明以来,除了核潜艇,其他潜艇都有个毛病,需要过段时间浮上来,伸出通气孔,轰隆隆的开柴油机给蓄电池充电,然后才能继续下水干活。这个在紧急战争时期和隐蔽作战的情况下,是非常要老命的。
下图是u214级aip燃料电池攻击潜艇
20071002113703210.jpg20071002113704820.jpg
通过液氧这个自带的氧化剂,人们实现了较长时间隐蔽不上浮的目的,但是这个东西设计起来,是个麻烦,比如闭式循环有柴油机和汽轮机,著名的是瑞典的斯特林发动机,有在原有的柴油机改造的,有类似汽轮机推动发电的,这些都实现了不依赖外界空气的要求,但问题是过程中有废气需要排出,这是个麻烦,还有就是能量转换效率不高。

所以,新发展了一种燃料电池(FC/AIP)系统,是目前最具竞争力的AIP系统,而其中最有前途的是质子交换膜燃料电池(PEMFC)。 其工作原理实际上就是电解水的逆过程。

原理图
20091112161726152095.jpg

氢氧电池的好处不少,首先是能量转换效率高,理论是100%,实际也达到了70%,这个很恐怖了。直接变成电能量,过程无机械运动和噪音,并且有个牛逼的爆气技能,可以短时间内过载能力达到而定功率的两倍。其他热机做不到。

还有个和大家经常念叨的电磁弹射类似属性,其可以随着输出功率变化而适应调整,不会因为输出功率小了,效率就降低了,不产生浪费。诸如燃气轮机和其他热机却都有个最佳转速和最适宜功率的狭窄范围,限制大。氢氧电池的功率适宜变化范围宽。

但是上面一大堆好,也难掩氢这个瓜娃子的淘皮(北京话说就是:实在太淘了,太皮了),还是老问题,泄露问题,稍微泄露点氢出来,那么在深海潜伏的潜艇身上,就是个灾难,密闭空间爆炸是很恐怖的。还有就是贵,老贵了。咱没有赵本山大叔那么不差钱,普通打酱油的小国家,真买不起和用不起啊。


--------------------------------------储氢分割线---------------------------------------

所以现在世界各地的科学家,和大国强国都在奋力去解决这个问题,唉氢这东西,可操作压缩密度小,液化也不是个解决办法,得不偿失,压缩和保存的成本,往往出现豆腐成了肉价钱,全是泪啊。

目前有进展的是金属氢化物,金属、合金或金属间化合物与氢反应生成的氢化物。在一定条件下(比如镧镍合金可以在稍微加热的情况下)可释放氢,用做贮氢材料。 但是金属氢化物的重量密度低,不给力。目前比较新的消息是有一种新的分子,是包含金属铱原子的水溶性分子,在不高的压力下把氢气转换成似于液体,该分子可以在常温和常压下自然地存储和释放氢气。具体原理是打破了氢气的两个原子之间的链,差不多算是打断了键,不算是暴力打断,而是有其他催化剂和这个水溶性分子的特殊结构的诱导。很奇妙。这篇论文我还没有去找,是在自然化学杂志上,我找到了,就给大家贴上来。

话说回来,储氢这个技术,宛如有点核聚变那样,美好的未来让人流口水,志玲姐姐在宝岛上亭亭玉立,秀色可餐,而我等宅男只能大呼包围某某某,活捉林志玲。
QQ截图20121208213735.jpg
核聚变和储氢就是这样的情况,我们可以对着电脑上的志玲姐撸个没完。但是实际上还差的很远。

储氢,就像核聚变的高温持续秒数一样,人类只能在沉寂中耐心等待。

PS:也许在另一个异次元世界的修真人士们正在为咱们这个世界的人类捉急------来两个空间储物戒指不就解决问题了吗?

第三章 氢元素在战争中曾经的沉寂

氢气在战争,是华丽登场,剑走偏锋。但是随着兴登堡号的那次世纪灾难,人类对氢气这种极其活泼的燃烧性气体,望而生畏,闻之色变。

之后在冷战里面,两个恶霸在氢氧机上的荷尔蒙爆发,造就了一个又一个氢氧机妹纸。经常时不时就往天上射上一发,然后拉着妹纸在全世界人民面前得瑟现。

关于天朝的YF77,具体指数,还是不知道,不清楚,但在稳步前进中,毕竟土鳖的巨型火箭就要立项了,新的氢氧机预研ING。

可惜液氢妹纸太傲娇,液氢的一些列保存和使用,太麻烦,太费劲。全液氢的火箭,不多,安全性不给力啊。

液氢加注的时候,只要泄露出一定量的氢气,包括火箭电路火花,容器和其他设备静电放电、现场的热气体和设备热表面、加注人员和设备不小心造成的机械火花、谐振波和冲击波都可能引起爆炸。液氢又很奇葩,液态不导电,容易让静电积累。

挑战者号航天飞机的悲剧,也是因为当时的O型密封环坏了,固体助推器燃了,撞到了主燃料箱,就是那个巨大的橘黄色的东西,开始是撞到液氧舱,崩了,然后是液氢崩了,在高空就爆了,很让人难过。
360截图20121206172906943.jpg

让我们把视角从太空拽回到深海。现代小核潜艇的AIP潜艇,也用到氢这个元素。

AIP英文全称为Air Independent Propulsion,指的是“不依赖空气动力推进装置”。大家都知道,自从潜艇发明以来,除了核潜艇,其他潜艇都有个毛病,需要过段时间浮上来,伸出通气孔,轰隆隆的开柴油机给蓄电池充电,然后才能继续下水干活。这个在紧急战争时期和隐蔽作战的情况下,是非常要老命的。
下图是u214级aip燃料电池攻击潜艇
20071002113703210.jpg20071002113704820.jpg
通过液氧这个自带的氧化剂,人们实现了较长时间隐蔽不上浮的目的,但是这个东西设计起来,是个麻烦,比如闭式循环有柴油机和汽轮机,著名的是瑞典的斯特林发动机,有在原有的柴油机改造的,有类似汽轮机推动发电的,这些都实现了不依赖外界空气的要求,但问题是过程中有废气需要排出,这是个麻烦,还有就是能量转换效率不高。

所以,新发展了一种燃料电池(FC/AIP)系统,是目前最具竞争力的AIP系统,而其中最有前途的是质子交换膜燃料电池(PEMFC)。 其工作原理实际上就是电解水的逆过程。

原理图
20091112161726152095.jpg

氢氧电池的好处不少,首先是能量转换效率高,理论是100%,实际也达到了70%,这个很恐怖了。直接变成电能量,过程无机械运动和噪音,并且有个牛逼的爆气技能,可以短时间内过载能力达到而定功率的两倍。其他热机做不到。

还有个和大家经常念叨的电磁弹射类似属性,其可以随着输出功率变化而适应调整,不会因为输出功率小了,效率就降低了,不产生浪费。诸如燃气轮机和其他热机却都有个最佳转速和最适宜功率的狭窄范围,限制大。氢氧电池的功率适宜变化范围宽。

但是上面一大堆好,也难掩氢这个瓜娃子的淘皮(北京话说就是:实在太淘了,太皮了),还是老问题,泄露问题,稍微泄露点氢出来,那么在深海潜伏的潜艇身上,就是个灾难,密闭空间爆炸是很恐怖的。还有就是贵,老贵了。咱没有赵本山大叔那么不差钱,普通打酱油的小国家,真买不起和用不起啊。


--------------------------------------储氢分割线---------------------------------------

所以现在世界各地的科学家,和大国强国都在奋力去解决这个问题,唉氢这东西,可操作压缩密度小,液化也不是个解决办法,得不偿失,压缩和保存的成本,往往出现豆腐成了肉价钱,全是泪啊。

目前有进展的是金属氢化物,金属、合金或金属间化合物与氢反应生成的氢化物。在一定条件下(比如镧镍合金可以在稍微加热的情况下)可释放氢,用做贮氢材料。 但是金属氢化物的重量密度低,不给力。目前比较新的消息是有一种新的分子,是包含金属铱原子的水溶性分子,在不高的压力下把氢气转换成似于液体,该分子可以在常温和常压下自然地存储和释放氢气。具体原理是打破了氢气的两个原子之间的链,差不多算是打断了键,不算是暴力打断,而是有其他催化剂和这个水溶性分子的特殊结构的诱导。很奇妙。这篇论文我还没有去找,是在自然化学杂志上,我找到了,就给大家贴上来。

话说回来,储氢这个技术,宛如有点核聚变那样,美好的未来让人流口水,志玲姐姐在宝岛上亭亭玉立,秀色可餐,而我等宅男只能大呼包围某某某,活捉林志玲。
QQ截图20121208213735.jpg
核聚变和储氢就是这样的情况,我们可以对着电脑上的志玲姐撸个没完。但是实际上还差的很远。

储氢,就像核聚变的高温持续秒数一样,人类只能在沉寂中耐心等待。

PS:也许在另一个异次元世界的修真人士们正在为咱们这个世界的人类捉急------来两个空间储物戒指不就解决问题了吗?


第四章 爱因斯坦轻抚氢头笑不语

我没有什么特别的才能,不过喜欢寻根刨底地追究问题罢了。 -----爱因斯坦

下面一张图片是1927年摄于国际索尔维物理研究所,号称汇集全球三分之一智慧的照片,这群人的智商抠出来也得好几十吨------中国著名艺术大师兼著名厨师范伟

ifAMi.jpg
第三排:奥古斯特·皮卡尔德、E. Henriot、保罗·埃伦费斯特、Ed. Herzen、Théophile de Donder、欧文·薛定谔、E. Verschaffelt、沃尔夫冈·泡利、沃纳·海森堡、R.H.福勒、里昂·布里渊,

第二排:彼得·德拜、马丁·努森、威廉·劳伦斯·布拉格、Hendrik Anthony Kramers、保罗·狄拉克、亚瑟·康普顿、路易·德布罗意、马克斯·波恩、尼尔斯·玻尔,

第一排:欧文·朗缪尔、马克斯·普朗克、玛丽·居里、亨得里克·洛仑兹、阿尔伯特·爱因斯坦、保罗·朗之万、Ch. E. Guye、C.T.R.威尔逊、O.W.里查森


------------------------------------------超大骑光使者分割线-----------------------------------


关于爱因斯坦这位大佬的身世和生平事迹,笔者不再过多赘述,这位牛逼人物12岁就开始自学微积分和解析几何,对与吾等屌丝那是只能仰望,当然了当年笔者15岁也想装个13,拿着兄长和姐姐的经济学微积分到学校去装13,在课桌里放了三年,闲暇出来拿出来趁着人多才看。。。。

当我们10岁不到的年纪里,我们可能正在小学里每天想很多那个年纪该想的事情,但爱因斯坦就开始想他如果骑着光束,看周围世界是什么个状况?老实坦白,我那个年纪每天想的是考试分数,玩,零食,女人,哦不,是女孩。

这就是人与人的思考角度不同,没办法,每个人的道路都不一样,我们不能强求老天爷都给我们按个大沟壑回路的大脑,就像爱因斯坦一样。

话归正题,爱因斯坦一辈子搞了很多牛逼闪闪的科学壮举,其中有让他得炸药奖的那个光电效应,这不最近莫言也得了,爱因斯坦很巧合的是在去上海和日本的半路上收到获奖电报的,那个时候日本人正在搞小动作,中国的劳苦大众们还是在受难中,期间爱因斯坦和蔡元培有过短暂接触,但没有擦出什么基情的火花,1922年的年底,这俩人约好在年底下旬到中国北平做学术访问,可惜期间有种种误会吧,爱因斯坦从日本到了上海,然后就去了新加坡,据说是因为薪水报酬的问题,也可能是有日本人在其中作梗,还可能是因为当时中国的乱。。。让人感慨,爱因斯坦也算是非常有人道主义和同情心的科学家,在日本开始无节操搞事的时候,爱因斯坦经常批评和骂日本,但是国际社会无动于衷啊,最后给笔者的感觉和一个感慨就是:“不论是一个国家,还是一个人,一定要自强,否则一直赢弱不堪,即使是圣人也会最后看不起你。”同理对现在社会上的没毕业和刚毕业,或者混了几年社会的屌丝们,没钱,没事业,就不要奢求女神的爱情。尼玛爱因斯坦都不给我1922年天朝的面子,更何况女人对区区一个屌丝呢?没有别的办法,只有两个字:雄起!

继续聊爱因斯坦,他还提出了宇宙常数,爱因斯坦认为宇宙在广义范围是不涨不缩,这个东西,曾经被哈勃批了,爱因斯坦也认栽了,但随着暗物质和暗能量的研究,现在又峰回路转,科学家也有点懵了,鬼知道这个宇宙常数到底是严格对还是严格错。

当然了,niubility的相对论,广义还是狭义,我们都不能落下,这个理论,笔者还真不好几句通俗的解释,除非我是吹牛逼。。。

简单形而上学的说一下,狭义相对论,这个狭义相对论本质上是一种假设,一个假设是一个没有窗户的火车,静止还是匀速运动,里面的人都无法感知其区别。第二个是大家都听说过的光速不变理论。为什么光速会不变。。。根据实验测出实际情况而进行的假设。

说句题外话,任何理论,都不可能是完全完美的,都是有瑕疵的,任何理论,都或多或少都有假设的前提,成功靠谱的理论,就是要有一个靠谱的假设,大到相对论,小到我去吃饭吹牛打屁。欧几里的几何都是有假设,很多几何原理在现代都已经被证明在某些情况下失效,因为其假设在某些情况不靠谱。

回到狭义相对论,因为光速不变的确靠谱,爱因斯坦推出了不少东西,就有著名的质能方程。而且还推导出来不少和人们常规认知不一样的东西,但科学实验证明了其是靠谱的。比如其实我们这个世界的空间和时间不是一大块固定的果冻,而是我们每个人,每个物,都有自己的空间和时间,然后再整合到一起,至于其间是怎么整合的,我老实交待。。。反正我是不知道。

广义相对论,把惯性系推广到了非惯性系,非惯性系通俗的讲就是有变速的情况,很重要的一点就是把引力和加速等效,引力可以将其所在空间弯曲,这样光线实际走的是直线,但在另一个地方看,是走的曲线。举个不恰当的例子就是一个人在烈日下直线跑,他的影子却在不平的地面起伏不定。
9d82d158ccbf6c81fce437cbbc3eb13532fa40c5.jpg

--------------------------相对论吐槽完毕,口吐白沫ING-------------------------------


当当当~终于到了,本章的正题,质能方程,E=mc^2,这是每个理工科屌丝男挂在嘴边的名牌词汇,宛如乔丹空中作业的时候要招牌吐舌头,亦如柳岩妹妹走秀必然要show事业线。。。

因为光速不变的假设理论的确靠谱,推导出物质的静止能量和相对动能量是不变的,但是内部可以互相转换,但质量失去了,也就意味着一部分动能量产生了,诸如核聚变的氚氘聚变成一个氦,其质量是下降了,丢失的质量转换成巨大的能量,也就是氢弹百万吨到千万吨TND当量来源。
0bd162d9f2d3572c36cfa9c38a13632762d0c3fb.gif
同理,核裂变也是如此,重元素裂变成多个较轻元素。铀235 ===> 钡138 + 氪95,也可能是氙+锶,或锑+铌,还可能裂变为三部分或四部分。
QQ截图20121208165808.jpg


--------------------------氢弹背景介绍差不多完毕-------------------------------

氢弹用的氚化锂和氘化锂,因为这些化合物比较好保存,第一颗氢弹是用压缩液化的氘,几十吨制冷和保存设备,吓人。

在我们日常生活中,那些用的氢元素,大部分是氕。氕有一个质子和电子,没有中子。中子就像是人体的肌肉,氕是搓衣板身材,精瘦精瘦。而且氕是宇宙中存货最多的元素之一。
u=2712976571,123943818&fm=0&gp=0.jpgQQ截图20121208172151.jpg

然后第二个兄弟是氚,开始有了中子,就像人有了肌肉块儿,属于李小龙级别,有爆发力,有一个质子,一个电子,有一个中子。
bd315c6034a85edf6f3e705749540923dd547510.jpgQQ截图20121208172339.jpg

最后是重量级的这位氚,有两个中子,一个质子,一个电子。大块头,大鲨鱼奥尼尔那样的。
cc11728b4710b912bbd496d6c3fdfc0392452284.jpg1597651967810979166.jpg

氢弹是氚和氘进行聚变反应生成氦和一个中子,质量有损失,放出大量能量,这就是氢弹威力的基本原理。
rw573724.jpg

简单的讲,就是李小龙和奥尼尔干架,打的昏天黑地,最后发展出革命的友情火花,然后变身成为春哥和伴随着巨大威力。
QQ截图20121208172339.jpg+1597651967810979166.jpg= QQ截图20121208174221.jpg


----------------------------------永生分割线---------------------------------------

不要低估春哥的威力,同样不能低估氢弹的威力,但是氢弹在以前有个问题,那就是核聚变的反应需要在超高温超高压的极端情况才能进行,如何快速便捷的满足这个要求,科学家很快就自己找到原子弹这个合格入门砖上,原子弹爆炸的时候,温度足够高(貌似达到5000万度),压力足够大,可以起到引发核聚变(1400万度)的作用。

这个也就不可避免参杂入了原子弹这个重放射性污染问题,虽然之后人们提高了聚变的比重,降低了核裂变的权重,美国人据说达到了百分之几的核裂变比例,这个比之前百分之五十的比例低不少了,但是这个还是不干净,毕竟放射性问题,是几千年几万年更久的事情。

目前人们想搞的是靠激光来引爆氢弹,可惜貌似还在摸索。

至此,氢弹很好,但是天上的星星,只能看,不能摘。核武器有点尴尬,形成了制衡,战术化的核武器需求越来越高。但是放射性问题,始终卡着人们。

PS:说句题外话,土鳖在原子弹爆了之后,两年多就引爆了氢弹,法国人都赶不上了,急的啊,戴高乐都拍桌子了。幸亏中国有于敏啊,创造了于敏构型,让核聚变燃料在特殊的空间,时间,状态,姿势等情况下,把原子弹引爆的能量高效利用起来,否则根本不能引发核聚变。至于这个构型,那是流氓国之间的机密里的机密,流氓国之间形成了团伙,禁止其他国家踏入这个门槛。知道这个构型的人员,不管能不能出境,都是五国重点关照对象啊。

---------------欢迎收看下一章,干净的疑似核武器,金属氢炸弹。

第四章 爱因斯坦轻抚氢头笑不语

我没有什么特别的才能,不过喜欢寻根刨底地追究问题罢了。 -----爱因斯坦

下面一张图片是1927年摄于国际索尔维物理研究所,号称汇集全球三分之一智慧的照片,这群人的智商抠出来也得好几十吨------中国著名艺术大师兼著名厨师范伟

ifAMi.jpg
第三排:奥古斯特·皮卡尔德、E. Henriot、保罗·埃伦费斯特、Ed. Herzen、Théophile de Donder、欧文·薛定谔、E. Verschaffelt、沃尔夫冈·泡利、沃纳·海森堡、R.H.福勒、里昂·布里渊,

第二排:彼得·德拜、马丁·努森、威廉·劳伦斯·布拉格、Hendrik Anthony Kramers、保罗·狄拉克、亚瑟·康普顿、路易·德布罗意、马克斯·波恩、尼尔斯·玻尔,

第一排:欧文·朗缪尔、马克斯·普朗克、玛丽·居里、亨得里克·洛仑兹、阿尔伯特·爱因斯坦、保罗·朗之万、Ch. E. Guye、C.T.R.威尔逊、O.W.里查森


------------------------------------------超大骑光使者分割线-----------------------------------


关于爱因斯坦这位大佬的身世和生平事迹,笔者不再过多赘述,这位牛逼人物12岁就开始自学微积分和解析几何,对与吾等屌丝那是只能仰望,当然了当年笔者15岁也想装个13,拿着兄长和姐姐的经济学微积分到学校去装13,在课桌里放了三年,闲暇出来拿出来趁着人多才看。。。。

当我们10岁不到的年纪里,我们可能正在小学里每天想很多那个年纪该想的事情,但爱因斯坦就开始想他如果骑着光束,看周围世界是什么个状况?老实坦白,我那个年纪每天想的是考试分数,玩,零食,女人,哦不,是女孩。

这就是人与人的思考角度不同,没办法,每个人的道路都不一样,我们不能强求老天爷都给我们按个大沟壑回路的大脑,就像爱因斯坦一样。

话归正题,爱因斯坦一辈子搞了很多牛逼闪闪的科学壮举,其中有让他得炸药奖的那个光电效应,这不最近莫言也得了,爱因斯坦很巧合的是在去上海和日本的半路上收到获奖电报的,那个时候日本人正在搞小动作,中国的劳苦大众们还是在受难中,期间爱因斯坦和蔡元培有过短暂接触,但没有擦出什么基情的火花,1922年的年底,这俩人约好在年底下旬到中国北平做学术访问,可惜期间有种种误会吧,爱因斯坦从日本到了上海,然后就去了新加坡,据说是因为薪水报酬的问题,也可能是有日本人在其中作梗,还可能是因为当时中国的乱。。。让人感慨,爱因斯坦也算是非常有人道主义和同情心的科学家,在日本开始无节操搞事的时候,爱因斯坦经常批评和骂日本,但是国际社会无动于衷啊,最后给笔者的感觉和一个感慨就是:“不论是一个国家,还是一个人,一定要自强,否则一直赢弱不堪,即使是圣人也会最后看不起你。”同理对现在社会上的没毕业和刚毕业,或者混了几年社会的屌丝们,没钱,没事业,就不要奢求女神的爱情。尼玛爱因斯坦都不给我1922年天朝的面子,更何况女人对区区一个屌丝呢?没有别的办法,只有两个字:雄起!

继续聊爱因斯坦,他还提出了宇宙常数,爱因斯坦认为宇宙在广义范围是不涨不缩,这个东西,曾经被哈勃批了,爱因斯坦也认栽了,但随着暗物质和暗能量的研究,现在又峰回路转,科学家也有点懵了,鬼知道这个宇宙常数到底是严格对还是严格错。

当然了,niubility的相对论,广义还是狭义,我们都不能落下,这个理论,笔者还真不好几句通俗的解释,除非我是吹牛逼。。。

简单形而上学的说一下,狭义相对论,这个狭义相对论本质上是一种假设,一个假设是一个没有窗户的火车,静止还是匀速运动,里面的人都无法感知其区别。第二个是大家都听说过的光速不变理论。为什么光速会不变。。。根据实验测出实际情况而进行的假设。

说句题外话,任何理论,都不可能是完全完美的,都是有瑕疵的,任何理论,都或多或少都有假设的前提,成功靠谱的理论,就是要有一个靠谱的假设,大到相对论,小到我去吃饭吹牛打屁。欧几里的几何都是有假设,很多几何原理在现代都已经被证明在某些情况下失效,因为其假设在某些情况不靠谱。

回到狭义相对论,因为光速不变的确靠谱,爱因斯坦推出了不少东西,就有著名的质能方程。而且还推导出来不少和人们常规认知不一样的东西,但科学实验证明了其是靠谱的。比如其实我们这个世界的空间和时间不是一大块固定的果冻,而是我们每个人,每个物,都有自己的空间和时间,然后再整合到一起,至于其间是怎么整合的,我老实交待。。。反正我是不知道。

广义相对论,把惯性系推广到了非惯性系,非惯性系通俗的讲就是有变速的情况,很重要的一点就是把引力和加速等效,引力可以将其所在空间弯曲,这样光线实际走的是直线,但在另一个地方看,是走的曲线。举个不恰当的例子就是一个人在烈日下直线跑,他的影子却在不平的地面起伏不定。
9d82d158ccbf6c81fce437cbbc3eb13532fa40c5.jpg

--------------------------相对论吐槽完毕,口吐白沫ING-------------------------------


当当当~终于到了,本章的正题,质能方程,E=mc^2,这是每个理工科屌丝男挂在嘴边的名牌词汇,宛如乔丹空中作业的时候要招牌吐舌头,亦如柳岩妹妹走秀必然要show事业线。。。

因为光速不变的假设理论的确靠谱,推导出物质的静止能量和相对动能量是不变的,但是内部可以互相转换,但质量失去了,也就意味着一部分动能量产生了,诸如核聚变的氚氘聚变成一个氦,其质量是下降了,丢失的质量转换成巨大的能量,也就是氢弹百万吨到千万吨TND当量来源。
0bd162d9f2d3572c36cfa9c38a13632762d0c3fb.gif
同理,核裂变也是如此,重元素裂变成多个较轻元素。铀235 ===> 钡138 + 氪95,也可能是氙+锶,或锑+铌,还可能裂变为三部分或四部分。
QQ截图20121208165808.jpg


--------------------------氢弹背景介绍差不多完毕-------------------------------

氢弹用的氚化锂和氘化锂,因为这些化合物比较好保存,第一颗氢弹是用压缩液化的氘,几十吨制冷和保存设备,吓人。

在我们日常生活中,那些用的氢元素,大部分是氕。氕有一个质子和电子,没有中子。中子就像是人体的肌肉,氕是搓衣板身材,精瘦精瘦。而且氕是宇宙中存货最多的元素之一。
u=2712976571,123943818&fm=0&gp=0.jpgQQ截图20121208172151.jpg

然后第二个兄弟是氚,开始有了中子,就像人有了肌肉块儿,属于李小龙级别,有爆发力,有一个质子,一个电子,有一个中子。
bd315c6034a85edf6f3e705749540923dd547510.jpgQQ截图20121208172339.jpg

最后是重量级的这位氚,有两个中子,一个质子,一个电子。大块头,大鲨鱼奥尼尔那样的。
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氢弹是氚和氘进行聚变反应生成氦和一个中子,质量有损失,放出大量能量,这就是氢弹威力的基本原理。
rw573724.jpg

简单的讲,就是李小龙和奥尼尔干架,打的昏天黑地,最后发展出革命的友情火花,然后变身成为春哥和伴随着巨大威力。
QQ截图20121208172339.jpg+1597651967810979166.jpg= QQ截图20121208174221.jpg


----------------------------------永生分割线---------------------------------------

不要低估春哥的威力,同样不能低估氢弹的威力,但是氢弹在以前有个问题,那就是核聚变的反应需要在超高温超高压的极端情况才能进行,如何快速便捷的满足这个要求,科学家很快就自己找到原子弹这个合格入门砖上,原子弹爆炸的时候,温度足够高(貌似达到5000万度),压力足够大,可以起到引发核聚变(1400万度)的作用。

这个也就不可避免参杂入了原子弹这个重放射性污染问题,虽然之后人们提高了聚变的比重,降低了核裂变的权重,美国人据说达到了百分之几的核裂变比例,这个比之前百分之五十的比例低不少了,但是这个还是不干净,毕竟放射性问题,是几千年几万年更久的事情。

目前人们想搞的是靠激光来引爆氢弹,可惜貌似还在摸索。

至此,氢弹很好,但是天上的星星,只能看,不能摘。核武器有点尴尬,形成了制衡,战术化的核武器需求越来越高。但是放射性问题,始终卡着人们。

PS:说句题外话,土鳖在原子弹爆了之后,两年多就引爆了氢弹,法国人都赶不上了,急的啊,戴高乐都拍桌子了。幸亏中国有于敏啊,创造了于敏构型,让核聚变燃料在特殊的空间,时间,状态,姿势等情况下,把原子弹引爆的能量高效利用起来,否则根本不能引发核聚变。至于这个构型,那是流氓国之间的机密里的机密,流氓国之间形成了团伙,禁止其他国家踏入这个门槛。知道这个构型的人员,不管能不能出境,都是五国重点关照对象啊。

---------------欢迎收看下一章,干净的疑似核武器,金属氢炸弹。
坐等大作


第六章 氢元素的崛起-----金属氢炸药的威力


-----------------------------------开更,开年大吉--------------------------------------------------

佛说:能在生活的压力下,不溃散,不垮掉,能隐忍,能进化,能精华,能爆发,才乃真男人也。
                                                                           
                                                             --------这就是金属氢的真实写照,宇宙最轻的屌丝元素,被所有人都看轻的屌丝男人,在生命和尊严的迫压之下,崛起了,它告诉了所有的所谓高富帅元素,爷才是真正的爷们,能超导,能剧爆,能当氢弹的新一代清洁轰击钥匙。当这么个轻的不能再轻的人,被社会和他人揉捏到极点的时候,他不放弃,也不堕落,改变自己顽固的共价键,讲自己身上的电子硬生生挤了出来,就像那个夏天的史玉柱蹲在乡里憋出的那个脑白金,变身了!成了更牛逼的金属键。
QQ截图20130222162433.jpg

这已经不是屌丝逆袭了,而是野鸡变凤凰,城乡结合部的洗剪吹变身越南传奇超级巨星组合HKT了。
QQ截图20130222201402.jpg
变身
U8630P1196DT20130203105530.jpg

曾经魂牵梦绕的黑木耳?byebye~
QQ截图20130222202324.jpg

志玲姐姐才是现在的女神。

哥现在是这样QQ截图20130222202948.jpg


-------------------------------------我觉得自己是个民科----------------------------------


金属氢的问题,在理论上涉及凝聚态物理中重要的基础理论研究,这凝聚态物理是个啥玩意呢?洋文定义为:condensed matter physics,说白了,没字面那么深奥咋呼,就是研究和物质凝聚有关的学科理论,比如我们简单的三相里,液相和固相都是凝聚态的天下,这个定义很简单,但是实际上这个学科牵扯的面非常大,但凡是个物件和新理论,多多少少都和这个理论有关,因为我们整个宇宙正在膨胀中,熵增正在时。那么凝聚就是另一个面,阴阳相生而已。

金属氢到底是啥,其实就是个能导电的固态氢,大家都知道液氢不导电,因为这个,所以航天人很愁,不导电就容易引起液氢的静电积累,固态的氢也不导电。只有在超高压下,凝聚态的氢,才能变成导电的凝聚体,导电了,大家也就俗称金属了。这个超高压有用磁压缩的,也有直接用巨型压机压缩的等等。磁压缩需要我好好研究一下,然后再通俗的讲出来。静态压缩里的压机压缩,比较好理解,就是直接拿油压机压。

QQ截图20130222162538.jpg

大概介绍一下,上下那两块意思钻石的东西,还真他妈的就是两颗金刚石(给我多好),否则没有多少其他材料能受到了这种高压。至少一百万个大气压以上才能将固态或者液态氢变成金属氢。

周围的那个是啥呢?

QQ截图20130222162652.jpg

其实就是一个金属垫圈,中间的空洞里,是一圈场致发射电极尖。用来约束凝聚态氢。然后上下两个大钻石直接压。

千辛万苦,金属氢出来了,能干嘛呢?金属氢在一定的条件下,会转换成固态结晶体,在室温下,不用密封,也不用低温,就能正常保存。传说中的一种理想超导体啊,科学家想用这个来做磁笼,造核聚变的核心部件。很梦幻的一种材料。

而且,让我们来看看,各种材料的单位质量里的能量。

Recombination of hydrogen atoms releases (也就是金属氢): 216 MJ/kg
Hydrogen/Oxygen combustion in the Shuttle(航天飞机上的液氢氧燃料):  10 MJ/kg
TNT (这个大家都懂三硝基甲苯,黄色炸药,当量的衡量): 4.2MJ/kg
从这里可以看出,金属氢炸弹的能量,同比条件下,是TNT的30倍以上,这个很厉害了,接近战术核武器的当量了,而且有的科学家提出用这个金属氢的高能量,替代原子弹作为氢弹的起爆钥匙,这样的话,放射性污染会降低很多。很干净的核武器了。

Theoretical Specific Impulse, Isp Metallic Hydrogen 1000-1700s   发动机里的金属氢的理论比冲,把现在的氢氧机和煤油机爆的渣也不剩。
Molecular hydrogen/oxygen ~460 s (space shuttle) 这是液氢氧机的比冲

metallichydrogen.jpg
QQ截图20130222182750.jpg
QQ截图20130222183337.jpg
QQ截图20130222183352.jpg

上面这几个图,我是从nasa那里扒下来的,大概讲一下,就是携带相同的有效载荷时,金属氢作为供能燃料,加入不同的稀释剂,水或者液氢,一级或者两级火箭的高度比较。我们可以明显看出,要比航天飞机和土星五号小很多。这个为将来的人类星际旅行,带来了有利消息。起码是对去火星比较有利,再远点,这种工质火箭,就渣化了,还得电推啊,或者虫洞啊,或者太阳帆啊等等。


--------------------------------------暂时的结尾--------------------------------------------

和大家郑重道歉一下,此科普系列不会太监的,主要是去年年底,事情多,我刚毕业不久,就自己一猛子扎到海里,下海开了公司,累,非常累,而且亚历山大。男人的压力说不出。公司一堆吃饭的口,家里也是一堆吃饭的口,现在稍微有时间和精力了,我争取每天都更新,金属氢的这一集,我会继续完善的。国内这方面的资料不是很多,我专门翻外面看了看,也不是很多。果然这里是有猫腻的。。。

下一部元素的科普是氦元素,就叫做【氦元素的冰冷诡异世界】

里面会将在军事领域,美国人对氦资源的垄断,看看中国会有什么办法。

第六章 氢元素的崛起-----金属氢炸药的威力


-----------------------------------开更,开年大吉--------------------------------------------------

佛说:能在生活的压力下,不溃散,不垮掉,能隐忍,能进化,能精华,能爆发,才乃真男人也。
                                                                           
                                                             --------这就是金属氢的真实写照,宇宙最轻的屌丝元素,被所有人都看轻的屌丝男人,在生命和尊严的迫压之下,崛起了,它告诉了所有的所谓高富帅元素,爷才是真正的爷们,能超导,能剧爆,能当氢弹的新一代清洁轰击钥匙。当这么个轻的不能再轻的人,被社会和他人揉捏到极点的时候,他不放弃,也不堕落,改变自己顽固的共价键,讲自己身上的电子硬生生挤了出来,就像那个夏天的史玉柱蹲在乡里憋出的那个脑白金,变身了!成了更牛逼的金属键。
QQ截图20130222162433.jpg

这已经不是屌丝逆袭了,而是野鸡变凤凰,城乡结合部的洗剪吹变身越南传奇超级巨星组合HKT了。
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变身
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曾经魂牵梦绕的黑木耳?byebye~
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志玲姐姐才是现在的女神。

哥现在是这样QQ截图20130222202948.jpg


-------------------------------------我觉得自己是个民科----------------------------------


金属氢的问题,在理论上涉及凝聚态物理中重要的基础理论研究,这凝聚态物理是个啥玩意呢?洋文定义为:condensed matter physics,说白了,没字面那么深奥咋呼,就是研究和物质凝聚有关的学科理论,比如我们简单的三相里,液相和固相都是凝聚态的天下,这个定义很简单,但是实际上这个学科牵扯的面非常大,但凡是个物件和新理论,多多少少都和这个理论有关,因为我们整个宇宙正在膨胀中,熵增正在时。那么凝聚就是另一个面,阴阳相生而已。

金属氢到底是啥,其实就是个能导电的固态氢,大家都知道液氢不导电,因为这个,所以航天人很愁,不导电就容易引起液氢的静电积累,固态的氢也不导电。只有在超高压下,凝聚态的氢,才能变成导电的凝聚体,导电了,大家也就俗称金属了。这个超高压有用磁压缩的,也有直接用巨型压机压缩的等等。磁压缩需要我好好研究一下,然后再通俗的讲出来。静态压缩里的压机压缩,比较好理解,就是直接拿油压机压。

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大概介绍一下,上下那两块意思钻石的东西,还真他妈的就是两颗金刚石(给我多好),否则没有多少其他材料能受到了这种高压。至少一百万个大气压以上才能将固态或者液态氢变成金属氢。

周围的那个是啥呢?

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其实就是一个金属垫圈,中间的空洞里,是一圈场致发射电极尖。用来约束凝聚态氢。然后上下两个大钻石直接压。

千辛万苦,金属氢出来了,能干嘛呢?金属氢在一定的条件下,会转换成固态结晶体,在室温下,不用密封,也不用低温,就能正常保存。传说中的一种理想超导体啊,科学家想用这个来做磁笼,造核聚变的核心部件。很梦幻的一种材料。

而且,让我们来看看,各种材料的单位质量里的能量。

Recombination of hydrogen atoms releases (也就是金属氢): 216 MJ/kg
Hydrogen/Oxygen combustion in the Shuttle(航天飞机上的液氢氧燃料):  10 MJ/kg
TNT (这个大家都懂三硝基甲苯,黄色炸药,当量的衡量): 4.2MJ/kg
从这里可以看出,金属氢炸弹的能量,同比条件下,是TNT的30倍以上,这个很厉害了,接近战术核武器的当量了,而且有的科学家提出用这个金属氢的高能量,替代原子弹作为氢弹的起爆钥匙,这样的话,放射性污染会降低很多。很干净的核武器了。

Theoretical Specific Impulse, Isp Metallic Hydrogen 1000-1700s   发动机里的金属氢的理论比冲,把现在的氢氧机和煤油机爆的渣也不剩。
Molecular hydrogen/oxygen ~460 s (space shuttle) 这是液氢氧机的比冲

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上面这几个图,我是从nasa那里扒下来的,大概讲一下,就是携带相同的有效载荷时,金属氢作为供能燃料,加入不同的稀释剂,水或者液氢,一级或者两级火箭的高度比较。我们可以明显看出,要比航天飞机和土星五号小很多。这个为将来的人类星际旅行,带来了有利消息。起码是对去火星比较有利,再远点,这种工质火箭,就渣化了,还得电推啊,或者虫洞啊,或者太阳帆啊等等。


--------------------------------------暂时的结尾--------------------------------------------

和大家郑重道歉一下,此科普系列不会太监的,主要是去年年底,事情多,我刚毕业不久,就自己一猛子扎到海里,下海开了公司,累,非常累,而且亚历山大。男人的压力说不出。公司一堆吃饭的口,家里也是一堆吃饭的口,现在稍微有时间和精力了,我争取每天都更新,金属氢的这一集,我会继续完善的。国内这方面的资料不是很多,我专门翻外面看了看,也不是很多。果然这里是有猫腻的。。。

下一部元素的科普是氦元素,就叫做【氦元素的冰冷诡异世界】

里面会将在军事领域,美国人对氦资源的垄断,看看中国会有什么办法。
前排留个捣乱名。
光见标题不见内容呢,嘛意思?
这个要捣乱留名
科普系列之下集预告片------最近非常火的王华明中国著名材料加工专家的激光快速成形(Rapid prototyping)技术的对新一代科技革命性的意义
目测楼主是化学专业的吧
赶紧更新啊啊
还有吗 不过瘾啊
火速留名,楼主赶紧更新哇!!!!
坐等LZ的大作 看了目录很期待啊
我来填柴
楼主占楼,呼唤管理员扣分
前排留名,坐等大作。
静候佳作,最喜欢科普
抢楼的,拉出去,统统毙了
喜欢这文风!
感谢楼主科普。。。。
火钳流民,喜欢这文风
快上内容
速度快上,痒死了……
贴个枯燥的液氢论文


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氢是一种理想的清洁能源。当前主要用作运载火箭的推进剂,在不久的将来,氢将成为飞机、汽车甚至家
用燃料。氢还是一种能量转换和能量贮存的重要载体。氢作为燃料或作为能量载体,较好的使用和贮存方式之一是液氢。因此液氢的生产是氢能开发应用的重要环节之一。本文着重讨论液氢的生产问题。
氢气的转化温度很低,最高为20.4K,所以只有将氢气预冷却到该温度以下,再节流膨胀才能产生冷效
应。这一特性对氢气的液化过程会产生一定的困难。
氢分子由两个氢原子组成,由于两个原子核自旋方向不同,存在着正、仲两种状态。正氢(O-H2)的两个原子核自旋方向相同,仲氢(p-H2)的两个原子核自旋方向相反。正、仲态的平衡组成随温度而变,在不同温度下处于正、仲平衡组成状态的氢称为平衡氢(e一H2)。

常温时,含75%正氢和25%仲氢的平衡氢,称为正常氢或标准氢(n-H2)。高温时,正仲态的平衡组成不 变;低于常温时,正一仲态的平衡组成将随温度而变。温度降低,仲氢浓度增加。在液氢的标准沸点时,仲氢浓 度为99.8%。 在氢的液化过程中,如不进行正一仲催化转化,则生产出的液氢为正常氢,液态正常氢会自发地发生IE 仲态转化,最终达到相应温度下的平衡氢,氢的正。仲转化是一放热反应,正常氢转化成相同温度下的平衡氢 所释放的热量见表2。由表2可见,液态正常氢转化时放出的热量超过气化潜热(447kl/kg)。由于这一原因, 即使将液态正常氢贮存在一个理想绝热的容器中,液氢同样会发生气化;在开始的24小时内,液氢大约要蒸 发损失18%,100小时后损失将超过40%。 不过这种自发转化的速率是很缓慢的,为了获得标准沸点下的平衡氢,即仲氢浓度为99.8%的液氢,在 氢的液化过程中,必需进行数级正。仲催化转化。

1 氢液化循环
由于氢的临界温度和转化温度低,汽化潜热小,其理论最小液化功在所有气体当中是最高的,所以液化 比较困难。在液化过程中进行正。仲氢催化转化是一个放热反应,反应温度不同,所放热量不同;使用不同的 催化剂,转化效率也不相同。因此,在液化工艺流程当中使用何种催化剂,如何安排催化剂温度级,对液氢生 产和贮存都是十分重要的。在液氢温度下,除氦气之外,所有其他气体杂质均已固化,有可能堵塞液化系统管 路,尤其固氧阻塞节流部位,极易引起爆炸。所以,对原料氢必须进行严格纯化。生产液氢一般可采用三种液化循环,即节流氢液化循环、带膨胀机的氢液化循环和氦制冷氢液化循环。在这三种基本液化循环中,又派生出多种不同的液化循环,这里仅从每种当中选择一个加以简要说明。
1 节流氢液化循环
节流循环是1895年由德国的林德和英国的汉普逊分别独立提出的,所以也叫林德(或汉普逊)循环。节 流循环是工业上最早采用的气体液化循环,因为这种循环的装置简单,运转可靠,在小型气体液化循环装置 中被广泛采用。由于氢的转化温度低,在低于80K时进行节流才有较明显的制冷效应。因此,采用节流循环液化氢时,必须借助外部冷源(如液氮)进行预冷。实际上,只有压力高达10-15MPa,温度降至50-70K时进行节流,才能以较理想的液化率(24-25%)获得液氢。节流氢液化循环流程:气氢经压机压缩后,经高温换热器1、液氮槽:、主换热器亚换热降温,节流后进入液氢槽N,部分被液化的氢积存在液氢槽内,未液化的低压氢气返流复热后回压机。航天工业总公司101所于1966年建成投产的100L/h氢液化装置的流程与上述流程的不同之处有两点:一是为了降低液氮槽内的液氮蒸发温度,在氮蒸汽管道上设置了真空泵乙二是在液氮槽内和液氢槽内 设置了两个装有四氧化三铁催化剂的正一仲氢转化器。在氢气压力为13-15MPa,液氮蒸发温度为66K左右 时,生产正常氢的液化率可达25%(100L/h),生产液态仲氢(仲氢浓度大于95%)时,液化率将下降30%,即 每小时生产70L液态仲氢。该装置自1966年建成投产到80年代未退役之前,所生产的液氢基本上满足了我国第一代氢一氧发动机 研制试验的需要。 1.2 带膨胀机的氢液化循环
1902年法国的克劳特首先实现了带有活塞式膨胀机的空气液化循环,所以带膨胀机的液化循环也叫克 劳特液化循环。理论证明:在绝热条件下,压缩气体经膨胀机膨胀并对外作功,可获得更大的温降和冷量。因此,目前在气体液化和分离设备中,带膨胀机的液化循环的应用最为广泛。膨胀机分两种:活塞式膨胀机和透平膨胀机。中高压系统采用活塞式膨胀机,低压液化系统则采用透平膨胀机。美国日产30吨液氢装置采用带透平膨胀机的大型氢液化循环。该流程由压力为4MPa和带透平膨胀机的双压氢制冷循环组成,并采用常压(0.1MPa)液氮(80K)和负压(0.013MPa)液氮(65K)两级预冷。在这一循环中,大部分冷量由液氮和冷氮气提供,65K以下的冷量由中压(0.7MPa)循环氢系统中的透平膨胀机和高压(4.5MPa)循环氢系统中的两级节流提供。 原料氢在整个液化过程中,在6个温度级进行正。仲催化转化,最后可获得仲氢浓度大于95%的液氢。
1.3 氦制冷氢液化循环
这种循环用氦作为制冷工质,由氦制冷循环提供氢冷凝液化所需的冷量。航天工业总公司101所1995 年从《瑞士林德公司》引进的300L/h氢液化装置采用氦制冷氢液化循环。
(1)氦制冷循环 氦制冷循环是一个封闭循环,气体氦经单级螺杆式压缩机2,增压到约1.3MPa;通过粗油分离器3,将大部分油分离出去;氦气在水冷热交换器4中被冷却;氦中的微量残油由残油清除器6和活性炭除油器8彻底清除。干净的压缩氦气进入冷箱内的第一热交换器10,在此被降温至97K。通过液氮冷却的第二热交换器 11、低温吸附器13和第三热交换器15,氦气进一步降温到52K。利用两台串联工作的透平膨胀机14和21获 得低温冷量。从透平膨胀机21出来的温度为25K(20K)、压力为0.13MPa的氦气,通过处于氢浴23内、包围着最后一级正。仲氢转化器的冷凝盘管。从冷凝盘管出来的回流氦,以次流过热交换器22、19、16、15、和11的低压 通道,冷却高压氦和原料氢。复温后的氦气被压机吸人再压缩,进行下一循环。
氢循环来自纯化装置、压力大于1.1MPa的氢气,通过热交换器10和11被冷却到79K。以此温度,通过两个低 温纯化器9中的一个(一个工作的同时另一个再生),氢中的微量杂质将被吸附。离开纯化器以后,氢气进入 沉浸在液氮槽中的第一正一仲氢转化器12。离开该转化器时,温度约为79K,仲氢浓度为48%左右。 在其后的热交换器和转化器中,氢进一步降温并逐级进行正。仲氢转化,最后获得仲氢浓度)95%的液 态氢产品。
1.4各种氢液化循环的比较
从氢液化单位能耗来看,以液氮预冷带膨胀机的液化循环最低,节流循环最高,氦制冷氢液化循环居中。 如以有液氮预冷带膨胀机的循环作为比较基础,节流循环单位能耗要高50%,氦制冷氢液化循环高25%。所以,从热力学观点来说,带膨胀机的循环效率最高,因而在大型氢液化装置上被广泛采用。节流循环,虽然效 率不高,但流程简单,没有在低温下运转的部件,运行可靠,所以在小型氢液化装置中应用较多。氦制冷氢液 化循环消除了处理高压氢的危险,运转安全可靠,但氦制冷系统设备复杂,故在氢液化当中应用不很多。 根据以上比较,氦制冷氢液化循环并不是最理想的,但航天工业总公司101所新近引进的300L/h氢液 化装置却采用这种循环,这主要是由我国的具体条件决定的。每小时300L的液氢产量,就工业生产来说,属于中小型装置。我国在中小型氢液化所需的膨胀机,尤其是透平膨胀机的研制方面,成果甚少而《瑞士林德公司》在中小型氦透平膨胀机研制方面,具有很强技术优势,其产品质量可靠、效率高。用它构成的氦制冷系统,运行平稳、可靠,运行控制实现全自动。所以利用这种氦制冷系统组成的氢液化系统,对我国目前的技术 发展状况是完全适宜的。通过一年多的调试、试生产证明,液化系统性能可靠、运行稳定、效率高。如能把与其配套的氢气生产、纯化和液氮供应等系统更加完善一些,这套装置不失为一套较理想的中小型氢液化装置。
2 国内外液氢生产状况
不论是美国,欧洲,还是日本,对液氢的需求都是随宇航事业的发展而增加的。美国从50年代后期开始 以工业规模生产液氢,所生产的液氢除供应大型火箭发动机试研场和火箭发射基地以外,还供应大学、研究 所、液氢泡室、食品工业、化学工业、半导体工业、玻璃工业等部门。美国的工业规模氢液化设备,都是1957年 以后建成投产的,07l/d-17l/d的工厂6座,30l/d的4座,60l/d的:座。随着美国宇航工业的需要,1965一 1970年液氢生产达到了历史最高水平,日产液氢约220t。其后,由于美国宇航工业紧缩,液氢产量也随之有 所下降。目前,老的中小型设备已经停产,仅有几座大型设备在运行。 欧洲、日本,虽然都有工业规模生产装置,但其生产规模、液氢产量,尤其是产品价格,根本无法与美国相比。我国的情况还要差一些,目前仅有陕西兴平化肥厂的液氢生产装置和101所新建液氢生产装置可生产。兴平装置名义产量可达1200L/h,但开工生产率不足10%,因为产品仅供航天发射和氢。氧发动机研制试验用。而且工艺流程落后、生产设备陈;日,液氢价格异常昂贵,用户一次购量超过100m3售价为20000元/m3 不足20m3时,价格竟高达50000元/m3。而且,每辆液氢铁路槽车要外加10万元的预冷费。 101所新建氢液化装置目前尚处试运行阶段,许多方面还不能下结论。但有两点似乎可以肯定:其一是氢液化工艺的技术水平提高了一大步;其二是液氢生产成本会有所降低,但不会降低很多。这主要是因为生 产规模小,原料氢生产工艺落后(电解水制氢)、生产成本高。 美国由于实现氢液化设备大型化的同时,政府还对设备提供全部贷款援助,而且规定设备偿还费与产品、产量无关。许多液氢生产厂又采用从废气中提取原料氢,所以液氢价格非常低廉,到70年代后期随着生 产规模的不断扩大,液氢价格已降到10-20美分/磅(15.6-31.2美元/m3)。
3 结束语
目前,由于我国的工业尚欠发达,许多本该用氢的部门对氢,特别是液氢没有需求,这就限制了液氢的生 产规模。从另一方面说,由于液氢生产规模小,生产工艺落后,产品价格太贵,许多部门想用而不敢用,也用不起。要改变这种尴尬局面,决非一朝一夕之功。虽然液氢的生产及应用尚有许多困难,但氢具有其独特的优势,它是最洁净、最理想的能量载体。随着我国工业的发展和技术进步,氢在许多部门,如航天、航空、运输、电子、冶金、化工、食品、玻璃,甚至民用燃料部门必将得到广泛采用。由于市场的扩大,液氢生产规模必将随之扩大,工艺水平不断提高,因而液氢生产成本会大大降低,从而使我国的液氢生产及应用走向良性循环。要做到这一点,除了从事液氢研究、生产的工程技术人员不懈努力,改进生产工艺、研制先进设备之外,更重要的是政府要制定适当的政策,大力扶持液氢工业,有效地宣传、组织、促进各部门对液氢的推广、应用。
好文要顶,感谢科普
很好的科普。人类战争中对元素的利用是不是这样的顺序:碳(木矛)-硅(石刃)-钙(骨刺)-铜(青铜兵器)-铁(钢铁兵器)-硫(火药)-铀(原子弹)-氢(氢弹)。
认真的看科普。
最近被好文炸出来的次数略多啊。
LZ是化学历史系的
看的很过瘾
坐等LZ科普大作
此贴该申精啊
好文,坐等更新
唉 化学全给老师了