用磁流体泵代替涡轮泵可行吗?

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/05/07 03:27:50
估计这个话题可能讨论过了,可是还想重新仔细看一下,毕竟这玩意儿如果可行的话优势很大。另外我也想用线圈代替永磁体,在膨胀段用磁流体发电,发出来的电力用于驱动线圈制造磁场和在燃烧段通电流提供压力。

也许不能完全取代涡轮泵,不过可以大幅度降低涡轮泵需要提供的压力。

缺点是启动时需要外部电力,要电池。

具体可操作性要看一些数据:

高温燃气的导电率够不够?比如在1000K温度下能造成多少比例的电离化提供载流子?可不可以在燃料里参杂容易电离的成分如钠元素之类的提高导电率?

我会尝试找点数据,主要是抛砖引玉,希望大家讨论一下~
估计这个话题可能讨论过了,可是还想重新仔细看一下,毕竟这玩意儿如果可行的话优势很大。另外我也想用线圈代替永磁体,在膨胀段用磁流体发电,发出来的电力用于驱动线圈制造磁场和在燃烧段通电流提供压力。

也许不能完全取代涡轮泵,不过可以大幅度降低涡轮泵需要提供的压力。

缺点是启动时需要外部电力,要电池。

具体可操作性要看一些数据:

高温燃气的导电率够不够?比如在1000K温度下能造成多少比例的电离化提供载流子?可不可以在燃料里参杂容易电离的成分如钠元素之类的提高导电率?

我会尝试找点数据,主要是抛砖引玉,希望大家讨论一下~


看错标题,编译掉

看错标题,编译掉
不可行,你这不就是个磁流体发电吗?磁流体最大的坏处是材料,会黏附,从而降低效能。而且温度太高,对材料要求高。我八十年代上初中就有人吹嘘磁流体发电,到现在我给学生上课说起磁流体,都是说个概念。
bothofus 发表于 2014-5-8 08:08
不可行,你这不就是个磁流体发电吗?磁流体最大的坏处是材料,会黏附,从而降低效能。而且温度太高,对材料 ...
这个的目的不是发电,是做火箭发动机燃料泵用。想把涡轮泵去掉/做小,简化设计,提高可靠性。。。

"磁流体最大的坏处是材料,会黏附,从而降低效能。"

没看懂,是什麽材料会黏附?

温度高是肯定的,本来火箭燃烧室就要承受这样的高温。温度要求和以前一样,也同样是用燃料/氧化剂对管壁冷却。
enroger 发表于 2014-5-8 09:12
这个的目的不是发电,是做火箭发动机燃料泵用。想把涡轮泵去掉/做小,简化设计,提高可靠性。。。

"磁 ...
首先要解决的大问题是——你怎么让火箭燃料变成磁流体?
H7N9 发表于 2014-5-8 13:48
首先要解决的大问题是——你怎么让火箭燃料变成磁流体?
在燃烧室里的高温燃气发生一定的电离化,有一定的导电率。关键是导电率有多大,足不足够。

施加强磁场后在磁场垂直的方向通电流产生的洛仑兹力对燃烧室里的燃气施加向喷口的推力(对磁流体做功),这样可以减少涡轮泵注入燃料需要的压力。

在膨胀段燃气速度提升后用相反的过程把能量赚回来(磁流体发电),这就形成一个标准的Brayton热机循环。热力学上和涡喷发动机一样,只是用电磁力取代涡轮叶片而已。

以前看过一个资料是MD的一个高速风洞就是用火箭磁流体发电机提供极大的短时间功率的,我看看能不能找出来~

nasa也有人提出过类似的想法,而且比我想的更前卫:
h t t p ://nt rs.na sa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19960021025_1996043871.pdf
这个的目的不是发电,是做火箭发动机燃料泵用。想把涡轮泵去掉/做小,简化设计,提高可靠性。。。

"磁 ...
磁流体不就是利用等离子体吗?等离子当然被吸附在壁上,这是最简单的普通物理,电磁学部分都会谈到
enroger 发表于 2014-5-8 14:06
在燃烧室里的高温燃气发生一定的电离化,有一定的导电率。关键是导电率有多大,足不足够。

施加强磁场 ...
我理解了,你的意思是用燃气作为磁流体发电,然后驱动电动机来泵燃料,而不是把燃料当做磁流体来泵?

这样理论上是可以的

“膨胀段燃气速度提升后用相反的过程把能量赚回来”是不可能的,你这是做永动机的想法

首先要解决的大问题是——你怎么让火箭燃料变成磁流体?
美丽拯救世界!誓死保卫娜塔莉亚!
H7N9 发表于 2014-5-8 18:51
我理解了,你的意思是用燃气作为磁流体发电,然后驱动电动机来泵燃料,而不是把燃料当做磁流体来泵?

...
不用电动机,直接用磁流体原理作用到燃烧室内的高温燃气,对燃气施加向喷管方向的力。

这不是永动机,而是一个标准的热机循环,大部分的有用功用到加速火箭上,MHD系统从中消耗小部分用作泵燃气。和喷气发动机的Brayton循环有点不一样,这里的循环是:

1,燃料注入,低温低压小体积气体变成高温高压小体积气体
2,MHD系统对高温高压小体积气体做功(消耗能量),向后推
3,燃气通过喷口膨胀,逐步变成低温低压大体积气体,MHD系统在这个膨胀过程发电(回收能量)

可以画一个P-V图看看,对高温高压小体积气体做的功是小于低温低压大体积气体可以给的功。

MHD只能在气体燃烧后才能起作用,不能用MHD直接泵原来的低温燃料。这套方案只是把燃料注入端的压力降下来而已,也许降得够多的话就不用涡轮泵了,直接用燃料箱加压的手段就可以了,这样的话整个火箭就没有活动部件了。
不用电动机,直接用磁流体原理作用到燃烧室内的高温燃气,对燃气施加向喷管方向的力。

这不是永动机, ...
明白了,但我不认为可行,能产生那么大压力的磁体的死重一定远大于涡轮
H7N9 发表于 2014-5-9 01:20
明白了,但我不认为可行,能产生那么大压力的磁体的死重一定远大于涡轮
是的,这是个问题。所以我想不用永磁体,而且永磁体对温度也很敏感。我想的是直接用线圈制造磁场,反正MHD发电段可以提供极大的电流,线圈发热的问题也可以用通燃料冷却的方法解决。

问题是线圈电流越大(磁场越大),产生热量越大,对燃料冷却的负担也越大,上限是多少?没数据不好说,不过死重肯定小于永磁体。
enroger 发表于 2014-5-9 01:35
是的,这是个问题。所以我想不用永磁体,而且永磁体对温度也很敏感。我想的是直接用线圈制造磁场,反正MH ...
线圈也是有重量的,你这设计还需要两组线圈
H7N9 发表于 2014-5-9 02:26
线圈也是有重量的,你这设计还需要两组线圈
重量要具体分析了,冷却能力/导电率足够强可以减轻重量,加大等离子电流可以降低磁场要求。。。等等的因素太多了,没数据不太好下定论。我认为这个重量不一定比涡轮高就是了。

退一步说就算死重比涡轮高,带来的高可靠性/低成本/更好的重复使用寿命也是权衡因素。
enroger 发表于 2014-5-9 03:06
重量要具体分析了,冷却能力/导电率足够强可以减轻重量,加大等离子电流可以降低磁场要求。。。等等的因 ...
要达到你所期望的压力,这磁场估计不是超导线圈基本上不可能,只要有电阻就会烧掉

而能在液氧温度强磁场大电流下工作的超导材料据我所知还没有发现

H7N9 发表于 2014-5-9 10:00
要达到你所期望的压力,这磁场估计不是超导线圈基本上不可能,只要有电阻就会烧掉

而能在液氧温度强磁 ...


在我们的讨论里,制造磁场的能量消耗不是大头,反正有MHD的巨大电源。设计上也可以考虑降低磁场加大电流,反正洛仑兹力正比于磁场强度乘以电流密度,磁场减弱十倍可以靠加强等离子电流十倍补偿,只要MHD发电端能提供足够功率的话就怎么都行。

超导能提供的磁场强度也就是线圈的十倍以内,并不是很大的区别。

意思就是在这个应用上,铜线圈解决不了的问题,超导也一样解决不了;反之如果超导能解决的铜线圈一样可以解决,两者没有本质的区别。当然超导的重量会轻很多,可是因为你说的原因用不了就是了。
H7N9 发表于 2014-5-9 10:00
要达到你所期望的压力,这磁场估计不是超导线圈基本上不可能,只要有电阻就会烧掉

而能在液氧温度强磁 ...


在我们的讨论里,制造磁场的能量消耗不是大头,反正有MHD的巨大电源。设计上也可以考虑降低磁场加大电流,反正洛仑兹力正比于磁场强度乘以电流密度,磁场减弱十倍可以靠加强等离子电流十倍补偿,只要MHD发电端能提供足够功率的话就怎么都行。

超导能提供的磁场强度也就是线圈的十倍以内,并不是很大的区别。

意思就是在这个应用上,铜线圈解决不了的问题,超导也一样解决不了;反之如果超导能解决的铜线圈一样可以解决,两者没有本质的区别。当然超导的重量会轻很多,可是因为你说的原因用不了就是了。
只看到如何转化电能。看不到,如何驱动燃料?
H7N9 发表于 2014-5-9 10:00
要达到你所期望的压力,这磁场估计不是超导线圈基本上不可能,只要有电阻就会烧掉

而能在液氧温度强磁 ...
话说液氢倒是低于超导温度,你不提超导我还想不起来。

xxqa 发表于 2014-5-9 11:25
只看到如何转化电能。看不到,如何驱动燃料?


和磁流体发电的过程正好相反,导电气体通过磁场时两边电极施加垂直于磁场的电场制造电流,电流方向和磁场方向垂直受到洛仑兹力的作用形成推力。

磁流体泵已经有很广大的工业应用了,另外各国研究了很久的船舶磁流体推进也是一样的原理。

另外说明是驱动燃气而不是燃料,详情可以楼上的帖子看看
xxqa 发表于 2014-5-9 11:25
只看到如何转化电能。看不到,如何驱动燃料?


和磁流体发电的过程正好相反,导电气体通过磁场时两边电极施加垂直于磁场的电场制造电流,电流方向和磁场方向垂直受到洛仑兹力的作用形成推力。

磁流体泵已经有很广大的工业应用了,另外各国研究了很久的船舶磁流体推进也是一样的原理。

另外说明是驱动燃气而不是燃料,详情可以楼上的帖子看看
enroger 发表于 2014-5-9 11:34
和磁流体发电的过程正好相反,导电气体通过磁场时两边电极施加垂直于磁场的电场制造电流,电流方向和磁 ...
涡流泵驱动的是燃料吧。相对应的,驱动燃气是要起什么作用?矢量推力?
xxqa 发表于 2014-5-9 11:43
涡流泵驱动的是燃料吧。相对应的,驱动燃气是要起什么作用?矢量推力?
主要是在燃烧室就提供后推力,目的是降低燃料注入需要克服的压力。如果注入压力降到很低的话就可以不用涡轮泵了,靠燃料箱加压就可以。

就等同把目前的涡轮泵移到燃烧室一样。

另外你说的矢量推力也是一个附加好处,可以靠控制膨胀段磁场实现。

这个的最终目的是制造没有活动部件的火箭。
enroger 发表于 2014-5-9 11:51
主要是在燃烧室就提供后推力,目的是降低燃料注入需要克服的压力。如果注入压力降到很低的话就可以不用涡 ...
哦,明白了,也算一种想法吧。不过真的能驱动燃气吗?存疑。
xxqa 发表于 2014-5-9 11:43
涡流泵驱动的是燃料吧。相对应的,驱动燃气是要起什么作用?矢量推力?
nasa提出的一个方案更野心,搞一个外管道包住喷管引入大气空气,用MHD在膨胀段发的电力电离引入的空气再用MHD加速空气。这样的话可以利用大气作工质大幅度提升比冲,按照他们的计算可以实现单级入轨。

h t t p ://nt rs.na sa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19960021025_1996043871.pdf
bothofus 发表于 2014-5-8 08:08
不可行,你这不就是个磁流体发电吗?磁流体最大的坏处是材料,会黏附,从而降低效能。而且温度太高,对材料 ...
楼主说的这个 只需要发电效率大于0.4%即可
H7N9 发表于 2014-5-9 10:00
要达到你所期望的压力,这磁场估计不是超导线圈基本上不可能,只要有电阻就会烧掉

而能在液氧温度强磁 ...
用液氦就可以了
enroger 发表于 2014-5-9 11:26
话说液氢倒是低于超导温度,你不提超导我还想不起来。
不用超导基本上不可能达到那么高磁场,超导的话降温是个问题,而最终的问题在于重量

所以,个人认为即使技术上实现了,这种发动机也不适合LEO的发射,行星际飞行(如果还是必须要靠化学燃料)这样需要长时间工作,而发动机重量比例比较小的场合比较适合
xtal 发表于 2014-5-9 12:08
用液氦就可以了
你的火箭带着液氦么?

关键这磁场中心是燃烧室,那热量不可能完全隔绝的
enroger 发表于 2014-5-9 12:01
nasa提出的一个方案更野心,搞一个外管道包住喷管引入大气空气,用MHD在膨胀段发的电力电离引入的空气再 ...
他们这个和你那个想法是不一样的吧,相对来说,似乎他们的更可能实现,我觉得加速后端比加速前端好处理。

H7N9 发表于 2014-5-9 13:06
你的火箭带着液氦么?

关键这磁场中心是燃烧室,那热量不可能完全隔绝的


液氦没一般人想象的那么贵,一公升才几百RMB。一个5T的超导磁铁。有个几公升液氦就完全浸泡了。
液氢液氧发动机旁边最不缺的就是海量的液氢。液氦制冷的超导磁铁泡在液氢里面。这温差才20度不到。隔热很好做了。
磁场中心是燃烧室不等于磁铁需要放燃烧室。一对磁铁放在燃烧室外面好了。照样磁场能在燃烧室内。
楼主提的用磁流体发电是可以的 磁流体来推动燃料就算了。直接用超导电机带动涡轮泵多好。
H7N9 发表于 2014-5-9 13:06
你的火箭带着液氦么?

关键这磁场中心是燃烧室,那热量不可能完全隔绝的


液氦没一般人想象的那么贵,一公升才几百RMB。一个5T的超导磁铁。有个几公升液氦就完全浸泡了。
液氢液氧发动机旁边最不缺的就是海量的液氢。液氦制冷的超导磁铁泡在液氢里面。这温差才20度不到。隔热很好做了。
磁场中心是燃烧室不等于磁铁需要放燃烧室。一对磁铁放在燃烧室外面好了。照样磁场能在燃烧室内。
楼主提的用磁流体发电是可以的 磁流体来推动燃料就算了。直接用超导电机带动涡轮泵多好。
xtal 发表于 2014-5-9 12:08
用液氦就可以了
用液氢也可以吧?20K的温度应该很足够让现在的高温超导工作了,氢氧火箭就有源源不断的液氢。
enroger 发表于 2014-5-9 13:55
用液氢也可以吧?20K的温度应该很足够让现在的高温超导工作了,氢氧火箭就有源源不断的液氢。
在强磁场下能稳定工作的超导体只有液氦冷却才行。
http://www.docin.com/p-88711885.html
这里的设想可以,不过作者研究的太粗了。
居然想着在高功率应用中用高温超导。
高功率应用中用超导,出门左转是液氦加注站:)
H7N9 发表于 2014-5-9 12:21
不用超导基本上不可能达到那么高磁场,超导的话降温是个问题,而最终的问题在于重量

所以,个人认为即 ...
超导和线圈的磁场强度差10倍,不算是极大的差距,可以靠提高等离子电流十倍来补偿。唯一的问题就是你说的重量。

一方面高效的隔热,一方面大流量的液氢,保持超导温度也不是不可能的。现在的高温超导在60K左右吧?液氢能到20多K。
xxqa 发表于 2014-5-9 13:08
他们这个和你那个想法是不一样的吧,相对来说,似乎他们的更可能实现,我觉得加速后端比加速前端好处理。
我也挺看好他们的设想的,可惜APL被砍了。

我说的也不一定难实现。
xtal 发表于 2014-5-9 13:55
液氦没一般人想象的那么贵,一公升才几百RMB。一个5T的超导磁铁。有个几公升液氦就完全浸泡了。
液氢 ...
"5T的超导磁铁。有个几公升液氦就完全浸泡了",这个线圈直径多少?里面能放下火箭发动机么?

enroger 发表于 2014-5-9 14:01
超导和线圈的磁场强度差10倍,不算是极大的差距,可以靠提高等离子电流十倍来补偿。唯一的问题就是你说的 ...
高温超导体的临界电流、临界磁场都不理想

这就是为什么高磁场的核磁共振仍然需要液氦
H7N9 发表于 2014-5-9 18:36
"5T的超导磁铁。有个几公升液氦就完全浸泡了",这个线圈直径多少?里面能放下火箭发动机么?
我给了URL 里面自己看
xtal 发表于 2014-5-9 22:01
我给了URL 里面自己看
首先,那家伙的设想是放在喷口颈上,那是直径最小的位置,而楼主的设想是要放在燃烧室

其次,那家伙的设想完全不现实,认为可以搞出一个紧贴发动机的线圈,隔热的问题丫根本就没想过。核磁共振的机器,线圈只有几十毫米的内径,样品部分也就几瓦的发热,需要液氦冷却线圈,然后外面再包裹液氮绝热
xtal 发表于 2014-5-9 13:57
在强磁场下能稳定工作的超导体只有液氦冷却才行。
一定要追求极致磁场吗?磁场低一点,电流强一点也不是不可以吧,毕竟功率剩余很多,效率低一点也可以接受。

H7N9 发表于 2014-5-9 18:40
高温超导体的临界电流、临界磁场都不理想

这就是为什么高磁场的核磁共振仍然需要液氦


我之前已经提过很多次了,不一定要追求极致磁场,只要发电功率有富裕就可以允许降低磁场。

不是什么都要用最尖端的技术,傻大黑粗的方法就算效率低一点能完成任务就行。比如液氦超导能到5T的话,高温超导到3T的,这个差距是完全可以用其他手段补偿的,说到2T了就连水冷铜线圈都可以达到了。
H7N9 发表于 2014-5-9 18:40
高温超导体的临界电流、临界磁场都不理想

这就是为什么高磁场的核磁共振仍然需要液氦


我之前已经提过很多次了,不一定要追求极致磁场,只要发电功率有富裕就可以允许降低磁场。

不是什么都要用最尖端的技术,傻大黑粗的方法就算效率低一点能完成任务就行。比如液氦超导能到5T的话,高温超导到3T的,这个差距是完全可以用其他手段补偿的,说到2T了就连水冷铜线圈都可以达到了。