Vill injicera vatten i en jetmotorens avgasökningshastighet?

Sprutning av vatten i strömmen avgas kommer att svalna avgasflödet. energi som behövs för att värma och förånga vattnet måste trots allt komma ifrån någonstans. Det svalare och tätare avgasflödet kommer att sakta ner, så dess impuls blir lägre, vilket minskar kraften.

Om du sprayar vatten i intaget flödet (eller efter de första kompressorstegen), kommer samma förångningsenthalpi att ge ett högre massflöde i intaget, så ett högre massflöde i förbränningen kammare kan uppnås. Dessutom tillåter kylningen av inloppsluften att tillsätta mer bränsle i förbränningsprocessen, så mer drivkraft kan skapas .

Vatteninjektion i avgaserna kan fungera om:

• Vattnet förångas fullständigt innan det lämnar motorns avgasutlopp. Bränslet som injiceras i förbränningskammaren måste också förångas fullständigt för effektiv förbränning, och det tar lite tid på slutförandet - och temperaturerna i förbränningen är högre än i avgaserna.
• Den injicerade ången motverkar effekten av avgasstrålkontrakten på grund av värmeåtervinning för att förånga vattnet (det verkar inte som att se redigera nedan).

Äldre typer militära jetfly användes för att använda vatteninjektion tillbaka på de dagar då jetmotorerna var smala, bullriga rör. Inte riktigt krävs längre eftersom turbofans med hög bypass-förhållande uppfanns: nästan all energi i hetflödet används för att köra fläkten och bypassluften. Injektion av vattendimma i motorn kan fortfarande konvertera lite spillvärme till fri dragfrihet om vi inte överväger extra infrastruktur, tankar, rörledningar etc.

Återanvända avfallsavfallsvärme är en gammal idé som först tillämpas med turboladdaren, patenterad av Alfred Büchi 1905. I kraftverk används denna princip i kraftverk i kombinerade cykler till öka den totala effektiviteten :

A combined-cycle power plant uses both a gas and a steam turbine together to produce up to 50 percent more electricity from the same fuel than a traditional simple-cycle plant. The waste heat from the gas turbine is routed to the nearby steam turbine, which generates extra power.

Enångturbinextraherarrotationsenergifråndethetagasturbinensavgasflöde.Dettafungerarförkraftverkikombineradecyklerpågrundavdynamikenivärmeöverföringen,sprutningavvattendirektiengasturbinavgasgörintemycketförkraften.Detfinnsbättreidéer:

• Injiceravattenikompressorn,vilketkylernerflödetochökarlufttätheten.Eftersommotornsinrevolymärfixeradbetyderökaddensitetetthögreluftmassaflödegenommotorn.Vetenskapenbakomdettaförklarasvidareidetta NACA-dokumentet från 1947 . Det nämner vatten / luftförhållanden på 0,05, vilket resulterar i ytterligare 5% ökning av det totala massflödet.
• Spola bränsle i avgasflödet! I de gamla turbojetsarna var det fortfarande mycket syre i avgasflödet, i kombination med de höga temperaturerna som detta ger efterbränningsdrag.
• Använd en bypassfläkt och extrahera mer energi från avgasen till den turbin som driver fläkten.

Redigera

Ånga expanderar, men svalare avgaser kontrakt. Injektion av vattnet ökar massflödet med vattenvikt. Är den totala effekten fördelaktig? Med hjälp av en kuvertkontroll kan vi överväga en volym avgas vid hög temperatur och kontrollera hur volymen ändras efter att ha injicerat vatten för att skapa ånga.

Om vi tar 10 m $ ^ 3 $ avgaser (luft) vid 1000 K, och injicera en mängd vatten m $ _w $ i det så att temperaturen sänker till 800 K, kommer avgasen att gå ut. Hur mycket vatten injicerar vi, och har den resulterande överhettade ångan en högre volym än kontraktionen på grund av temperaturen? Allt vid konstant tryck på 100 kPa

• 10 m $ ^ 3 $ avgaser (luft) vid 1000 K väger 3,8 kg (källa)
• vid 1000K, C $ _p $ av luft är 1,14 kJ / kg.K (källa)
• För att få 3,8 kg luft från 1000 till 800 K måste vi extrahera $ 1.14 \ cdot 200 \ cdot 3.8 $ = 866 kJ
• omvandlar 1 kg vatten @ 300 K till Steam @ 800 K, vi behöver 3444 kJ: C $ _p $ vatten, enthalpi av fasövergångsvatten - > ånga, C $ _p $ av ånga (källa) .
• så vi måste injicera 866/3444 = 0,25 kg vatten.

Avloppsluften har minskat i volym: 3,8 kg luft @ 800K är 8,26 $ m ^ 3 $, så det har förlorat 1,74 $ m ^ 3 $ från täthetsökning.

1 kg överhettad ånga vid 800K har en volym på 3,5 m $ ^ 3 $ (källa) , så 0,25 kg tar 0,25 $ \ cdot $ 3,5 = 0,88 m $ ^ 3 $.

Slutsatser:

På grund av minskningen av totalvolymen kommer jetutsläppshastigheten att vara lägre. Dragkraft är massflöde * Avgashastighet - Ökningen i massflödet kompenserar inte för minskningen av hastigheten.