КВС в космосе

[Андрей Курилов]

Александр, ваша ошибка в том, что вы рассчитали всё наоборот. Вы взяли с потолка КПД термодинамического цикла в 80% и на основе этого рассчитали площадь наружного слоя-радиатора вашего термоядерного планетоида с нужной вам температурой. В реальности это так не работает. Если турбина не могёт выжать больше 2/3 энергии из рабочего тела, то оставшиеся 1/3 энергии так и будут болтаться по кругу в контуре, пока, наконец, тупой теплопередачей не дойдут до следующего контура (или радиатора). Если вы заперли тепло в планетоиде, то это не значит что вы сможете добиться высокого КПД. Это шулерство. Счиатайте свои 2-3 контура и прикидывайте температуру в конце цепочки. Таковой и будет температура поверхности. Если в начале у вас 1500К, опосля первого контура остаётся 500К (и то, если чудесная турбина позволит!), в следующем контуре, допустим, вы можете рассчитывать на понижение температуры с 500К до 250К, то конечной температурой у вас будет 250К (дальше контуров нет уже смысла городить). Итого, во вращение удалось конвертировать 5/6 всей энергии (что замечательно). Умножим на КПД электрогенераторов, остаётся 2/3 от всей энергии. Ещё минус 1/10 - электропотери до лазера. Остаётся 9/15. КПД лазера так никто и не прояснил (от 10% до 80%). Итого, КПД преобразования взрыва в луч - от 6% до 48%. Моя оценка не изменилась.

[alex_semenov]

В случае водорода в качестве рабочего тела в первом контуре и соотношений давлений равному 100 получим идеальный КПД одной только турбины 65% (на гелии или аргоне до ~78%). Это очень хорошая турбина с очень хорошим отношением давлений на входе и выходе. Так-то вот.

Все верно!
Еще одна (пятая) возможная утечка тепла в обход турбины - именно степени свободы реального газа.  Поэтому в солнечных электростанция хотят использовать в качестве рабочего тела гелий.



http://epizodsspace.no-ip.org/bibl/getlend/17.html
(обратите внимание, как хитро замкнут контур!)

И нам для гравицапы нужен цикл Брайтона!
Это - окончательный выбор!

Сколько турбин надо будет поставить в каскад- вопрос второстепенный. Его всегда можно решить. Это вопрос оптимизации конструкции по другим параметрам (например материалоемкости). Если можно сразу отбирать 80% и это будет разумно, то будем обходится одним контуром.  Не получится - будем использовать два.
Первый отбирает 78%, второй -  остальные 2%. Или 70% и 10%...


Для приближения цикла Брайтона к идеалу Карно (отличие в 1-2% вполне допускается и я его закладываю!) надо использовать во-первых газ с минимумом степеней свободы, во-вторых процесс нагрева и охлаждения надо сделать как можно более "изо"… то есть ме-е-е-едленным. В принципе этого можно добиться, усложняя установку. Скажем есть металлический теплоноситель который быстро отбирает тепло из реактора. Потом он в специальном широком теплообменнике ме-е-е-е-е-дленно греет тот же водород, который проходит через турбину.
Кстати водород на самом деле лучше гелия в термодинамическом смысле. Он  почти идеален.  И добывать его можно из воды (которой у нас  и так должно быть море).
Чем он плох? Говорят он "наводороживает" металлы и делает их хрупкими.
Но, скажем, применяя керамику (у нас же инопланетные технологии!)

Что в итоге?
Мы, бега по кругу, все же шаг за шагом совершаем полезную работу. Уточняем свои физические представления… При этом (в который раз убеждаюсь!) ПОЛЕЗНУЮ РАБУТУ из двух спорщиков совершает ТОЛЬКО ТОТ, кто признает свои ошибки.
То есть, у кого есть "холодильник". Кто только "греет" (окружающих своей непогрешимостью) - совершает бесполезные циклы!
И смотрите. Мы опять вернулись в исходное (хотя и обогощенные пониманием тонких нюансов).
С чего все началось?
С того, что я сказал:  РЕАЛЬНАЯ тепловая машина, выстренная сверхцивилизацие может быть практически идеальной по Карно.  Поэтому, не зная нюансов, я так и считал гравицапу с самого начала. Нагреватель 1500 К, хододильник (теперь) 3 С, 276 К. Идеальный КПД 0,816. Реальный у чуда инопланетной техники я беру 0.80. Она не строго идеальна, но очень близка.

[alex_semenov]

Александр, ваша ошибка в том, что вы рассчитали всё наоборот. Вы взяли с потолка КПД термодинамического цикла в 80% и на основе этого рассчитали площадь наружного слоя-радиатора вашего термоядерного планетоида с нужной вам температурой. В реальности это так не работает.

Да не т же. Все так и будет работаььб!
Опять двадцать пять!!!

Если турбина не могёт выжать больше 2/3 энергии из рабочего тела, то оставшиеся 1/3 энергии так и будут болтаться по кругу в контуре, пока, наконец, тупой теплопередачей не дойдут до следующего контура (или радиатора).

Да не несете вы чуши! Вы же сами все нашли!

Если вы заперли тепло в планетоиде, то это не значит что вы сможете добиться высокого КПД. Это шулерство.

Никакого шулерства! Почему у меня радиатор получатеся с Луну?
Это РАСПЛАТА за 0.8!
Ничего себе "шулерство"!
Вы, батенька, все-таки "пакуете" всякую ерунду и не видите всей логики процесса в целом!

Счиатайте свои 2-3 контура и прикидывайте температуру в конце цепочки. Таковой и будет температура поверхности. Если в начале у вас 1500К, опосля первого контура остаётся 500К (и то, если чудесная турбина позволит!), в следующем контуре, допустим, вы можете рассчитывать на понижение температуры с 500К до 250К, то конечной температурой у вас будет 250К (дальше контуров нет уже смысла городить). Итого, во вращение удалось конвертировать 5/6 всей энергии (что замечательно). Умножим на КПД электрогенераторов, остаётся 2/3 от всей энергии. Ещё минус 1/10 - электропотери до лазера. Остаётся 9/15. КПД лазера так никто и не прояснил (от 10% до 80%). Итого, КПД преобразования взрыва в луч - от 6% до 48%. Моя оценка не изменилась.

Как вам будет угодно! Спасибо что помогли мне поправить детали своих грубых представлений!

[Андрей Курилов]

Это РАСПЛАТА за 0.8!

Не будет 0,8, как в идеальном цикле Карно. Будет 0,05..0,5.

[alex_semenov]

Это РАСПЛАТА за 0.8!

Не будет 0,8, как в идеальном цикле Карно. Будет 0,05..0,5.

ВЫ ЭТОГО НЕ ДОКАЗАЛИ!
Напротив. Вы показали КАК добиться почти идеала на практике (чего я раньше не знал в полном объеме).
Использовать цикл Брайтона, использовать водород. Ни в коем случе не допускать конденсата. Растягивать как можно дольше процесс нагрева и охлаждения теплоносителя. Ну и раумеется теплоизоляция (идеальная в вакууме), отсутствие трения (левитирующие подшипники), сверхпроводниковые генераторы и силовые кабеля.
ВСЕ! Дело сделано!
Я потеряю не более 1%!
Откройте ссылку по циклу Брайтона что я выше дал. Там "черным по белому" написанро что цикл Брайтона практическ идеален по Карно (и показано ПОЧЕМУ!).

[alex_semenov]

Так вот же."Гравицапа"-это конечно хорошо.И размеры тоже.А вот насколько это искусственное солнышко можно отправить вниз(в масштабе)? И есть ли реальные похожие  многоступеньки?Кузькина Мать ведь была трехступенчатой..

А зачем вниз?
Вы хотите взрывать по 2 мегатонны вместо 20 гигатонн? Вам придется взрывать в час по 10 000 бомб. Это по три в секунду.
Каждая должна пролететь не менее 100 км. То есть иметь скорость полета в точку подрыва 300 км В СЕКУНДУ.
И зачем такие мучи?
Тем более что в бомбе по 2 мегатонны мы не получим такой чистоты термоядерности, что мы получаем в 6-и ступенчатом "ракетном подводном крейсере". 100 000 Дж из дейтерия при 1 Дж из плутония.

По поводу размеров бомбы (мол сработает ли) не беспокойтесь. Теоретически бомбу можно наращивать бесконечно.
Я видел спор физиков, где кто-то доказывал что теория не верна и бесконечно не получится. Но наших 6-и ступеней это не касатеся. Это не касается и 66 ступеней!
 

[Андрей Курилов]

ВЫ ЭТОГО НЕ ДОКАЗАЛИ!

Да ну? А что же я рассчитал? Влияние цвета трусов на погоду что ли?

использовать водород

Далеко не идеальный газ. На этом сразу теряете процентов 10 ещё до турбины.

Ну и раумеется теплоизоляция (идеальная в вакууме),

Между контурами она будет далеко не идеальная.

верхпроводниковые генераторы и силовые кабеля.

Непонятно, как это внутри КВС вообще может быть.

Я потеряю не более 1%!

Одна только турбина может выжать на водороде не более 60-70%. Непонятно как вы будете снижать энтропию паразитного тепла.

Ещё раз. Если турбина не может выжать более 65% КПД - значит она не может. Значит надо повышать соотношение давлений на входе и выходе или брать другое рабочее тело. Это значит что 35% тепла уйдут с лишней энтропией и никак вам уже не помогут в этом контуре. Ибо это означает, что рабочее тело сохранит 35% тепловой энергии на выходе из турбины. Что повлечёт за собой дополнительный нагрев холодильника и снизит эффективность нагревателя. Всё, что вы можете сделать турбиной - это сделать так, чтобы она на выходе оставляла МИНИМУМ паразитного тепла. Если у вас этого не вышло - никакие левитирующие подшипники и торсионные гаечные ключи вам уже НЕ ПОМОГУТ. Я взял практически фантастическую турбину с соотношением давлений в 100. Для неё идеальный КПД будет 65% на водороде. Пожалуйста, не надо брать числа с потолка (а-ля "1% потерь") - это всё лишь хотения, никак не подкреплённые рассчётом. Покажите мне турбину с более высоким соотношением давления, покажите как её построить, как она будет работать - тогда можно будет согласиться.

[Andrew Gontchev]

Конечно! Мы о чем говорим? О приближении кпд РЕАЛЬНОЙ тепловой машины к  кпд ИДЕАЛЬНОЙ тепловой машины.

(500-280)/500=0.44

Алекс, идеальная тепловая машина имеет на выходе (после цикла) температуру рабочего тела предельно близкую к абсолютному нулю (по Кельвину) вне зависимости от начальной (до цикла) температуры рабочего тела. Вот к этому и стремитесь, если Третье Начало Термодинамики позволит 

[Andrew Gontchev]

ВСЕ! Дело сделано!

Рассказал бы я Вам, как устроены "холодильники" (которые охлаждают гермозону с полезной нагрузкой) на Космических Аппаратах и сколько для их работы приходится тратить ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ энергии (чтобы тепло в вакуум излучить), да похоже пустая трата времени будет....

[Андрей Курилов]

Ещё кое-что. Мне не понятно, как можно сделать заряд с 30 кг урана и 30 килотоннами дейтерия. Вот единственный пример дейтериевой бомбы:

Так вот в этой бомбе взрывается сначала небольшой ядерный заряд, который излучением сжимает более массивный плутониевый стержень и приводит его в сверхкритическое состояние. После этого зажигается дейтерий.

Но 77% энергии этого заряда пришлись на деление оболочки из природного урана быстрыми нейтронами. Почему же так, если бомба дейтериевая? А всё дело в том, что 30 килотонн дейтерия вам потребуется окружить ещё высокоплотным материалом, чтобы дейтерий мог быть сжат достаточно взрывом до того, как заряд будет разрушен и дейтерий будет разбросан взрывом вокруг. И это уже не говоря о тяжёлом плутониевом стержне. Зачем он там, если мы считаем, что ядерного триггера достаточно для зажигания дейтерия?

Чтобы с помощью всего 30кг урана поджечь дейтерий, придётся сначала взять малое кол-во дейтерия и окружить его слоем тяжёлого материала (свинца или природного урана). Если вы просто взорвёте ядерный заряд в большом бассейне дейтерия, то ничего не будет. Чтобы сжечь ещё больше дейтерия, придётся делать известную "слойку". Масса слоёв "тампера" будет куда больше, чем масса дейтерия в бомбе (поэтому от дейтериевых бомб отказались в пользу дейтерид-литиевых). Т.е. если у вас дейтерия 30 тыс. тонн, то заряд будет весить вообще под мегатонну.

Плотность дейтерия в жидком виде - 0,162 тонн на куб. м. Это означает, что сфера из одного только дейтерия такой массы будет более 70 метров в поперечнике. Учитывая, что дейтерий даёт практически весь основной объём заряда, будет как раз где-то 80 м.

Вывод. С дейтерием - затея изначально дохлая, так как столько тяжёлого вещества для "тампера" не найти на планетозималях. Можно попробовать чего-нибудь придумать с дейтеридом лития, но там, в общем-то те же проблемы.

[Кремальера]

Вы хотите взрывать по 2 мегатонны вместо 20 гигатонн?

Вообще я хочу чтобы взрывалось ну где-то 100Кт,а желательно и вообще пятьдесят.
Если конечно такое  малое количество дейтерия вообще сможет завестись от  крохотного плутониевого триггера.

А зачем вниз?

"Всё лучшее -детям!"(с).Логично  потренироваться сперва на кошках ,в смысле на детских масштабах.И желательно сделать это еще на Земле.Пока "гравицапа" еще никуда не полетела.

[Андрей Курилов]

В 1948 году на основе расчетов А. Д. Сахаровым были выдвинуты основополагающие идеи конструкции водородной бомбы РДС-6[3]. После этого разработка бомбы пошла по двум направлениям: «слойка» (РДС-6с), которая подразумевала атомный заряд, окруженный несколькими слоями легких и тяжелых элементов и «труба» (РДС-6т), в которой плутониевая бомба погружалась в жидкий дейтерий. США разрабатывали похожие схемы. Например, схема «Alarm clock», которая была выдвинута Эдвардом Теллером, являлась аналогом «сахаровской» слойки, но она никогда не использовалось на практике. А вот схема «Труба», над которой так долго работали ученые, оказалась тупиковой идеей. После испытания бомбы РДС-1, основные усилия сконцентрировались на варианте «Слойка»[4]. Государственная комиссия под председательством Курчатова Игоря Васильевича, проведя анализ результатов генеральной репетиции и доложив свои соображения правительству, приняла решение провести испытания первой водородной бомбы 12 августа 1953 года в 7 часов 30 минут местного времени[3].

Операцию по сборке заряда проводили Н. Л. Духов, Д. А. Фишман, Н. А. Терлецкий под руководством Ю. Б. Харитона и в присутствии И. В. Курчатова[2]. Подготовка системы автоматики осуществлялась В. И. Жучихиным и Г. А. Цырковым. В работах принимали участие А. Д. Захаренков и Е. А. Негин. Снаряжение заряда капсюлями-детонаторами после подъёма его на башню осуществлялось А. Д. Захаренковым и Г. П. Ломинским под руководством К. И. Щёлкина и в присутствии А. П. Завенягина[2]. Особенности конструкции: Питта герметичная, сферически симметричная, в центре полоний-бериллиевый нейтронный источник, непосредственно к нему примыкают полушария оружейного урана, далее плитки литого дейтерида-тритида лития-6, далее природный уран. Точные массогабаритные данные и состав материалов питты до сих пор секретен.

[Кремальера]

Вывод. С дейтерием - затея изначально дохлая,

Погодите.Вы же как-то давали ссылку на мериканский проект где выстреливаемый дейтериевый шарик.,в ключевой точке обжимается направленными с разных сторон лазерами,тоже искусственное солнце-деньги на это дело там вроде выделялись космические.И все попусту?

[Андрей Курилов]

Погодите.Вы же как-то давали ссылку на мериканский проект где выстреливаемый дейтериевый шарик.,в ключевой точке обжимается направленными с разных сторон лазерами,тоже искусственное солнце-деньги на это дело там вроде выделялись космические.И все попусту?

Ну так а я об чём? Нужно инерциальное удержание. Его может обеспечить либо сила, возникающая при абляции с поверхности заряда, либо плотный слой "тампера" снаружи. Инерциальное удержание нужно для подрыва любыми ядерными реакциями - как деления, так и синтеза.

Вопрос - как обеспечить это самое инерциальное удержание для 30 тыс. тонн дейтерия?

[Andrew Gontchev]

Вопрос - как обеспечить это самое инерциальное удержание для 30 тыс. тонн дейтерия?

Вероятно только точно выверенным во времени - встречным взрывом.

[Андрей Курилов]

Нагреватель 1500 К, хододильник (теперь) 3 С, 276 К. Идеальный КПД 0,816. Реальный у чуда инопланетной техники я беру 0.80. Она не строго идеальна, но очень близка.

Такая температура холодилника откуда взялась? Дело в том, что если турбины-генераторы-трансформаторы не осилят преобразование 80% энергии, то радиатор у вас нагреется, а не КПД повысится. Вы упорно этого не понимаете. Каким же чудесным образом вы зафиксировали температуру радиатора?

Именно температура радиатора в космосе будет плясать в зависимости от того, сколько энергии вы сможете извлечь контурами-турбинами. НО НИКАК НЕ НАОБОРОТ. Вы же, исходя лишь из одних своих хотений берёте Т нагревателя и Т холодильника какие вам понравились и - опа, КПД какой большой. Это такой магический термодинамический цикл. Полезная работа извлекается с помощью магии, потому что А. Семёнов не желает вдаваться в подробности рассчёта эффективности термодинамических циклов.

[Andrew Gontchev]

Именно температура радиатора в космосе будет плясать в зависимости от того, сколько энергии вы сможете извлечь контурами-турбинами.

Верно, и температура радиатора будет неуклонно расти до значения при котором установиться термодинамичекое равновесии теплообмена. Вот только какой при этом будет остаточный кпд этой машины - баааальшой вопрос....
Вероятно у Алекса - электромобиль, если бы он пользовался авто-мото транспортом на ДВС: заметил бы, что в сильную жару мощность двигла заметно падает, а в лютый мороз - тянет как зверь, к чему бы это?

[alex_semenov]

Одна только турбина может выжать на водороде не более 60-70%.

Что под этим повроряющимся БРЕДОМ вы понимаете?
Что значит КПД турбины? Одной голой турбины? И что это за КПД? Отношение чего к чему?
Чего - понятно. Снимаемой с вала мощности. А к чему? К мощности чего?
Где вы вообще эту цифру откопали, что так  упорно на нее молитесь?

[alex_semenov]

Далеко не идеальный газ. На этом сразу теряете процентов 10 ещё до турбины.

Как посчитали?

Кстати, гелий - практически идеальный газ. Показатель адиабаты гелия 1,66, а у идеального одноматомного газа 1,67. Разница - пол процента.
Гелий дефицитный газ.... Но для замкнутого цикла много (в сравнени с другими материалами) и не потребуется....

[Андрей Курилов]

Отношение чего к чему?

Отношение поступающей на входе тепловой энергии газа к получаемой энергии вращения.

Где вы вообще эту цифру откопали, что так  упорно на нее молитесь?

Я формулу приводил. Приведу ещё раз.

Здесь также есть Т1 и Т2, взятые из формулы цикла Карно. Заметьте, не вы берёте и определяете своим хотением Т1 (холодильник), а турбина определяет её своей конструкцией.

Как посчитали?

Вы уже сами ответили на этот вопрос строкой ниже этого вашего вопроса.

Кстати, гелий - практически идеальный газ. Показатель адиабаты гелия 1,66, а у идеального одноматомного газа 1,67. Разница - пол процента.
Гелий дефицитный газ.... Но для замкнутого цикла много (в сравнени с другими материалами) и не потребуется....

Вы не сможете использовать гелий.