¿El principio detrás del enfriamiento regenerativo?

En el enfriamiento regenerativo, el combustible pasa alrededor de la boquilla antes de ser bombeado a la cámara de combustión, ¿verdad? Realmente no veo cómo esto afecta el enfriamiento en sí mismo, ya que el calor capturado alrededor de la boquilla por el combustible/oxidante parece ser devuelto a la cámara de combustión, que tendrá que ser capturado por más combustible. Entonces, ¿dónde está mal mi razonamiento?

Respuestas (1)

Te estás perdiendo cómo se distribuye el calor en el escape.

La mayor parte del propelente expulsado a través de la tobera nunca entra en contacto con la superficie de la tobera o las paredes de la cámara de combustión y, como resultado, nunca tiene la posibilidad de transferirles su calor.

El gas de escape se enfría principalmente a través de la expansión adiabática: la alta presión y la alta temperatura se transforman en un volumen y velocidad rápidamente crecientes del propulsor expulsado: eyección a alta velocidad de la masa de reacción; propulsión. Solo una pequeña parte se transfiere a las paredes, pero eso es suficiente para correr el riesgo de dañarlas por sobrecalentamiento y comprometer la durabilidad de los materiales.

Por otra parte, parte de la energía de combustión se consume al calentar los combustibles desde su temperatura de inyección hasta la temperatura de postcombustión (que luego se transforma en propulsión). Cuanto más caliente esté el combustible antes de la inyección, menos se perderá por ese calentamiento. Por lo tanto, es beneficioso calentar los combustibles, especialmente para hervir los criocombustibles, antes de la combustión.

Dado que ambos tenemos un exceso de calor del que debemos deshacernos, ya que es peligroso para la estructura, y necesitamos que los criocombustibles pasen de líquido a gas para la combustión; podemos combinar los dos procesos, aumentar simultáneamente la temperatura de precombustión y enfriar la estructura. La mayor parte del calor producido en la combustión será expulsado "inofensivamente" - y el exceso que se transfiere a la estructura, se recupera y se reutiliza precalentando el combustible, esa energía que de otro modo se perdería, se bombea de vuelta a la cámara de combustión como calor. combustible.

Siempre supuse que los combustibles para cohetes solo se convertían en gas una vez en la cámara de combustión. Entonces, cuando habla de hervir combustibles criogénicos, no quiere decir antes de que lleguen a la cámara de combustión, ¿verdad? El cambio de estado absorbe una gran cantidad de calor, por lo que sería genial si eso pudiera suceder alrededor de la boquilla, pero no creo que pueda, porque bombear gas es algo completamente diferente a bombear líquido.
@JohnnyRobinson: Todo depende del diseño en particular. Por lo general, se convierten en gas en los prequemadores. Los motores que queman propelentes gaseosos tienden a ser más eficientes debido a una mejor mezcla y una combustión más completa. El enfriamiento regenerativo es bastante eficiente, por lo que rara vez verá todo el combustible dirigido a través de él, y usar oxidante es otro montón de problemas; El oxidante caliente se vuelve mucho más reactivo, ¡con lo que sea que entre en contacto!
Ahora que menciona eso, un motor de flujo completo proporcionaría gases al motor, ¿no es así?
@JohnnyRobinson: Parece que sí, no creo que existan prequemadores que expulsen incluso una mezcla parcialmente líquida. OTOH, los motores de flujo completo son bastante exóticos. SSME usó dos prequemadores, pero ambos crearon una mezcla rica en combustible (sin embargo, impulsando diferentes bombas), mientras que la mayor parte del oxígeno se inyectó aún en forma líquida.
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