Налягането и водородно-кислородната смес

[mi6o]

Здравейте,
Въпросът ми е чисто технически, понеже самата концепция е малко объркваща (според мен). Малко въведение- всички се опитваме малко или много да подкараме ДВГ с водородно-кислородна смес (независимо от начина на получаване). Самата смес се получава при нормални условия (стандартно атмосферно налягане и температура). След това ако искаме да я захраним в ДВГ… как се държи тази смес. От проучването което направих, намерих че обикновен бензинов ДВГ има налягане в цилиндъра в краят на нагнетателният цикъл между 2 и 5 МПа (290 и 725 psi). Независимо от начинът на захранване на тази смес в цилиндъра (порт-инжекция, директно впръскване) тя в крайна сметка ще се окаже в среда с 2-5МПа налягане и поне 2000Ц температура. Това води до автоматичното възпламеняване на сместа. Въпросът- ако НН-О сместа се сгъстява предварително до налягане достатъчно, за да може да се впръсква директно, ще бъде ли в газообразно състояние или ще се втечни (преди впръскването). Самата смес няма да се „съхранява” за дълги периоди в нагнетено състояние. Благодаря предварително за отговорите. Ако модераторите смятат, че темата е обсъждана, и пиша на неправилното място- може да я изтъркат.

[juliang]

Мисля че на 50 бара ННО сместа няма да се втечни, не и при нормално температури. Вероятно при -100 градуса може и да се втечни, но водорода се втечнява изключително трудно, кислорода става течен под -150 градуса... а сместа всъщност не е химично съединение, така че би трябвало да се държи като смес - всеки елемент да запази характеристиките си.
А за 2 000 те градуса... аз си спомням че главата на колата ми е алуминиева, клапаните са стоманени... изключено е повърхностите им да се нагряват до такава температура. Може в процеса на горена за момент да се образуват такива температури някъде в сместа, но при разширяването й тя ще падне значително, така че ... по-приемливо за мен е да се говори за температури от порядъка на 400-500 градуса.

[PyroVeso]

Водородно-кислородната смес детонира при налягания и температури далеч по-ниски от посочените. В различни източници, като мерки за безопасност при експериментиране с подобни смеси пише, че при налягане 8 бара (~атм.) детонацията е твърде вероятна и по принцип над 5 бара трябва много да се внимава. Освен това - веднъж тръгне ли процесът, той задължително протича под формата на детонация... за голямо количество такава смес няма такова нещо като "бавно горене", понеже представлява смес на молекулно ниво в идеалното съотношение. От всичко това следва, че HHO НЕ Е подходящо гориво за ДВГ. За турбини и реактивни двигатели, стърлингови двигатели и т.н. може би да, но не и за ДВГ.
Съвсем по друг начин стои въпросът, когато HHO се използва като подобрител на процеса на изгарянето на основното гориво. И колкото по-тежко, трудно летливо, калпаво и т.н. е основното гориво, толкова по-голямо е подобрението... Например, при основно гориво метан (CNG) и дори пропан-бутан (LPG) почти няма подобрение, при бензина има осезаемо, а при нафта, мазут, керосин и т.н. - най-голямо.

[valex]

PyroVeso
Имам въпрос 'чистото' HHO с експлозия или имплозия гори?
Това което съм видял в нета е противоричиво според мен.

[juliang]

Хмм... интересен въпрос. Предполагам че ако сместа се състои само и изцяло от водородни и кислородни молекули... ще има имплозия. Но ако има и водна пара или въздух, който няма да участва в реакцията то тогава повишаването на температурата на "пълнежа" ще доведе до разширяване на сместа.

[valex]

Ако имам имплозия за какво използване на чиста ННО в ДВГ говорим?

[PyroVeso]

Колега Valex, естествено че с експлозия гори... най-малкото защото температурата на образуваната водна пара е над 3000'C в първоначалния момент. "Имплозия" може да се получи едва когато температурата на парата се понижи, примерно до стайна - в такъв случай ще имаме течна вода (при 1 атм.), чийто обем е хиляди пъти по-малък от обема на газообразните водород и кислород при същите условия. Но за такова охлаждане се изисква време, което колкото и да се стараем да съкратим (силноразвита охлаждаща повърхност с голям топлинен капацитет и ниска температура) пак е в порядъци по-дълго от времето за изгаряне (скоростта на детонация е километри в секунда, примерно 11, т.е. за един цилиндър с дължина на компресирания обем 10 см. времето за изгаряне ще е някъде ~10 микросекунди). За такова време е абсурдно да очакваме някакъв значителен топлообмен през стените на цилиндъра и буталото. По-скоро можем да говорим за адиабатно разширение, демек - експлозия .

Общо-взето процесът би протекъл така (в един двигател, който има за гориво само HHO): В ГМТ HHO се възпламенява, изгаря мигновено с образуването на водни пари с много висока температура и налягане в малък обем. Тези пари започват да се разширяват, извършвайки полезна работа върху буталото, като същевременно понижават температурата и налягането си. В един момент може да се получи така, че температурата и налягането да са се понижили до толкова, че обемът на водната пара да е станал по-малък от обема на първоначално всмукания (некомпресиран и при атмосферно налягане) HHO. Хубаво е този момент да съвпадне с момента, в който буталото е в ДМТ, понеже оттам-нататък следва "имплозията", която ще засмуче буталото обратно към ГМТ. Малко преди ГМТ очевидно налягането ще се изравни с атмосферното и в този момент трябва да се отвори изпускателния клапан, за да може охладената пара (или течната вода! ) да напусне цилиндъра.
Подобен двигател си го представям обаче много бавно-оборотен (за да може водната пара да се охлади до степен да засмуче буталото), с N на брой цилиндри (за да може всеки цилиндър да дава тяга в определен момент от бавния цикъл на охлаждането) и стените на цилиндрите да са някакви алуминиеви радиатори, та да става бързо отвеждане на топлината, ако искаме да се възползваме преимуществено от ефекта на имплозията.

[valex]

Има логика!
http://www.youtube.com/watch?v=-iRHE-DzodU експлозия  и имплозия на ННО
В първия случай май газа не е чист.

[PyroVeso]

Сметката е много проста: 1 мол (6,022 . 10²³ молекули) газообразно вещество при нормални условия (0'C и 1atm) заема обем точно 22,4 литра.
Реакцията на изгаряне на водорода е:
2H₂ + O₂ -> 2H₂O
т.е.
2 мола водород + 1 мол кислород -> 2 мола вода
или
в началото: 3 мола газове (2 водород и 1 кислород) заемат обем 3 . 22,4 = 67,2 литра;
в края: 2 мола вода са 2 . 18 = 36 грама, или около 36 милилитра (0,036 литра)
намаляването на обема е 67,2 / 0,036 = 1867 пъти (над 3 порядъка...)

Според уравнението на идеалния газ P.V = n.R.T, в момента след изгарянето, налягането на парата е над 10 атмосфери...