煤油的沸点 煤油的沸点是多少

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煤油的沸点 煤油的沸点是多少

煤油的沸点是多少

煤油的沸点一般沸点为110-350℃。 ❤您的问题已经被解答~~(>^ω^

煤油的沸点和凝点是多少摄氏度?

由于煤油成分复杂 所以不同质量的煤油的凝固点和沸点有所差别 但是 沸点一般高于150℃,凝固点低于-30℃ 如果帮到你,请记得采纳,O(∩_∩)O谢谢

煤油的熔点是多少

煤油不是纯净物,没有熔点(熔点和凝固点是一个概念吧?) 有人认为:好的煤油,凝固点为约-30℃。 但我认为:普通的煤油凝固点应该比这个值低一些。低10~20℃也是很有可能的。

用于火星的推进剂来源

甲烷真正推上日程是因为马斯克及其Raptor发动机。马斯克问了一句,火星上有煤油吗?然后这个事情就有结论了。

为了响应1989年布什总统关于太空探索计划的号召,产生了《90天报告》,给出载人火星的预算为4500亿美元。载人登月的预算为400亿美元(《航天帝国被禁锢的脚步---苏联载人登月失败原因分析》),那时浪漫的肯尼迪总统说你们搞事,我来搞钱。现在面对着4500亿美元,国会震惊了,从此阻止了大部分人对载人火星飞行任务的认真考虑。

价格之所以这么高,是因为在到往火星的路上荒无人烟,需要自带补给,包括返回的推进剂,以及人喝的水、呼吸的氧气。

马斯克的前辈,火星学会创始人祖布林,举了一个例子,19世纪,英国海军花费巨大代价,去探索加拿大北极地区的西北航道,他们的舰队装载了煤炭和供给,但探险队与浮冰群斗争多年后,依旧被短缺逆转了形势,几乎全军覆没。与此同时,1903年(又是1903年)罗尔德.阿蒙森带领一支小型探险队却利用狗拉雪橇在北冰洋畅行无阻,采用土著的办法,他们喂饱了自己和狗队,轻装上阵,利用不大的花销,完成的探险成就就远远超过了海军舰队。

祖布林问,怎么得到氧气?怎么得到水?怎么返回地球?答案只有一个:在火星上,就得像火星人那样生活。

先发送一个返地飞行器(ERV, earth return vehicle)到火星,ERV的100kW核反应堆,通过一系列泵来吸取火星上CO2大气(火星大气95%都是CO2),然后与地球上搬来的氢反应,CO2和H2结合,将产生甲烷(CH4)和水,前者将供飞船作为火箭燃料。这称为甲烷化反应(methanation reaction)或萨巴蒂尔反应(Sabatier reaction),这个反应为防热反应,在催化剂下会自发进行,再将水裂解成氢气和氧气,氧气贮存为火箭氧化剂,氢气则继续进入反应链用于产生更多甲烷和水。反应式如下:

甲烷化反应:4H2+CO2- CH4+2H2O

电解水:2H2O- 2H2+O2

合并为:4H2+CO2- CH4+2H2+O2

相当于:2H2+CO2- CH4+O2

这个反应中,C和O原子来自火星大气,为无限量供应,H从地球上携带。这里面,4g氢可以产生16g甲烷,以及32g氧气。但这里液氧甲烷的混合比为2:1,离3.3~3.4的最佳混合比尚有一定差距。

可以直接裂解CO2(2CO2- 2CO+O2),它不用任何外在物质参与。但这个反应产出较低,而且会损坏催化材料。

因此,在祖布林的设计中,再增加一个分解反应或甲烷热裂解反应:

分解反应:CO2+H2- CO+H2O

甲烷热裂解反应:CH4- C+2H2, CO2+C- 2CO

这个反应是轻度吸热反应,不过要求温度低,用到了H,但H完全变成了H2O,从而可以被裂解而没有损失。这时候,4g氢还是产生16g甲烷,而氧气其实来自火星中无限量供应得CO2。作为推进剂时,按祖布林的配比为16*3.5=56g,这样甲烷和氧气一共72g。

祖布林进一步做了一套装置,来实现这一系列反应,这里就不详述了。在设计中,ERV总共送上去6吨氢,最后变出了6*72/4=108吨推进剂。

这也就是祖布林的设计,并写在了《赶往火星---红色星球定居计划》这本书里。在火星上,要像火星人那样生活,没有氧化剂,火星给我们造,没有燃料,火星给我们造。我们不再需要4500亿美元,而是550亿美元,就可以去火星上耍一圈,价格基本相当于当年去月球上耍一圈。

作为红色星球定居计划的拥趸,在马斯克描述的火星梦里,他大笔一挥,像火星人那样生活,用甲烷!

但是,距离这个梦的实现还很远很远,即使马斯克把他吹过的很多牛都实现了,这个牛,需要花费他毕生的精力。

登陆火星推进剂贮存

一种观点,认为地球附近使用煤油好,而星际探索,最好使用液氧-甲烷作为推进剂。这个观点本质上不错,但具体得看星际的平衡温度是多少。

宇宙背景温度为4K,在没有热源(如恒星)时是一个深冷的环境,在这个温度下,液氧-甲烷的确会更好一些,因为保持它们的温区所需能量更小。

但在太阳系内的天体或航天器,因为晒着太阳,感受到了一点点温暖。就像大家冬天,虽然地表温度很冷,但晒着太阳,接受着太阳的辐射,感觉也就并不是那么冷了。

太阳是总发热功率高达Q=3.86×10^26W,地球与太阳距离为1.5亿公里,即L=1.5×10^11m,因此在地球上每平方米面积上接受的太阳辐射功率为

q=Q/A=Q/(4πL2)=1365W/m2

图 球体温度计算公式

对于地球上的理论球体,假设对热的吸收率和发射率都是1,则吸收热量等于发射热量。这里面,面向太阳的一面面积是圆面积,即πR^2,而球体整个辐射面积是求面积,即4πR^2,因此

其中σ为Stefan-Boltzmann常数, 等于5.67×10^-8 W/m^2·K^4

经计算在地球轨道上空,平衡温度为278.54K,即约5.4℃;而火星据太阳2.28亿公里,因此平衡温度为225.9K,即-47℃。

注:这里的温度是平衡温度,需要在航天器内部布满热管,保持太阳面和背阴面温度基本一致。

因此,对于火星而言,维持甲烷温度并不会比煤油更容易。而且还必须考虑到,一是航天器内电子元器件使用温度与煤油温区比较接近,二是对航天器加热比制冷容易得多,这也是当前为止,推进剂蒸发量控制一直是个难题的原因。

火箭回收

随着SpaceX回收利用的成熟,回收已成为运载火箭领域的显学,使用液氧甲烷的呼声也越来越高。

毋庸置疑,液氧甲烷重复使用理论上一定是比煤油好的。煤油发动机虽然每次清洗,但不可能洗得完美如初,它迟早会因为结焦积碳,变得不可使用。

但结焦未必是发动机的最短板,目前SpaceX业已证明液氧煤油发动机至少可使用6次以上,包括3次静态点火和3次飞行(此处多次启动计算为1次,另外不知回收后发动机是否拆下单独进行试车,因此未统计)。液氧煤油发动机的潜力仍未被全部挖掘。

奥立佛·温代尔·霍姆斯提出霍姆斯马车理论:车轴折断的同时车轮也刚好转到最后一圈损坏,马车的所有部件也同时寿终正寝。即该马车的所有部件没有哪个比另外的部件更脆弱或更耐久。这是一种充分均衡的状态,与其有联系的一个广为人知的理论就是“木桶原理”,木桶原理强调的是短板造成的前进阻碍,而霍姆斯马车某种程度上强调的是长板的浪费。

取发动机功率与质量之比,小型喷气航空发动机比汽车大34倍,但仅有火箭发动机的1/48。如果汽车发动机的功率质量比达到SSME水平,它的重量仅有1/4磅。火箭发动机能量的高度集中,让其使用寿命存在一定的限度。一台汽车发动机可以使用20年,一台航空发动机可以使用约1万小时,而一台航天发动机寿命仅可以用小时计。

图 不同发动机功率与质量之比

以下摘自文章《大型液体火箭发动机的最新进展》:自1981年航天飞机首次飞行到1990年,SSME共经历37次飞行。其中,同一台发动机最多使用不超过10次。1986年以后,在原有设计上做了一些改进,以增加使用寿命为目标进行了集中试验,并于1990年6月完成。结果表明,除氧化剂低压泵及燃料和氧化剂高压泵以外,其它所有部件都具有相当于55次飞行(工作时间合计27000s)的使用寿命。高压泵使用寿命短是因为涡轮泵动翼寿命短和氧化剂涡轮泵轴承的过大磨损。Rockwell公司的奋斗目标是使SSME使用寿命达到10000s。NASA制造的发动机现在具有相当于55次飞行的使用寿命。其中,完成可以配套的更换部件---交替式涡轮泵(ATP)由Pratt and Whiteney公司制造。

也就是,先结焦积碳不可用,还是发动机自身先坏,还是个未知数。在缺乏其它部件寿命试验数据的支撑下,简单断言液氧甲烷发动机不结焦更能重复使用。

易用性的选择

火箭发射是一个复杂的过程,发射场发射流程采用严格的倒计时。由于煤油的可贮存性,它可以在射前较长一段时间内加注好和准备好,在发射推迟时,也可放置较长时间,等待下一次倒计时。而甲烷由于挥发性,一般只能在发射前较短时间内加注,需进行一系列附加设计。

设计和生产时必须进行隔热,减少甲烷挥发,同时防止低温环境对箭上仪器设备的影响。曾发生低温环境导致仪器受损; 甲烷吸热挥发,因此需要设计贮箱放气环节避免超压,同时通过放气降低推进剂温度; 甲烷蒸发消耗,需要在射前进行补加,确保推进剂总量满足飞行要求。加注连接器要一直连接到箭上发射前自动脱落甚至零秒脱落。曾发生脱落故障推迟发射; 发动机点火时,为确保低温推进剂流过管路、涡轮泵时不沸腾,需提前对发动机进行预冷冷却。如发动机多次启动,每次启动前均需预冷。曾发生预冷故障导致发推迟发射或发动机启动失败; 后续商业航天在选择发射场时(后续专题聊商业航天发射场),为争取更多得自由应尽量减少与发射阵地的接口,如取消发射塔架,直接起竖发射,此时需将排气、预冷等管路从一级走到尾部,增加了级间连接和分离环节,大大增加了系统设计复杂度。

这也是说,煤油更好用。

选择和发展

+

动力爱甲烷,总体用煤油。动力爱甲烷的理由很多基于优化;而总体用煤油的理由很多基于安全和风险。不同的需求决定了大家的选择,只是现在重复使用、探测火星等开启了新的方向,总体是否需要战略转向呢?

暂时看来条件并不充分。真正的产品、真正的名牌,都是时光积淀而成。中国航天、中国火箭今天辉煌的成就,数起来也不过是300发的积累。

在没有新的大量的数据支撑面前,目前的数据告诉我们,煤油仍属于地球,甲烷未必属于火星。有基础时,在没有数据支撑就贸然转向,可能导致基础的严重浪费;无没有基础时,虽然貌似两个都可选,因为传统工业只要原理可行终能成功,但只有在熟悉的环境才能事半功倍。

如果有一天,甲烷属于重复使用和火星被数据或事实证明了,对我们来说晚不晚?笔者认为不晚,因为这个证明不可能是一朝一夕之功,而是数十年的跨度。

是趋势,并不代表今天就得干,譬如星座,现在是趋势,但铱星星座干得太早,并没有得到好处。工程更强调持续推进,而不是时不我待。

一款火箭的寿命大约为20年,因为20年正好是一代人的周期。大大说过:每一代人有每一代人的长征路,每一代人都要走好自己的长征路。即使再经典的设计,没有人继承,也终将走向没落和失败,这也是俄罗斯近些年航天发射失败率超高的原因。因此,20年一个轮回,下一代人终究会重新设计属于它们那代人的火箭。

从下表看,美国的运载火箭比较好地符合这个周期,1996年,美国空军制定EELV计划时,就规划EELV要服役20年。笔者一直感叹这是不是美国系统工程强大的一个体系,并在后续专题探讨。

表 世界火箭服役期

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