Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Сұйық күйде сақталуы үшін өте төмен температурада сақтау қажет болатын отындар.
Fuels which require storage at very low temperatures to remain liquid
Криогендік отындар – сұйық күйде сақтау үшін ең төмен температурада сақталуы тиіс отындар. Бұл отындар ғарышта жұмыс істейтін машиналарда (мысалы, зымырандар мен спутниктерде) қолданылады, себебі ғарыштағы өте төмен температуралар мен жануды қолдайтын ортаның болмауынан қалыпты отынды пайдалану мүмкін емес (Жерде атмосферада оттегі көп, ал адам зерттей алатын ғарыш кеңістігі оттегіге жақын жатқан вакуум болып табылады). Криогендік отындар көбінесе сұйық сутек сияқты сұйытылған газдардан тұрады. Кейбір зымыран қозғалтқыштары жанар жағу камерасына отын құю алдында криогендік отынын соплолардың айналасында айналдыруды қолданады – бұл жаңартумен салқындату деп аталады. Бұл конструкцияны алғаш 1940 жылдары Эуген Зенгер ұсынған. Айға алғашқы адамдарды жіберген Saturn V зымыранының барлық қозғалтқыштары осы элементті пайдаланған, және ол бүгінге дейін сұйық отынмен жұмыс істейтін қозғалтқыштарда қолданылуда. Көп жағдайда сұйық оттегін криогендік отын деп жаңылыстырады, бірақ ол шын мәнінде тотықтырғыш, отын емес. Кез келген жану қозғалтқышында, жанудың оттегі емес бөлігі ғана "отын" деп есептеледі, бірақ бұл айырмашылық шартты. Ресейлік ұшақ жасаушы Туполев өзінің танымал Ту-154 ұшағының криогендік отын жүйесі бар нұсқасын, Ту-155 деп атады. Оның алғашқы ұшуы 1989 жылы сұйытылған табиғи газ (СЖГ) деп аталатын отынмен жүзеге асты.
Cryogenic fuels are fuels that require storage at extremely low temperatures in order to maintain them in a liquid state. These fuels are used in machinery that operates in space (e. g. rockets and satellites) where ordinary fuel cannot be used, due to the very low temperatures often encountered in space, and the absence of an environment that supports combustion (on Earth, oxygen is abundant in the atmosphere, whereas human explorable space is a vacuum where oxygen is virtually non existent). Cryogenic fuels most often constitute liquefied gases such as liquid hydrogen. Some rocket engines use regenerative cooling, the practice of circulating their cryogenic fuel around the nozzles before the fuel is pumped into the combustion chamber and ignited. This arrangement was first suggested by Eugen Sänger in the 1940s. All engines in the Saturn V rocket that sent the first crewed missions to the Moon used this design element, which is still in use today for liquid fueled engines. Quite often, liquid oxygen is mistakenly called cryogenic fuel, though it is actually an oxidizer and not fuel like in any combustion engine, only the non oxygen component of the combustion is considered "fuel", although this distinction is arbitrary. Russian aircraft manufacturer Tupolev developed a version of its popular Tu 154 design but with a cryogenic fuel system, designated the Tu 155. Using a fuel referred to as liquefied natural gas (LNG), its first flight was in 1989.
Операция
Криогендік отындарды екі санатқа бөлуге болады: инертті және тұтанғыш немесе жанғыш. Екі түрі де сұйықтықтан газ фазасына өтетін кезде пайда болатын сұйық пен газ көлемінің үлкен арақатынасын пайдаланады. Криогендік отындардың мүмкіндігі жоғары массалық ағынмен байланысты. Бақылау арқылы криогендік отындардың жоғары энергия тығыздығы зымырандарда итеру күшін және отынның реттелген жағуын қамтамасыз ету үшін қолданылады. Толыққанды мәліметтер келесі бөлімдерде берілген.
Cryogenic fuels can be placed into two categories: inert and flammable or combustible. Both types exploit the large liquid to gas volume ratio that occurs when liquid transitions to gas phase. The feasibility of cryogenic fuels is associated with what is known as a high mass flow rate. With regulation, the high density energy of cryogenic fuels is utilized to produce thrust in rockets and controllable consumption of fuel. The following sections provide further detail.
Қозғалтқыштың жануы
Жануға қабілетті криогендік отындар көптеген инерттік отындардан гөрі әлдеқайда пайдалы. Сұйытылған табиғи газ, кез келген отын сияқты, қанағаттанарлық мөлшерде ауамен араластырылғанда ғана жануы мүмкін. СЖҚ-ға қатысты айтсақ, тиімділіктің басым бөлігі октан санының газдық эквиваленті болып табылатын метан санына байланысты. Бұл сұйытылған отынның және еріген басқа газдың метан құрамына сәйкес анықталады және тәжірибелік тиімділік нәтижелеріне байланысты өзгереді.
Combustible cryogenic fuels offer much more utility than most inert fuels can. Liquefied natural gas, as with any fuel, will only combust when properly mixed with the right amounts of air. As for LNG, the bulk majority of efficiency depends on the methane number, which is the gas equivalent of the octane number. This is determined based on the methane content of the liquefied fuel and any other dissolved gas, and varies as a result of experimental efficiencies.
Сұйытылған табиғи газ
Табиғи газды сұйыту сақтау, тасымалдау және пайдалану үшін тиімді болғанымен, процесте газдың шамамен 10-15 пайызы жұмсалады. Оптималды процесс төрт сатылы пропан және екі сатылы этилен салқындатуын қамтиды. Қосымша тоңазытқыш сатысын қосу мүмкін, бірақ жабдықтың қосымша құны экономикалық тұрғыдан негізделмейді. Тиімділік таза компоненттік каскадтық процестермен байланысты, олар тоңазытқыштың конденсациясына байланысты жалпы бастапқы және соңғы температура айырмасын азайтады. Оңтайландырылған процесс жылуды тиімді қалпына келтірумен қатар таза тоңазытқыштарды пайдалануды қамтиды. Дәлелденген технологияларды қолданатын сұйыту орналастыруларының барлық процестерді жобалаушылары бірдей мәселеге тап болады: қоспаны таза тоңазытқышпен тиімді салқындату және конденсациялау. Оңтайландырылған каскадтық процесс кезінде салқындатылып, конденсацияланатын қоспа – бастапқы газ. Пропанды аралас тоңазытқыш процестерінде салқындату мен конденсациялауды қажет ететін екі қоспа – бастапқы газ және аралас тоңазытқыш. Тиімсіздіктің басты себебі сұйыту процесіндегі жылу алмасу тізбегінде жатыр.
While it is cost effective to liquefy natural gas for storage, transport, and use, roughly 10 to 15 percent of the gas gets consumed during the process. The optimal process contains four stages of propane refrigeration and two stages of ethylene refrigeration. There can be the addition of an additional refrigerant stage, but the additional costs of equipment are not economically justifiable. Efficiency can be tied to the pure component cascade processes which minimize the overall source to sink temperature difference associated with refrigerant condensing. The optimized process incorporates optimized heat recovery along with the use of pure refrigerants. All process designers of liquefaction plants using proven technologies face the same challenge: to efficiently cool and condense a mixture with a pure refrigerant. In the optimized Cascade process, the mixture to be cooled and condensed is the feed gas. In the propane mixed refrigerant processes, the two mixtures requiring cooling and condensing are the feed gas and the mixed refrigerant. The chief source of inefficiency lies in the heat exchange train during the liquefaction process.
Артықшылықтары
Криогендік отын бензин мен қазылған отыннан экологиялық жағынан таза. Тауар тасымалдағанда бензинге қарағанда сұйытылған табиғи газды (СЖҚ) пайдалану арқасында парниктік газдар шығарылымын 11–20%-ға дейін азайту мүмкіндігі бар. Олардың экологиялық таза болуымен қатар, қазылған отынға қарағанда көп мөлшерде болуы ішкі өнімдерді тасымалдау құнын айтарлықтай төмендетуге мүмкіндік береді. Криогендік отынның массалық ағыны қазылған отынға қарағанда жоғары, сондықтан ол қозғалтқышта жану кезінде күштірек итергіш күш пен қуат тудырады. Бұл қозғалтқыштардың қазіргі газ қозғалтқыштарына қарағанда аз отынмен көбірек қашықтыққа жүруін қамтамасыз етеді. Криогендік отын ластаушы емес, сондықтан төгілген жағдайда қоршаған ортаға ешқандай қауіп тудырмайды. Төгілгеннен кейін қауіпті қалдықтарды тазалау қажеттілігі болмайды.
Cryogenic fuels are environmentally cleaner than gasoline or fossil fuels. Among other things, the greenhouse gas rate could potentially be reduced by 11–20% using LNG as opposed to gasoline when transporting goods. Along with their eco friendly nature, they have the potential to significantly decrease transportation costs of inland products because of their abundance compared to that of fossil fuels. Cryogenic fuels have a higher mass flow rate than fossil fuels and therefore produce more thrust and power when combusted for use in an engine. This means that engines will run farther on less fuel overall than modern gas engines. Cryogenic fuels are non pollutants and therefore, if spilled, are no risk to the environment. There will be no need to clean up hazardous waste after a spill.
Мүмкін болатын кемшіліктер
Кейбір криогендік отындар, мысалы, сұйытылған табиғи газ, өзінен жануға қабілетті. Отынның төгілуі тұтандырып, үлкен жарылысқа алып келуі мүмкін. Мұндай жағдай LNG қозғалтқышы бар автомобиль апаты кезінде болуы мүмкін.
Some cryogenic fuels, like LNG, are naturally combustible. Ignition of fuel spills could result in a large explosion. This is possible in the case of a car crash with an LNG engine.