一種全新的發動機循環方式?

這是一種兩衝程的循環 ,利用硝酸(HNO3,下面我會直接用HNO3代替硝酸)作為氧化劑,汽油做燃料。相信大家都知道,HNO3受熱就會分解為 水 二氧化氮 和氧氣 方程式為4HNO3 =(加熱)2H2O+4NO2+O2 而硝酸是以液態形式存在的,所以這種發動機的壓縮比可以做到非常高 ,高壓縮比意味著更高的效率。噴油點火後,o2被消耗掉了 ,H2O,氣化膨脹,NO2膨脹做功後被排氣衝程排出,排氣管設置有冷凝裝置,H2O會被冷凝器收集下來,而NO2會通入收集來的水中又生成了硝酸,方程式為3NO2+H2O=2HNO3+NO

在水中再通入空氣,多出來的NO會被氧化成NO2進一步與水反應生成HNO3,再從水中純化出HNO3 送去氣缸完成一個循環。

接下來整個發動機的循環 ,只有2個衝程 ,燃燒衝程,排氣衝程,省去了常規內燃機的吸氣和壓縮衝程。

過程為,在排氣衝程末段,排氣門關閉,剩餘少量的高溫氣在氣缸內被壓縮到衝程末尾,HNO3被像噴油器一樣的噴嘴噴入氣缸內,HNO3遇到高溫氣體,立刻開始分解出產生氧氣,這時候燃油噴射進入並開始點火,燃燒做功後完成一個循環。

優點事2衝程可以保證發動機有強大的動力性,。由於不用壓縮氣體,氧化劑以液態進入,所以壓縮比可以做的非常高非常高,而高壓縮比保證了燃油效率。機械部分了共享目前非常成熟的內燃機大部分技術。

當然,這是個理論,發上來主要探討這個理論的可行性,還請各位大神出面指點!

目前最大的不確定因素就是從尾氣中分離氣體並成功的純化出濃硝酸的可能性,還有機器部分在在強酸高溫環境下的壽命問題,我查資料了解到,濃硝酸對金屬只有鈍化作用而沒有腐蝕作用,鈍化會不會對發動機壽命有很大影響?


誰說濃硝酸對金屬只有鈍化作用? 明明腐蝕很強,在使用儲存上幾十年前早已經讓火箭/導彈科學家和工程師們吃過成噸的苦頭,甚至有人付出生命代價.

50-60年代為美國海軍開發火箭推進劑的化學家約翰.D.克拉克在他的書《ignition! an informal history of liquid rocket propellants》里提到很多當時工作中的細節與各種遭遇情形,題主有興趣可以看看這本,中文翻譯版名《液體火箭燃料的歷史與基本問題》

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英文版PDF: http://www.sciencemadness.org/library/books/ignition.pdf

書中提到:

1 無論是普通濃硝酸還是含NO2的紅煙硝酸,都有很強腐蝕性,鋁 鋼鐵 不鏽鋼 鈦等,

或快或慢 程度不一 它們都會被嚴重腐蝕,反應產生的物質輕則堵住或影響火箭引擎細小管路 噴注器中的流動,重則產生些催化或鈍化作用導致與燃料接觸後發生爆炸性或延遲自燃,造成事故. 這腐蝕還是常溫條件下的…

經許多評估與嘗試後,最終應用在導彈儲存上的辦法是在硝酸中添加一定量的HF,依靠接觸後在材質表面生成金屬氟化物層來保護儲箱 管路等免受硝酸的腐蝕 HF不擔當推進劑角色,會混在尾氣中排出,可怕

2 高濃度硝酸本身不穩定,會緩慢分解(有些雜質還會加速分解過程),放出氣體 在封閉的桶/燃料箱中會逐漸形成壓力 多可高至幾mpa,很危險

3 硝酸與汽油接觸並不能可靠的發生自燃,要使硝酸-汽油接觸後較可靠的發生自燃,得往汽油里摻肼類 胺類等物質 ,而且得大比重添加,對於人的生命來說它們都不是善類

4 以硝酸為氧化劑的液體火箭(或者說大多數液體火箭引擎)引擎都是富燃混合比,這不是偶然 為避免燃燒溫度過高+腐蝕性燃氣的損傷

綜述以上,不可能實現乾淨排放

約翰.D.克拉克在書中提到過後輩同行無視前人的工作而自行瞎想瞎乾的事,他寫了一句「如何才能讓他們不去自取滅亡呢」


完全沒有熱力學的計算,通篇都是腦洞


分解的反應速度太慢,也等不到你的氧氣的擴散速度,點不著。


化學循環方面我就不說什麼了因為我不懂(其實沒仔細看),僅回答最後一個問題——鈍化會不會對發動機壽命有很大影響?

會。

首先,鈍化不是不腐蝕。不提所謂「只有鈍化作用」不準確——硝酸對常見金屬短時間內只有鈍化作用,對合金可以有快速的腐蝕作用。這還只是常溫…高溫下也是可以腐蝕的。即便忽視這些「例外」,鈍化的本質也是表面的氧化阻止了氧化的進一步發生,所以金屬依舊是損失了的。

但這還沒完。金屬鈍化了不是啥都不做啊,它作為發動機要運動,有運動就有摩擦,鈍化的部分…就給磨掉了啊。因為普通發動機中抗磨靠機油,你這個發動機恐怕不行…那就只有金屬碰金屬了,那就一直不斷磨掉鈍化層…

而且啊,鈍化的過程看起來就是表面顏色變了,但其實在發動機的精密度下鈍化導致的體積變化也是要命的。氧化金屬往往使其體積增大,那麼發動機活動部件就卡住了。

當然,或許可以用陶瓷等材料來製作這個發動機…不過想到這個成本我反正已經不想折騰了。


第一,同意 @沈萬馬 的關於腐蝕的討論。硝酸,特別是濃硝酸,是氧化性酸,腐蝕性不可小瞧。

第二,為什麼說「不用壓縮氣體所以壓縮比高」?沒有氣體,何來壓縮比?另外,壓縮氣體的目的一個為後面的做功衝程做準備,另一個也是為了燃燒提供溫度啊(氣體快速壓縮會產生大量熱,高壓縮比下引燃柴油不是問題)。

第三,想問問關於你的「噴油點火」的想法。我記得汽油機是火花塞點火,柴油機才是噴油點火。那麼,你的設計只是針對柴油機的么?如果也想針對汽油機,那麼在那麼高的壓縮比下,噴汽油後會不會炸?

第四,在你的設計中其實不是沒有進氣,而是進氣用在了別的地方。但是本身你的發動機-冷凝器-NO氧化器是連為一體的,因此需要統籌考慮。你的發動機部分可能是簡化了,但是圍繞著發動機的附屬部分(冷凝和NO氧化)卻被大大複雜化了。如果要實用化的話,那麼整體部件的小型化和和可靠性問題就會凸顯出來。很多時候,設計上的一點複雜,到了後面會變成不堪收拾的累贅。轉子發動機在設計上的優點(個人觀點)就是保持整體複雜性不變(沒有多餘的附屬部件)的情況下利用轉子將至少三台發動機濃縮在了一台中,並且相輔相成。


我點了一下【舉報】,然而舉報理由的選項里沒有「民科」,很無奈。

題主,你是初中輟學嗎?

如果不是,你高中化學老師是被你氣死的吧?

4HNO3 =(加熱)2H2O+4NO2+O2

O2+CxHy-------&>CO2+H2O

NO2+CxHy-------&>NH3+H2O+CO2

回去跟你初中化學老師認錯去


就算髮動機的材料都能過關,還必須能保證每一個循環硝酸能分解乾淨,要不能保證,N輛車排除的硝酸能嚇死人。


1: 氣缸活塞之間的密封是無論如何不能有強酸接觸的,會腐蝕密封圈。而且潤滑作用的機油可能被硝酸氧化生成可溶性的有機物。

2: 二氧化氮溶於水並非完全反應,而且反應需要時間,不存在能夠永動機一樣循環的硝酸供你燃燒,尤其是高轉速下。

3. 高溫高壓水蒸氣本身會對金屬表面造成腐蝕,所以汽油都是嚴格控制水分含量的,尤其是航空汽油(活塞式)。

4. 現代內燃機限制壓縮比的是汽油本身的物質構成會產生爆震破壞氣缸表面,而不是氧化劑的選擇。

重點!!!!!

5. 沒學過有機化學不過百度的結果是,汽油會直接被硝酸氧化,產生羧酸,甚至不會進行你所說的分解反應產生氧氣。在這個過程中如果配比不對,可能產生二氧化碳,會使得缸內壓力暴增從而產生爆炸。

總之我覺得最大的問題是硝酸作為強氧化劑並不能發生你所想像的反應,然後壓縮比提高的瓶頸是汽油本身而不是氧化劑的選擇。

這裡就不諷刺題主了,但是真的要多讀書多查資料。


等等那麼高的壓縮比(純硝酸要液化)從哪裡來的?不要消耗能量么?另外就算在自然條件下NO到NO2到硝酸很容易發生,那麼硝酸的提純是怎麼實現的?還有這一罐高壓高濃的純粹硝酸你打算放哪裡呢?


這不就是用火箭的原理做汽車發動機么?換句話說高射炮打蚊子


寫了很多然後發現一個扯淡的事。

硝酸參與氧化反應其穩定產物是氮氣。

循環不嚴格成立。硝酸會在循環中逐漸耗盡。

如果我十年前的高考知識還沒有忘記的話。

另外假設循環成立,控制總反應速率的是循環中最慢的一步,這一步或者發生在硝酸的再生,或者發生在硝酸的提純。

整個循環是把氮氧化合物作為催化劑催化汽油的氧化。氮氧的消耗這一步假設確實提升了速率,但是再生這一步跟不上整個反應就會停在缺乏氮氧化合物的問題上。

另外卡諾循環似乎熱端冷段都沒有改進。

另外機械效率也是限制在二衝程的結構上。

熱力學和動力學是不會理會這些小把戲的。

至於鈍化。不是所有金屬都會鈍化。鈍化就是表層氧化。表層氧化的機械強度並無法一概而論。而且還有油膜存在。

具體發動機材料和表面處理我並不懂。

我傾向可以通過更換材料如陶瓷材料解決腐蝕問題。


NO+02=NO2?要真是這麼簡單火電廠會花上百萬一套買脫硝裝置么?賣催化劑和脫硝設備的環保公司難道是收智商稅的?


我們材料化學老師說過,我不知道對不對。

一切工藝技術,只是對材料的低性能的妥協


從能量密度看,TNT並不比石油大,甚至比石油還小不少。即便是發明這麼一個發動機,實用價值並比不上柴油機或者汽油機。


1. 濃硝酸只有在常溫下可以鈍化部分金屬,而發動機的工作過程是高溫,至少比常溫高很多,熱濃硝酸可以腐蝕大部分金屬,不知道你的發動機機匣要用什麼材料做(塑料也會被濃硝酸腐蝕)

多謝 @費頭 的提示,沸騰硝酸試驗,即休氏試驗,是一種廣泛被採用的檢驗不鏽鋼晶間腐蝕敏感性的標準方法,可以說明第一條觀點。

2. 文中的加熱使濃硝酸分解,請問這部分熱能從何而來?氮氧化合物和水蒸氣作功?硝酸分解需要的能量假設是q,那麼加熱考慮傳熱效率和溶液水揮發的的損失,加熱用的熱量必須>q,而考慮熱能轉換機械能的效率,氣體作功又必須<q,這稍微用腦子想一下就知道不可能嘛。


然而未來是屬於電的,總有一天所有人都會開上純電的高性能汽車,有著比汽油機更長的續航,我們不應該試圖改進汽油機或者用類似的模式發展新技術,而是應該去改進電池和電機


內燃機一般4000轉每分鐘,高速的20000轉。連燃燒爆炸都嫌慢啊。


污。


一瞬間覺得作為實驗狗,自己的腦洞已經越來越少了……濃硝酸鈍化……有一次不鏽鋼葯匙被他們放在煙硝里,直接罵了一下午……


這是比氟利昂牛逼多的氟利昂啊,泄漏一點簡直不敢想


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