Maximale Ausstroemgeschwindigkeit (was: Moeglicher Tunguska-Impaktkrater gefunden)

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begin quoting, Roland Damm schrieb:


Bißchen OT: Ich habe mir gerade feines Spielzeug gekauft: <http://www.bartlshop.de/detail.asp?SID=u10013431483&K 000&AID562&G1=1&G2=1&G3=1&B=0&M=1&S=1&C=2&Lmpfboot&Searchmpfboot&SP=t> (bisher noch unbespielt). Wie das funktioniert, steht in <http://phantasia-versand.com/KnatterBoote%20Katalog%202005.pdf . (Wer zufällig in der Gegend ist: Gibt's in Delmenhorst im Nordwolle-Museum (nähe Hbf) an der Kasse für fünf Euro.)
Ich müßte mal schauen, ob ich nicht einen "richtigen" Raketenantrieb hinkriege: Vom "Kessel" aus, dessen Boden möglichst tief unter der Wasserlinie liegen sollte, geht ein senkrechtes Röhrchen zur tiefsten Stelle des Rumpfs, so daß dort Wasser angesaugt werden kann. Im Kessel siedet das Wasser, der Dampf wird durch ein Rohr zu einer nach hinten gerichteten Düse am Heck oberhalb der Wasserlinie geführt. Der Druck beträgt einige cm WS (max. die Höhendifferenz zwischen Rohrmündung und Wasserlinie - wenn man das Ansaugrohr als nach vorne gerichtetes Staurohr gestaltet, läßt er sich erhöhen: einer Fahrgeschwindigkeit von 5 m/s entspricht ein Staudruck von 1,3 bar - das ist richtig viel!), die Ausströmgeschwindigkeit könnte man evtl. noch durch eine Überhitzung (Dampfrohr noch eine Schleife durch die Flamme machen lassen) noch weiter erhöhen.
Man kann natürlich auch selber basteln: <http://www.uni-hildesheim.de/de/8163.htm .
Überhaupt gibt es neuerdings wohl wieder eine "richtige" Dampfbootszene:
<http://de.wikipedia.org/wiki/Dampfboot <http://www.dampfboot.de <http://www.steamboating.de/radow.html
Ich frage mich gerade, ob mein o. a. "Dampfraketenbootprinzip" nicht als richtiger Leistungsantrieb in Frage kommt: Der Dampf treibt einen Dampfmotor an, der eine Wasserpumpe treibt, die einen nach hinten gerichteten Wasserstrahl erzeugt und damit den Vortrieb erzeugt. (Den Dampfstrahl selbst zu verwenden wäre ungünstig, weil er zu schnell ist: bei gegebenem Rückstoß ist die Leistung eines Strahls proportional zur Austrittsgeschwindigkeit, und dem Dampf Wasser beizumischen geht nicht, weil der Dampf dann kondensiert.)
Gruß aus Bremen Ralf
--
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Moin,
Ralf Kusmierz schrub:

<http://www.bartlshop.de/detail.asp?SID=u10013431483&K 000&AID562&G1=1&G2=1&G3=1&B=0&M=1&S=1&C=2&Lmpfboot&Searchmpfboot&SP=t>
<http://phantasia-versand.com/KnatterBoote%20Katalog%202005.pdf .
Cooles Ding.

Also ein Staustrahltriebwerk.

So wie ein (Hydro-)Jet-Antrieb.

Man müsste die Austrittsdüse so hinbekommen, dass der Dampf nicht gleich kondensiert und wenn er kondensiert ist, einen das auch nicht mehr Kratzt, weil er dann schon weg vom Boot ist. Fragt sich nur, wie viel Impuls vom Dampf man so auf das Wasser übertragen kann.
Ach ja, bisher hinterm Berg gehalten, weil es anderer Leute Sachen sind:
Aus der Zeit, also mein großer Bruder noch jünger war als ich jetzt, gibt es von ihm noch ein Dampfturbinenboot hier im Schrank. Falls gewünscht, kann ich ja mal Bilder machen.
Antrieb: Brenner=Esbitwürfel, besser gleich 2. Kessel: Kondensmilchdose in eckiger Teedose. Dann eine Turbine wie hier diskutiert, also eine Düse die auf ein Schaufelrad tangential bläst. Die Welle geht dann auf ein Getriebe, welches sich aus den Zahnrädern eines alten Weckers rekrutiert. Schließendlich ein Schraubenantrieb. Um keinen Ärger mit Stevenrohr und/oder der Hitze des Brenners zu bekommen steht die ganze Konstruktion zwischen zwei Schwimmkörpern, der Kessel hat unter sich also nur Wasser. Noch ein feststellbares Ruder dran und Fertig.
Wenn ich mich recht entsinne, hat das Ding gerade mal halbe langsame Schrittgeschwindigkeit geschafft.
Allerdings ist mir gerade beim Nachsehen schon spontan aufgefallen, dass das Dampfrohr aus dem Kessel zur Turbine ziemlich lang ist, das müsste man noch isolieren weil sonst wohl nicht unerheblich viel Dampf wieder dadrin kondensiert.
Eigentlich hat das Gerät ja auch eher einen künstlerischen Wert, denn alle Teile sind aus Konservendosen oder den Drahtkleiderbügeln die man früher von der Kleiderreinigung bekam oder dünnerem Rödeldraht gemacht.
Es gab noch eine früheren Prototypen der extrem simpel den Dampf einfach nur durch eine Düse nach hinten herausgeblasen hat. Selbst das Ding war nicht viel langsamer:-).
Bin mal gespannt, was dein Dampfboot für ein v_max erreicht.
CU Rollo
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begin quoting, Roland Damm schrieb:

Ich habe da gerade ein Verständnisproblem (jaja, die Thermodramatik):
Warum eigentlich Wasser nehmen? Gas ginge doch auch. Am besten heißes Gas, dann kondensiert der Dampf nämlich nicht - hm, woher nehmen? Hach, ich hab's: Kommt ja aus dem Schornstein, wird massig von der Heizung produziert!
Also hinten eine enge Dampfdüse, und die saugt in den Dampfstrahl dann Abgas rein, oder anders ausgedrückt: Der "Schornstein" geht als dicke Strahldüse nach hinten, und von vorne pustet ein Dampfstrahl mittig da rein, mischt sich mit dem Abgas und überträgt seinen Impuls auf dieses.
So, wir haben jetzt zwei Massenströme, nämlich den Dampfstrahl mit der Rate m_D und der Austrittsgeschwindigkeit v_D, der transportiert
Impuls/Zeit = Kraft = m_D * v_D = F
mit der Leistung
P_D = m_D * v_D^2/2 ,
und den Abgasstrom m_R ohne Anfangsgeschwindigkeit. Wenn sich nun beide Massenströme mischen, dann sollte doch der Impuls erhalten bleiben, also "Impulsbilanz":
p' = m_D * v_D = (m_D + m_R) * v = F
( => v = v_D / (1 + m_R/m_D) )
also hat sich die Rückstoßkraft doch gar nicht geändert, oder?
Andererseits wegen
P = (m_D + m_R) * v^2/2 = (m_D * v_D)^2 / (2*(m_D + m_R))
P_D - P = (v^2/2) / (1/m_D + 1/m_R)
- wo ist denn die Differenz der Leistungen geblieben? (Wenn m_R >> m_D, dann ist das nämlich fast die gesamte Strahlleistung.)
Gibt das doch einen vergrößerten Rückstoß, und falls ja, wo setzt eigentlich die Reaktionskraft an?
(Vermutung zu letzterem: Die "dicke" Strahldüse (Schornstein) ist ein nach vorne geschlossener "Becher". Man muß den Abgasstrom aus der "Feuerung" über ein dünnes Rohr wie bei einer Wasserstrahlpumpe direkt an oder in den dünnen Dampfstrahl der Dampfdüse hineinführen, der wird dort angesaugt, vermischt sich mit dem Dampfstrahl, der dadurch stark zum "dicken" Mischstrahl aufgeweitet wird, und in dem "dicken" Düsenbecher bildet sich dadurch ein gewisser geringer Überdruck, der mit dem Austrittsquerschnitt die zusätzliche Reaktionskraft erzeugt, die die Energiebilanz wieder in Ordnung bringt - die o. a. Impulsbilanz stimmt dann nicht.)

[x] Gewünscht

Die sehe ich auch als den bevorzugten Baustoff für mein entstehendes Dampfjet-"Rennboot" ;-)
(Welchen Druck vertragen Milchdosen, und womit wärmeisoliert man die - Papier oder Stroh vielleicht?)

Das werde ich erst erfahren, wenn es gewissen Kindern genehm ist ;-)
(Übrigens "typisch": Ich sah da also an der Museumskasse dieses Spielzeug und folgte meinem Kaufrauschimpuls "Will ich haben ...". Fünf Minuten später fiel mir ein Bekannter (Ing.) mit Schulkindern ein. Handy raus, angerufen ... Seine Frau am Hörrohr: "Nö, wir haben so viel Spielzeug, brauchen wir nicht ... ich geb dir mal ..." Dann er am Apparat, ich erzähle "Museum ... Blechdampfbootspielzeug ... fünf Euro", er: "Au ja, bring mal mit ...". (Und jetzt bloß keine chauvinistische Bemerkung machen ...))
Gruß aus Bremen Ralf
--
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Moin,
Ralf Kusmierz schrub:

Wenn man die Kondensation einfach in der Rechnung ignoriert, dürfte es rechnerisch das selbe sein, ob man Wasser oder Gas beschleunigt.

Das gibt einen schönen Sog, der auch dem Brenner gut tut.

Wenn das ein Rückstoßantrieb werden soll, dann darfst du diese Leistung nicht als Antreibsleistung nehmen. Ein Rückstoßantrieb hat eine beliebige Leistung, abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit, die Antriebsleistung ist also Bezugssystemabhängig. Allein der Schub, also die Kraft, ist eine brauchbare Rechengröße.

Halt! Der Abgasstrom hat - wenn sich am Querschnitt des Abgasrohrsystems nichts ändert - überall die gleiche Geschwindigkeit. Du bekommst einen Einfluss ähnlich wie beim Knatterboot, Ansaugen von allen Richtungen her, wegblasen aber gerichtet. Das gibt Schub.

Hmm, in dem Mischer wird es Drücke und Querschnittsänderungen geben. Das erzeugt Kräfte auf den Mischer. Damit stimmt die Impulsbilanz für die Gase allein nicht mehr, du musst die Drücke auf die Wände mitrechnen.

Ich weiß auch nicht sicher, wie man so eine Mischdüse eigentlich aufbauen muss, vorallem abhängig von den Drücken, Geschwindigkeiten und Dichten der beteiligten Medien. Das Prinzip gibt's ja als Vakuumpumpe, als Wasserstrahlpumpe zum Keller-lenzen und vielleicht noch anders. Ich schätze der Aufbau sollte so aussehen:
__________ \ R-> \ \_________ ________ D-> M-> _____A__ ____B____ R-> / / _____C____/
D: Dampfströmung, R: Rauchgas, M: Mischgas. A: Dampfaustrittsfläche, C: Rauchgasaustrittsfläche, B: Mischgasrohrfläche. (Auch wenn es die Zeichnung anders zeigt, kann ja auch B größer A+C sein, weiß ich noch nicht.)
Die Frage ist jetzt, wie groß der Durchmesserunterschied der Rohre A und B sein muss. Ich denke, man muss über die Energiebilanz herangehen. Die Drücke=Kräfte auf die Rohre und den Kegel bewirken ja mangels Geschwindigkeit keine Arbeit. Also sollte für die beteiligten Gase die Energieerhaltung gelten (im Mischer-festen Koordinatensystem).
Leistung Dampf: m_pD*v_D^2/2 + Rauchras: m_p_R*v_R^2/2 = Mischgas: (m_pR+m_pD)*v_M^2/2
Über die Flächen A,B,C kommt man jetzt noch an die Geschwindigkeiten der einzelnen Gasströme (m_p meint Masse-Punkt, also Massenstrom)
Hat man das ausgerechnet, sollte man über die von dir gemachte Rechnung der Impulse auf den Schub kommen.
Es wäre die Frage, wie sich das jetzt auswirkt, wenn man mit dem Mischgasstrahl eine Freistrahlturbine antreiben will, das hatten wir ja schon mal...
Übringens im Vergleich dazu: Bei Strahltriebwerken ist es auch wünschenswert, mit der verfügbaren Leistung nicht wenig Massenstrom schnell auszustoßen, sondern viel Massenstrom langsam. Deswegen ist ein großer Propeller ja auch am sparsamsten, b.z.w. moderne Flugtriebwerke haben einen großen Fan mit dran, der letztlich auch nur so eine Art Propeller darstellt.

Yo, mach mich mal ran, heute Nachmittag/Abend.

So einer Dose würde ich schon noch 1 bar zumuten. Für die Isolierung von Rohren gibt es für Kamine solche Schnüre aus Glasfasergewebe, die man mit Ofenkitt als Türdichtung einklebt. Die müssten so geflochten sein, dass man sie über ein Rohr schieben kann. Ist zwar keine perfekte Isolierung, verhindert aber immerhin schon mal etwas die Konvektion der umgebenden Luft. An sonsten könnten auch mehrere Lagen aus Alufolie mit Papier dazwischen eine gute Isolierung abgeben. Natürlich nur für Dampftemperaturen, nicht für die einer Flamme.

Und du Peisel hast nicht gleich eines für dich mitgebracht:-)?

Nee, kein Kommentar, ist einfach nur nackte Realität.
CU Rollo
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begin quoting, Roland Damm schrieb:

Eigentlich schon - hypothetisch betrachtet: Würde es sich nicht um Wasser- sondern um Metalldampf mit irgendeinem irre hohen Siedepunkt handeln, der aus der (heißen) Düse strömt, und dieser anschließend durch Strahlungskühlung kondensieren, dann könnte das der Düse völlig schnuppe sein: Der Rückstoß ergibt sich aus Strahlquerschnitt mal Dichte mal Austrittsgeschwindigkeit bzw. Austrittsgeschwindigkeit mal Massefluß - was mit der Masse nach dem Austritt passiert, ist völlig gleichgültig. Atomistisch betrachtet ergibt sich der Schub einfach durch den temperaturbedingten Dampfdruck, der im Zusammenhang mit der Kraft steht, mit der die Dampfmoleküle an der Düsenwand reflektiert werden - dabei geben sie ihre Wärmeenergie an die Düsenwand ab, der Strahl kühlt sich auf die Temperatur der Düsenwand ab (oder?).
Was ich jetzt aber nicht verstehe, ist, wieso der nutzbare Schub steigen sollte, wenn dann der Strahl noch andere Masse mitreißt und dadurch gebremst wird. Wenn das so wäre, dann wäre ein dampfbeschleunigter Wasserstrahl genauso wirksam wie ein Gas-Jet.

Das gibt allerdings auch Energieverluste durch den Strömungswiderstand. Aber: braucht man eigentlich warme Luft, stört die Kondensation denn?

Ok: Wie ändert sich der Schub?
Die Antriebsleistung ist natürlich einfach Schubkraft mal Fahrgeschwindigkeit, hängt dann allerdings vom Bezugssystem ab - da denke ich wohl auch gerade falsch: Eigentlich sollte man annehmen, daß die Antriebsleistung nicht höher als die mechanische Leistung des Dampfstrahls im Fahrzeugsystem werden kann, was für sich genommen schon etwas paradox ist, denn zur Austrittsgeschwindigkeit v_J addiert sich die Fahrgeschwindigkeit - wenn sich das Fahrzeug im Ruhesystem mit der Jetgeschwindigkeit bewegt, bleibt dort der Jet in Ruhe und sollte die maximale Leistung am Fahrzeug geleistet haben; stimmt aber nicht, bei noch höheren Geschwindigkeiten nimmt die Leistung sogar weiter zu. Klar, der unausgetretene Dampf hat aufgrund der Fahrgeschwindigkeit v_F im Ruhesystem auch kinetische Energie, der von außen beobachtete Energieumsatz ist also eigentlich
P(v_J) = m' * [v_F^2 - (v_F + v_J)^2)] / 2 = -m' * [2 * v_F * v_J + v_J^2)] / 2 = -m' * v_J * [v_F + v_J / 2]
mit einem Maximum bei v_J = -v_F ; andererseits hat P einen in v_F linearen Term. Das Argument wäre, daß die Energie vorher in die Beschleunigung des Kesselwassers gesteckt wurde - stimmt aber nicht, wenn das Fahrzeug ein Schiff ist und das Speisewasser während der Fahrt aufsammelt.
Dann gilt nämlich, daß dem Wasser (lq) zunächst die kinetische Energie
W_lq/M = v_F^2/2
erteilt wird und es anschließend durch das Dampfausströmen die kinetische Energie
W_vp/M = (v_F + v_J)^2/2
hat, es also "netto" im Ruhesystem die Leistung
P_vp = m' * (v_F + v_J)^2 / 2
hat, wofür der Motor die Leistung
P = m' * [v_F^2 + v_J^2] / 2
aufwenden muß; es verbleibt die Antriebsleistung
P_Antr = P - P_vp = m'*[v_F^2 + v_J^2 - (v_F + v_J)^2]/2 = m'*v_F*(-v_J)
Der "Antriebswirkungsgrad" ist
"eta" = P_Antr / P = 1 - P_vp / P = -2 / (v_F/v_J + v_J/v_F)
und nimmt ebenfalls für v_J = -v_F den maximalen Wert Eins an; man muß also den Massenstrom möglichst so bemessen, daß er mit der Fahgeschwindigkeit nach hinten ausgestoßen wird, das bedeutet, daß der Dampfstrahl im Verhältnis der Dampfgeschwindigkeit zur Fahrgeschwindigkeit "schwerer" gemacht werden muß:
Impuls = m_D * (|v_D| - |v_F|) = (m_D + m_Ballast) * |v_F|
=> m_Ballast = m_D * (|v_D/v_F| - 2)
(was natürlich nur für |v_D| > 2 * |v_F| positive Werte liefert und für v_F = 0 gar nicht möglich ist).

Das bedeutet "ohne Anfangsgeschwindigkeit" (bis auf v_F).

Aber wo kommt der her?

Und damit habe ich Probleme ...

Nehmen wir mal eine Modifikation:
________________ / __________ / \______________/ R-> ------ _______________ ---- D-> --- M-> _______A_______--- ---- R-> ------ _______B______ _____C____/ \ \ \________D_______
Im Zustrom R in C herrscht geringer Unterdruck (sonst "zieht" das Rohr nicht), in der nachfolgenden Engstelle B herrscht ein stärkerer Unterdruck, weil dort der schnelle Dampf R beschleunigt und sich dabei mit R mischt, und in der nachfolgenden Düse D weitet sich der Strahl auf, verlangsamt sich dadurch und nimmt wieder den Umgebungsdruck an (sonst könnte er nicht austreten). Nun die Idee, wie der Rückstoß zustandekommt: Den Umgebungsdruck hat der Strahl bezogen auf seine Austrittsgeschwindigkeit - wenn man ihn im Düsensystem abbremsen würde, dann hätte dort einen höheren Staudruck. Genau das ist aber an der konischen "Rückwand" der Düse der Fall: dort herrscht ein Überdruck, und der verursacht den antreibenden Schub über die Querschnittsfläche der Austrittsdüse.
Stimmt das so?
Wenn man nun ganz viel Glück hat, dann kommt es auf Kondensation nicht an, man braucht also auch gar kein warmes Gas "R", ja dort nicht einmal überhaupt Gas: "R" könnte auch Wasser sein, der Dampfstrahl tritt einfach mit einiger Geschwindigkeit bei A aus, fällt innerhalb einer kurzen Strecke dahinter durch Kondensation zusammen, beschleunigt dabei aber dennoch (Impulserhalt) das ihn umgebende Wasser, und der Antriebseffekt wäre wie beim Gas. Ob das wohl klappt?
Dabei sollten sich dann beachtliche Wirkungsgrade erreichen lassen: Bei schneller Fahrt staut sich das Wasser zu einem Kesseldruck im Bar-Bereich auf, sollte sich dann auch entsprechend hoch er- und ggf. überhitzen lassen und damit beachtliche Dampfaustrittsgeschwindigkeiten v_D ermöglichen - eigentlich wäre es verblüffend, wenn das funktioniert und solche "Staustrahlrohr-Dampfrennboote" noch nicht existieren sollten.
Der beschriebene Spiralantrieb (ohne "Knatter") arbeitet ja bloß mit Konvektion - das erwärmte Wasser erhält Auftrieb und tritt deswegen an der Austrittsdüse, die oberhalb der Eintrittsdüse liegen muß, mit einer kleinen Zusatzgeschwindigkeit (es überlagert sich natürlich die Fahrgeschwindigkeit) aus - ein Dampfstrahlinjektor hätte da schon ein ganz anders Kaliber, selbst wenn er bloß von einem 30-W-Teelicht zehren würde: bei 10 % Wirkungsgrad wären 3 W mechanische Antriebsleistung "ganz schön fett".
(Und außerdem könnte ich mir das immer noch "in groß" im kW-Bereich für kleine Boote vorstellen oder sogar in "ganz groß" (MW) als Schiffsantrieb - falls das ginge, fragt man sich dann, warum sich die Schiffsbauer eigentlich mit WKM und Rädern oder Schrauben geplagt haben - da muß doch irgendwo ein Haken sein.)

Die Frage wäre, was das bringt, wenn man die Kraft ohnehin nur als Antrieb benutzen will - da kann man sich umlaufende Bauteile eigentlich sparen.

Müßte der o. a. Rechnung entsprechen.

Zu geizig ...
Gruß aus Bremen Ralf
--
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Moin,
Ralf Kusmierz schrub:

Oder die Düse heizt sich auf Dampftemperatur auf.
Ich denke inzwischen auch, dass eine Kondensation des Dampfes schlicht egal ist. Man muss das nur bei der Auslegung der Düse berücksichtigen.
Ich hab mal etwas rumgesucht und festgestellt, dass man über Strahlpumpen (um sowas geht es ja) garnicht so viel findet, außer dem Hinweis, dass man von Fall zu Fall ausprobieren muss. Und wenn man überhaupt etwas im Internet darüber findet, dann bezüglich einer Strahlpumpe als Saugpumpe/Vakuumpumpe. Darum geht es hier ja garnicht.

Wenn es so wäre....wirksamer... .
Unter der Annahme, dass keine kinetische Energie verloren geht, mischt man also md (Massenstrom Dampf) mit mw (Massenstrom angesaugtes Wasser), diese haben die Geschwindigkeiten vd und vw. Also fließt die kinetische Energie md*vd^2/2+mw*vw^2/2 rein in die Mischdüse. Heraus kommt mw*va^2/2 - ich hab jetzt mal den hinzukommenden Dampfstrom irgnoriert, der dürfte im Vergleich zu der angesaugten Wassermenge kaum ins Gewicht fallen. va ist die Austrittsgeschwindigkeit. Ebenso sei mal angenommen, dass vw=0 ist, weil das Wasser ja wohl eher langsam einströmt. Ist ja nur mal eine grobe Vereinfachung.
Dann gilt, dass va^2=md/mw*vd^2 ist, also va=vd*sqrt(md/mw) Der herausströmende Impulsstrom ist wenn man nur den Dampf ausströmen lassen würde: Fd=md*vd
Jetzt mit der Mischdüse ist er hingegen: Fw=vd*sqrt(md/mw)*mw = vd*sqrt(md*mw)
Wenn also 4 mal so viel Massenstrom an Wasser transportiert wird, steigt der Schub um den Faktor 2. Oder anders formuliert ist Fw = Fd * sqrt(mw/md) (und im Hinterkopf behalten, das vorne ein paar Vereinfachungen gemacht wurden!).
IMO wird sich der Schub in jedem Fall gegenüber dem reinen Dampfaustritt vergrößern. Schädlich dürfte sein, dass man beim Mischen von Dampf und Wasser mächtig Verwirbelung erzeugt, was Energie vernichtet (in Wärme verwandelt). Dieser Energieverlust fehlt in der Gleichung, bis hierhin war er einfach ignoriert worden. Mal angenommen der Energieverlust betrüge 50%, dann sollte das immernoch locker wettzumachen sein mit dem Wasserstrom, der erheblich größer als der Dampfstrom sein kann.

Nein, ich meinte das nur, damit der Brenner auch ordentlich Zug bekommt. Wegen der Gastemperatur dürfte es egal sein.

Grob überschlägig siehe oben: Er wird um den Faktor sqrt(Massenstrom Wasser/Massenstrom Dampf) größer.

Dann muss es das Speisewasser auch beim Aufsammeln erst mal beschleunigen.
Ist wie bei einer Rakete: Je schneller sie fliegt, desto hochwertiger ist der Treibstoff, den sie verbrennt (weil er nämlich große kinetische Energie hat).

Witzige Idee. Das Boot saugt vorne in einem kleinen Loch an und stößt das Wasser hinten auf der gesamten Heckfläche mit Fahrgeschwindigkeit aus. Und trotzdem gibt es Schub. Der Trick ist dann der: Vorne verdrängt das Boot Wasser, das Wasser muss ausweichen, um den Rumpf herumströmen und zu dem Zweck beschleunigt werden was wiederum zu geringerem Druck führt. Am Bug des Schiffes hat man also einen dynamischen Druck, der geringer als der Normaldruck ist. Normalerweise würde am Heck das gleiche umgekehrt passieren, nicht jedoch bei dem Boot, welches auf der gesamten Heckpartie Wasser ausströmen lässt: Hier strömt das Wasser wieder normal vor sich hin und hat demzufolge Normaldruck. Das Boot wird sozusagen dadurch nach vorne gesaugt, dass am Bug das Wasser verdrängt, daher beschleunigt und deswegen unter geringerem als Normaldruck auf den Rumpf wirkt. Paradox... aber vielleicht ja auch falsch.

Gute Frage, das mit dem ungerichtet ansaugen/gericht ausblasen ist eine Pseudoerklärung. Würden Ansaugen und Ausblasen wie mit einem bewegten Kolben passieren, brächte das garkeinen Schub, die Konsequenz wäre nur, dass das Wasser hinter dem Boot wegströmt und seitlich angesaugt wird - das Boot würde zwei Wirbel hinter sich erzeugen die Energie kosten, aber Schub gäbe es garnicht. Es muss wohl eine Asymmetrie geben, ich nehme an das Ansaugen verläuft langsamer wie das Ausstoßen. Grund: Beim Ansaugen herrscht im Kessel geringerer Druck, deswegen saugt er Wasser an. Geringerer Druck heißt niedrigerer Siedepunkt. Wenn jetzt Wasser in das Rohr einströmt, wird der Dampf im Kessel komprimiert, der Druck erhöht sich, der Siedepunkt steigt, Wasser kondensiert, der Druck fällt wieder und es wird weiter Wasser angesaugt. Bis zu einer Grenze. Jetzt die Umkehrung: Der Druck im Kessel ist so groß, dass das Wasser aus dem Rohr herausgedrückt wird. Dabei expandiert der Dampf im Kessel, Druck sinkt, Siedepunkt sinkt, noch mehr Dampf entsteht und drückt weiter nach.
Beide Vorgänge haben also die Neigung, sich selbst zu verstärken. Damit wäre zumindest schon mal geklärt, wieso das System überhaupt von selbst schwingt, denn hier gibt es eine positive Rückkopplung.
Aber die beiden Vorgänge sind in so fern asymmetrisch, als das beim Ansaugen die Heizung der Bewegung entgegenwirkt, beim Ausblasen diese jedoch verstärkt. Zusammen damit, dass der Strömungswiderstand des Wasser im Rohr davon abhängt, wie viel Wasser sich gerade in diesem befindet, könnte ich mir schon vorstellen, dass Ansaugen und Ausströmen in der Geschwindigkeits/Zeit-Kurve nicht mit umgekehrtem Vorzeichen gleich aussehen, sondern andere Kurvenformen haben.
Und jetzt kommt wieder der Trick mit Energie und Impuls: Unterschiedlich schnelle Bewegungen haben ein unterschiedliches Verhältnis aus Energie zu Impuls.
So richtig weiter weiß ich dabei aber auch nicht.

Ich auch. Müsste aber gehen.
1. Dampf tritt aus der Dampfdüse aus. Außerhalb der Düse hat er einen Druck, den man erstmal noch nicht kennt. Aber den Druck vor der Düse kennt man, Querschnittsflächen kennt man, da kann man mit Bernoulli schon noch was rechnen - wie gesagt erst mal nur der Dampf, der aus der Düse kommt. Nun sollte es so sein, muss man halt so auslegen, dass der Dampf direkt hinter der Düse so schnell ist, dass er einen Druck unter Umgebungsdruck hat. Jetzt die Annahme: An dieser Stelle hat das umgebende Wasser den gleichen Druck. Man hat also im Wasseransauger eine Druckdifferenz zwischen vorne Umgebungsdruck und an der Ebene der Dampfdüse einem geringeren Druck. Mit dieser Druckdifferenz kann man ausrechnen, wie viel Wasser man damit ansaugen kann. Ich merk mir das immer via Toricellis Ausflussformel: v=sqrt(2*g*h) (g=9.81m/s^2, h = Höhe Wasserspiegel über dem Loch aus dem das Wasser mit v ausfließt) - ist irgendwie einfacher zu merken. Wasserdruck ist p=g*h*rho, damit fließt das Wasser bei der Druckdifferenz wie oben berechnet mit der Geschwindigkeit v=sqrt(2*p/rho) in das Ansaugrohr hinein. p ist hier natürlich die Druckdifferenz aus Umgebungsdruck und dem Druck des Dampfstrahls hinter der Düse.
Jetzt hat man zusammen mit der Einlassöffnung schon den einfließenden Massenstrom des Wassers ausgerechnet. Rund der selbe Massenstrom fließt hinten ja auch wieder heraus.
Was den Aufbau der Düse angeht: Bis zu dieser Stelle (Ende der Dampfdüse) kann das Ansaugrohr ruhig gerade sein, ich wüßte jetzt nicht, was ein konischer Durchmesserverlauf bringen sollte.
Ab dieser Stelle Ende Dampfdüse passiert allerdings etwas komisches: Ab jetzt muss sich das Rohr konisch verengen. Weil: zunächst ist da langsam fließendes Wasser und in der Mitte ein Dampfstrahl. Langsames Wasser heißt, es braucht viel Platz. Nach und nach gibt der Dampfstrahl kinetische Energie an das Wasser ab welches dadurch schneller wird. Schnelleres Wasser heißt, dass es weniger Platz=Rohrquerschnitt braucht. Obendrein wird der Wasserdampf kondensieren, was den Platzverbrauch nochmals einschränkt. Das geht so wieter, bis das Wasser komplett die Endgeschwindigkeit angenommen hat und der Dampf komplett kondensiert ist - was rund an der gleichen Stelle passiert sein dürfte. Jetzt ist die Frage, ob dahinter wieder ein Diffusor kommen sollte. Noch ist der Druck ja unter Umgebungsdruck. Ein Diffusor würde den Druck erhöhen und das Wasser abbremsen. (Siehe oben, abbremsen auf Fahrgeschwindigkeit und sowas). Fraglich ist nur, ob das was bringt. Das Wasser verliert an Impuls durch das Abbremsen, aber im Diffusor hat man kleinen Druck auf kleiner Fläche vorne, großen (=Umgebungs-)Druck an der großen Mündung, die Druckdifferenz wirkt also auf die Differenzfläche zwischen Diffusor-Eingang und ~Ausgang. Weiß jetzt nicht, ob deswegen der Diffusor toll oder schlecht oder egal ist.
Ich brech' jetzt hier mal ab, wird sonst zu lang.
Ach ja, das noch:

Inzwischen bin ich der Meinung, das B und C ruhig gleiche Fläche haben dürfen, abgesehen davon, dass an der Stelle C natürlich noch die Fläche A verlohren geht. Aber wichtig: B ist durchaus recht lang und verjüngt sich. Ober der Diffusor zwischen B und D nötig ist, weiß ich nicht.

Ja, würde ich so sehen.

Denke inzwischen schon. Das KO-Kriterium dürfte zumindest für die komerzielle Nutzung aber sein: Man kann es sich nicht leisten, Dampf auf nimmer-wiedersehen ins Wasser zu blasen. Denn dann muss man Seewasser ansuagen um es zu verdampfen und dann hat man sehr schnell den Kessel voller Salz, Kalk, toten Fischen,.... Das sollte einen aber nicht daran hindern, sowas mal für ein Modellboot im Süßwasser auszuprobieren.

Siehe KO-Kriterium Salzwasser verdampfen zu müssen.

Ja:-)
Richtig. Sinn der ganzem Mimik ist ja nur, die hohe Dampfgeschwindigkeit so umzusetzen, dass man damit möglichst viel Wasser relativ wenig beschleunigt. Das macht der Propeller, um den anzutreiben braucht es die Turbine. Wenn der Strahlantrieb das selbe bringt - zumindest das selbe wie ein Propeler angetrieben mit einer Freistrahlturbine, dann ist das Konzept natürlich gnadenlos viel einfacher und dürfte in den Verlusten eher besser oder zumindest genauso abschneiden. Weil die mechanischen Verluste wegfallen.
Aber wie gesagt, bei einem Modellboot kann man genügend Kesselwasser mitführen, auf See bei einem großen Schiff geht das nicht unbedingt. Wobei.... Heizwert Diesel: 40MJ/kg. Verdampfungswärme Wasser: 2.3MJ/kg. Mit einem kg Diesel kann man also vielleicht 15kg Wasser verdampfen. So ein Schiff braucht also an Kesselwasser nur ein 15tel der Menge mitführen, die es an Dieselkraftstoff dabei haben muss. Hmm..., wie teuer ist demineralisiertes Wasser im Vergleich zu Diesel?

Pech gehabt:-)
CU Rollo
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begin quoting, Roland Damm schrieb:
Zweite Hälfte der Antwort (die erste kommt dann später):

Das geht natürlich nicht, weil das Wasser vorne auch mit der Fahrtgeschwindigkeit eintritt - ich sehe irgendwie nicht, wie man es überhaupt sinnvoll beschleunigen kann, wenn es hinten wieder mit der gleichen Geschwindigkeit austritt.

... einen Staupunkt.

Da ist wirklich was faul.

Mit "Diffusor" meinst Du jetzt die konische Düsenrückwand zwischen B und D? Der Querschnitt muß von B nach C aufgeweitet werden, um den Strahl abzubremsen und den Druck auf den Umgebungsdruck zu bringen, und dafür braucht man natürlich einen sanften Übergang, damit es keine Wirbel gibt.

Also, "Grobzeug" (Krill und größer) sollte man mit Sieben aus der Ansaugleitung raushalten können, und mit der Sole sollte man auch fertig werden können. Die Speisewassermenge sollte man auch nicht überschätzen: Man braucht etwa 5 kg Dampf pro Sekunde pro Megawatt mechanischer Leistung - ein Schiffsantrieb mit 10 MW Leistung braucht also etwa 200 t Speisewasser pro Stunde. Eine entsprechend leistungsfähige Entsalzungsanlage könnte ich mir vorstellen: In eine Unterdruck-Entsalzungskessel werden ca. 100 l Seewasser pro Sekunde eingeleitet, wovon die Hälfte bei ca. 50 °C verdampft und anschließend, gekühlt durch das zufließende Wasser, das dadurch vorgewärmt wird, weswegen das nicht besonders energieaufwendig ist, wieder kondensiert und dann als destilliertes Speisewasser dem eigentlichen Hochdruck-Hochtemperaturkessel zugeführt. Die andere Hälfte des Wassers wird nach Gegenstromabkühlung abgepumpt, so daß sich im Entsalzungskessel gerade mal die doppelte Mineralkonzentration gegenüber dem Seewasser einstellt, und das auch noch bei moderaten Temperaturen: Edelstahl sollte das abkönnen. (Die Druckdifferenz zwischen zufließendem Seewasser und niedrigerem Druck im Entsalzer könnte man über eine Turbine auch noch ausnutzen und damit zum Antrieb der Lenz- und der Speisewasserpumpe beitragen.)

Oder eine Nummer größer (Binnenschiffchen) - der Aufwand wäre wohl nicht wesentlich größer. Ich könnte hier mal Werften (Bootsbauer) und Bötchenfahrervereine abklappern, vielleicht läßt sich jemand dafür begeistern.

Sehe ich nicht so ganz.

An die Dampf*geschwindigkeit* hat man eigentlich erst relativ spät gedacht - die "klassische" Überlegung ging wohl über den Dampf*druck*: Arbeit ist Kraft mal Weg. (Und die adiabatische Volumenzunahme des Dampfes zu nutzen, also ihn sich im Zylinder ausdehnen zu lassen, *obwohl* der Druck dabei abfiel, war dann schon der zweite Schritt.)

Eben. Und "nur Kessel (plus Strahldüse)" dürfte auch deutlich billiger und leichter sein als "Kessel plus Maschine, Welle und Schraube". (Eine kleine Dampfturbine für die Hilfsantriebe (Strom und Pumpen) dürfte aber unumgänglich sein - so ca. 10 % der Antriebsleistung müßten aber ausreichen.)

Ähem: Falls Deine Zahlen stimmen, ist es umgekehrt: 15 t Wasser auf 1 t Diesel - ersteres führt man denn doch lieber "außenbords" mit. (Ähm: mit meinen o. a. Zahlen komme ich dann bei 10 MW auf 12 t Ölverbrauch pro Stunde oder 10.000 t pro Monat - ist das nicht etwas heftig? Ein Automotor verbraucht stündlich etwa 100 kg Diesel pro MW, also bei 10 MW auf nur 1 t/h, also gerade mal 8 % - wo steckt denn der Fehler? Mal schauen: Heizöl hat einen Heizwert von ca. 9 kWh/l, das gibt bei einem Wirkungsgrad von 30 % 3 kWh mechanisch, also braucht man für 10 MWh 3,5 t. Die Verdampfungswärme von Wasser beträgt 2,26 MJ/kg oder 0,627 kWh/kg, also erhält man ca. 15 t Dampf pro Tonne Heizöl - hm, stimmt auch ... was ist denn nun faul? Die Verdampfungswärme ist ohnehin "futsch", man müßte also noch wesentlich mehr Wärme in den Dampf reinkriegen, um überhaupt einen ordentlichen Wirkungsgrad zu erreichen - wahrscheinlich wird es das sein, und ich habe den Speisewasserbedarf dadurch um eine Größenordnung überschätzt.)
Gruß aus Bremen Ralf
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Moin,
Ralf Kusmierz schrub:

So richtig durchblicken tue ich das auch nicht. Wenn es vorne mit Fahrtgeschwindigkeit eintritt und hinten genauso wieder herauskommt, hat man natürlich keinen Schub. Das Wasser muss vorne langsamer eintreten, als es hinten ausgestoßen wird.

Ja, nur was passiert, wenn ich das Rohr einfach mit dem Durchmesser B enden lasse ohne den Druck anzuheben? Explodiert es dann:-)? Es könnte folgendes passieren: An der Mündung hat das Wasser noch nicht Umgebungsdruck. Das hat zur Folge, dass es Umgebungswasser ansaugt. Hinter dem Boot bildet sich also eine Delle in der Wasseroberfläche und das Boot versucht ständig bergauf aus dieser herauszufahren - nicht wünschenswert. Also sollte man den Strahl so aufweiten, dass er wieder Umgebungsdruck hat.

Denkbar, vorausgesetzt die Sache hat keine anderen Haken.

Ach so meinst du... mit einer Tonne Diesel kriege ich zwar 10t Wasser zum kochen, aber davon habe ich noch nichts geschafft. Erst zusätzlicher Wärme, überhitzter Dampf, mehr Druck sorgt dafür, dass ich auch wieder Energie herausbekommen. Aber das war ja schon klar. Wenn man die Verdampfungswärme verpuffen lässt, ist schwer der Wirkungsgrad von Dieselmotor+Propeller zu erreichen.
CU Rollo
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begin quoting, Roland Damm schrieb:

Geht es denn, das Wasser vorne langsamer eintreten zu lassen? Dann hat es Staudruck - um den abzubauen, muß man den Querschnitt verringern, um die Strahlgeschwindigkeit zu erhöhen, im Endeffekt ("weit vor dem Bug") hat man wieder eine Stromröhre mit dem gleichen Querschnitt wie der Austrittsquerschnitt hinten - sie wird nur vor dem Stautricher mal vorübergehend aufgeweitet, was allerdings mit einer Bremskraft auf das Boot verbunden ist - keine gute Idee.
Der Trick könnte darin bestehen, daß der Strahl einfach aufgeweitet wird, das Volumen also um die Masse der Dampfinjektion zunimmt. Eigentlich kommt es doch darauf an, daß der Hauptstrahl sich mit dem Mantelstrom nicht-turbulent vermischt, damit der Strahl anschließend aufgeweitet und auf Umgebungsdruck gebracht werden kann (hm, der Dampfstrahl kann doch schon ohne weiteres Umgebungsdruck haben). Das würde aber bedeuten, daß man den Mantelwasserstrom zunächst auf die Dampfgeschwindigkeit beschleunigt - die maximal mögliche Wassergeschwindigkeit ergibt sich aber, wenn dessen Druck auf Null fällt, zu 14 m/s plus Fahrgeschwindigkeit, und dann muß der Dampfdruck auch Null sein (bzw. kommt bei einem halben bar 10 m/s plus Fahrgeschwindigkeit heraus) - klappt aber nicht, weil der Dampfstahl natürlich deutlich schneller ist. Hm, dazu fällt mit jetzt nicht so viel ein ...

Im Gegenteil.

Das ist nicht das Problem: Wenn M nicht auf die Fahrgeschwindigkeit abgebremst wird, dann geht Energie verloren - macht sich als Verwirbelung bemerkbar.

Yepp.
Und damit geht der Dampfbedarf pro kWh zurück, weil der prinzipiell verlorene Anteil der Verdampfungswärme im Prozeß verringert wird.
Wie aber erklären sich dann die Zahlen aus dem Kernkraftwerk Krümmel kurz vor dem Störfall:
thermische Leistung: 3,69 GW Generatorleistung: 1,38 GW Druck: 69,7 bar Frischdampfmenge: 1,98 t/s
Der Dampfmenge entspricht eine Verdampfungsleistung von 4,47 GW (1980 kg/s * 2,257 MJ/kg), und die müßte so oder so weg sein, ist aber schon größer als die thermische Leistung. Andersherum gerechnet: 1,38/3,69 gibt einen Wirkungsgrad von 37,4 % - bei einer unteren Temperatur von 320 K ist dafür nach Carnot eine obere Temperatur von wenigstens 240 °C erforderlich. Es bleiben eigentlich maximal 2,3 GW zum Verdampfen, und damit kann man höchstens 1,02 t Dampf pro Sekunde erzeugen - was hat Vattenfall sich denn da bloß zurechtgerechnet? (Falls die Turbine mehrstufig ist, könnten sie natürlich die Durchflüsse durch Zwischenüberhitzer addiert haben, also praktisch dieselbe Dampfmenge mehrfach gerechnet.) Oder geht die Verdampfungsenthalpie doch nicht zwangsläufig verloren?
Gruß aus Bremen Ralf
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Moin,
Ralf Kusmierz schrub:

Dazu war mir noch was durch den Kopf gegangen - du meintest mal, mit diesem Staudruck könne man durchaus was anfangen. Aber nach meiner Rechnung erbringen 1m/s nur gerade mal läppische 5mbar an Staudruck, hast du vielleicht Pa und mbar verwechselt? Um auf 1bar Staudruck zu kommen musst du schon 14m/s fahren.

Das mit dem Staudruck vorne kann man wohl getrost erst mal weglassen und einfach annehmen, dass das Wasser mit Umgebungsdruck in den Einlauf läuft.
Es ist zwar richtig, dass das auslaufende Wasser selbst wenn es nur mit Fahrgeschwindigkeit ausläuft, immernoch Impuls auf das Boot bringt, aber das einlaufende Wasser muss auch auf Bootsgeschwindigkeit beschleunigt werden. Das Wasser muss mit größerer Geschwindigkeit hinten raus, als es vorne reinkommt, sonst gibt's netto keinen Schub. Ergo wird der Einlauf größer sein müssen als die Ausstroßdüse.

Das würde ich mal als vernachlässigbar abtun.

Nicht-turbolent bekommt man bestimmt nicht hin. B.z.w. wenn du das hinbekommst, kannst du einen neuen Nobelpreis stiften.

Nur weiß dann der Dampf nicht mehr, ob er vorne oder hinten zum Boot heraussprudeln soll:-)

Passt erstmal schon. Selbst bei Vakuum am Ausströmpunkt des Dampfes fließt das Wasser an dieser Stelle nur mit 14m/s. Der Trichter davor sollte daran nichts ändern können. Natürlich ist der Dampfstrahl an der Stelle deutlich schneller. Das Wasser mit 14m/s mischt sich im Mischrohr mit dem viel schnelleren Dampf und geht beschleunigt nach hinten heraus. Damit die Beschleunigung funktioniert, muss das Mischrohr sich natürlich weiter verjüngen.

Tcha, aber wenn ich das Wasser nur mit Fahrgeschwindigkeit auslaufen lasse, dann läuft es genauso schnell aus, wie es eingelaufen ist. Dann habe ich auch nichts davon.

Gut, aber schneller als Fahrgeschwindigkeit muss er bleiben.

Ich denke, die werden sich das irgendwie hingerechnet haben. Oder kann es sein, dass die Verdampfungswärme bei den hohen Drücken eben signifikant von dem Wert für 1bar abweicht? Immerhin gibt's da oben irgendwann den kritischen Punkt wo man ohnehin nicht mehr zwischen Dampf und Wasser unterscheiden kann. Oder die ziehen bei der thermischen Leistung gleich die Kühlleistung wieder ab.
Ach ja, meine Experimente waren bis jetzt noch nicht so erfolgreich. Ich habe zwar eine geniale Dampfauslassdüse hingebastelt bekommen (0.7mm Innendurchmesser mit nur rund 3mm Länge), aber wenn man da Luft mit dem Mund oder mit der Aquariumluftpumpe durchpumpt, blubbert es nur. Da braucht es erheblich mehr Druck, bis da ein richtiger verwertbarer Gasstrahl herauskommt. Die Strömungsverluste in so einer kleinen Düse sind doch wohl ganz gewaltig.
Aber als ich die Blasen sah, dachte ich ohnehin gleich, dass hier ein Problem der Miniaturisierung entstehen könnte: Es bilden sich Blasen, die haben eine Oberflächenenergie.... Im großen mag das egal sein, aber im kleinen vielleicht nicht mehr.
Hilft also nichts, morgen muss ich erst mal einen richtigen Kessel bauen.
CU Rollo
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begin quoting, Roland Damm schrieb:

Ja - Msg.-ID <

*Nahrechen*: Hm, es sind bloß 125 mbar.

ACK
ACK
Wenn der Dampf kondensiert, dann ja. Die Alternative wäre wohl, mit einer Pumpe einen nach hinten gerichteten Wasserstrahl zu erzeugen. Wie sieht denn da die Energiebilanz aus?
Um den Massenstrom m' des "durchfließenden" Wassers von der Fahrgeschwindigkeit v_F um die Geschwindigkeit v+ zu erhöhen, ist eine Leistung
P = m' * v+ * (v_F + v+/2)
erforderlich; dadurch wird auf das Boot eine Vortriebskraft
F = m' * v+
ausgeübt, die die Antriebsleistung
P_a = F * v_F = m' * v+ * v_F
bewirkt; der "Wirkungsgrad" ist
eta = P_a / P = 1 / [1 + v+/(2*v_F)]
<=>
v+ = 2 * v_F * (1 / eta - 1)
=>
m' = P / [v+ * (v_F + v+/2)] = P / [v_F^2 * 2 * (1 / eta - 1) * (1 / eta)] = P * (eta / [2 * (1 / eta - 1)]) / v_F^2 \____________ ____________/ V
= x
eta | x --------+------- 0,50 | 0,250 0,55 | 0,336 0,60 | 0,450 0,65 | 0,604 0,70 | 0,817 0,732 | 1,000 0,75 | 1,125 0,80 | 1,600 0,85 | 2,408 0,90 | 4,050 0,95 | 9,025
Mit abnehmender Austrittsgeschwindigkeit werden die Verluste immer kleiner, aber bei geringen Verlusten werden die Durchflußmengen ziemlich groß.
Irgendwie sieht mir das doch danach aus, als ob man einfach bloß ein relativ weites Rohr längs durch den Rumpf braucht, an dem vorne mittig eine Dampfdüse nach hinten ausströmt - sie überträgt dabei ihren Impuls auf das Wasser im Rohr, und die anfänglichen Turbulenzen dämpfen sich über die Rohrlänge, so daß am Ende ein kompakter Strahl mit etwas mehr als der Fahrgeschwindigkeit austritt. Evtl. ist es günstig, den Dampfstrahl auf mehrere über die Querschnittsfläche verteilte Düsen zu verteilen.
Allerdings verstehe ich immer noch nicht, wie denn die zusätzliche Vortriebskraft auf das Boot übertragen werden soll - das kann eigentlich nur durch den Druck geschehen, den das austretende Wasser hinter dem Boot auf das Heck ausübt bzw. den Unterdruck vor der Ansaugöffnung. Stimmt aber eigentlich: Wenn man am Heck einen Eimer Wasser über Bord schüttet, sollte das das Schiff antreiben.

Wieso? Die (näherungsweise) nicht-turbulente Vermischung von zwei Fluiden gleicher Geschwindigkeit sollte doch mehr oder weniger der Normalfall sein.

Doch, aufgrund seiner Anfangsgeschwindigkeit. Selbst wenn er zunächst vorne und hinten rauskommt, überwiegt die Vortriebskraft und entsymmetrisiert mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit die Situation.

Nö, s. oben. Man will gar keine große Beschleunigung.

Stimmt.
Direkt hinterm Boot verschwindet die Geschwindigkeit aber sowieso gleich wieder.

Ach nee ... aber ich habe sie einfach mal danach gefragt.

Spielt keine Rolle: Die Verdampfungswärme ist gleich der Kondensationswärme, und Kondensation spielt sich bei niedrigen Temperaturen und Drucken ab - einfach in die Dampftafel bzw. das Dampfdiagramm schauen. Und zur Speisewasservorwärmung ist die Kondensationswärme nicht geeignet: Jedes Prozent Kondensationswärme führt ziemlich druckunabhängig (0-%-Ast im Dampfdiagramm) zu ungefähr 5,4 K Temperaturanstieg, und die Verdampfung selbst, die viel Leistung aufnimmt, geschieht auf jeden Fall bei sehr hohen Temperaturen.

Glaube ich nicht.

Daß es blubbert, ist aber unvermeidlich: Blasen steigen immer auf. Die Frage ist, wo es blubbert, und ob sich vorher ein Gasstrahl bildet - das sollte sich feststellen lassen, indem man die Düse zuerst oberhalb der Wasseroberfläche hält und damit in verschiedenen Stellungen den Gasstrahl anhand der Oberflächenreaktionen ausmißt oder sie nur sehr wenig eintaucht, so daß der Jet nicht gleich "absäuft". Welche Austrittsgeschwindigkeiten erwartest Du denn? Pusten ergibt max. 50 cm WS oder 50 mbar, das sind bei Luft schon 90 m/s - bei 0,7 mm Durchmesser entspricht das 35 cm^3/s. (10 cm WS ergeben 40 m/s und 15 cm^3 - was hast Du gemessen mit der Flasche zum Luftauffangen?)

Zumindest bei Dampf sind die Blasen gar nicht unbedingt nachteilig, weil sie nämlich durch ihr großes Volumen das Wasser effizienter und wirbelärmer beschleunigen, bevor sie zusammenfallen, und bei Luft sollten sie eigentlich auch nicht schaden.

Zum Testen einfach elektrisch beheizen, dann hast Du gleich auch die exakte thermische Leistung. Sonst wüßte ich nicht, warum denn die Luftpumpe es nicht erst einmal tut; Preßluft gibt es ggf. aus dem Kompressor oder alternativ aus der Pneumatischen Wanne, die mit der passenden Wassersäule druckbeaufschlagt wird.
Gruß aus Bremen Ralf
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Moin,
Ralf Kusmierz schrub:

Tut er, siehe unten.

Klingt einleuchtend.

Man könnte sich eine virtuelle Pumpe denken: Vorne läuft das Wasser in das Rohr, also muss irgendwo im Boot im Rohr der Druck unter Umgebungsdruck liegen. Hinten gen auso umgekehrt, also muss irgendwo im Rohr ein höherer Druck als Umgebung sein. Im Rohr sitzt also eine Pumpe, eine Trennfläche, zwischen deren beiden Seiten ein Druckunterschied herrscht. Und diese Trennfläche wird obendrein durchströmt, was auf Energieumsatz hinausläuft. Wenn ich also das Boot mit Einlauf und Auslauf betrachte und mich nicht darum kümmere, wie die Sache angetrieben wird, dann muss ich eine durchströmte Trennfläche im Boot vermuten, auf deren beider Seiten unterschiedliche Drücke herrschen. Die Kraft auf diese virtuelle Fläche kann ich dann ausrechnen. Nur wo greift der Schub jetzt wirklich an?

Ich meinte jetzt bei den Geschwindikgietsdifferenzen, um die es hier geht.

Stimmt.
So, jetzt zu meinen Zwischenergebnissen.
Ich habe heute eine Kessel zusammengelötet. Im ersten Anlauf war das eine Dose (leer) Feuerzeugbenzin. Dabei ergaben sich jedoch erst zwei dann drei Probleme. Die Dose ist so groß, dass sie sehr viel unbeheizte Oberfläche hat, wenn ich nur zwei Teelichter drunterstelle. Außerdem war sie undicht - die Dose ist komplett gefalzt und als Dichtung wohl von innen lackiert. Bei der Löterei ist wohl der Lack verbrannt und dann war die Falz nicht mehr Dicht. Einfach alle Falzen nachlöten wäre meine Idee gewesen, aber das Blech aus dem die Seiten gemacht sind, ließ sich nicht löten. Deckel und Boden sehr wohl sehr gut.
Also zum Baumarkt.
Leider gibt's da alles mögliche, aber Kupferrohr in weniger als 3m Stangen leider nicht. So habe ich einen Kessel aus einem T-Stück für 22mm-Kupferrohr mit drei Deckeln drauf zusammengebaut. Die Deckel, die den gleichen Durchmesser wie das T-Stück haben (soll ja alles auf 22mm draufpassen) habe ich etwas aufgedengelt, dann am Schraubstrock auf das T-Stück aufgepresst (nachdem ich die Berührungsflächen gut saubergeschliffen habe) und dann noch alles verlötet (Weichlot). Das Ding ist bombig, der Kessel platzt so schnell nicht. Und sieht auch noch nett aus, so ein längliches Rohr mit einem Dom in der Mitte oben drauf. Auf den Dom noch eine Messingmutter für die Einfüllöffnung und ein 4mm.Messingrohr als Dampfauslas eingelötet und fertig.
An den Dampfauslass habe ich einfach ein Plastikschlauch draufgeschoben und so den Kessel mit der Messingrohr verbunden, an dessen Ende ich schon quer die Düse eingebaut hatte.
Mit Teelichtantrieb passiert ungefähr nichts.
Mit Esbitwürfel schon besser. Ganz wichtig: Aus einer Konservendose noch eine Verkleidung um das Ganze zusammengebogen. Überhaupt ist so eine Verkleidung die die Brenngase richtig um den Kessel herumführt wohl etwas ganz gewaltig wichtiges bei so einem Projekt. Am Besten sollte man die Verkleidung wegen Wärmeisolierung noch Doppelwandig machen, aber das sind dann schon recht filigrane Sprenglerarbeiten.
Ergebnis: Da das Rohr mit der Dampfdüse dran frei baumeln konnte, konnte ich aus dem Winkel unter dem es hing auf den Rückstoß der Düse schließen. Nach meiner Schätzung so rund 5 Pond was umgerechnet über die Düsenfläche einem Kesseldruch von 1.3bar über Umgebung entspricht! Na sauber, das sollte ja wohl reichen.
Aber: Wenn ich die Düse ins Wasser hielt, zeigte sich kein besonders auffälliger Dampfstrahl im Wasser. Wenn überhaupt, war der nach 3mm wieder kondensiert. Natürlich hat es das Wasserglas umgerührt, aber verschwindend, wenn man bedenkt dass da mehrere 100W am heizen waren.
Vermutung: In dem langen Messingrohr und besonders dort, wo das Messingrohr ins Wasser taucht, kondensiert der größte Teil des Dampfes wieder. Man muss die Dampfleitung isolieren. Insbesondere im Wasser muss man sich was ausdenken. Aber ein drübergeschobener Schrumpfschlauch sollte eigentlich schon was bringen, denn selbst 0.5mm Plastik dürften gigantisch viel besser isolieren, als 0.5mm Messing.
Des weiteren fehlt natürlich noch der Überhitzer. Entweder das Messingroh in einer Schleife unterhalb des Kessels direkt in die Flamme legen und da den Dampf durchleiten - Dazu muss man das Rohr allerdings gut biegen könne. Oder einen Radiator zusammenlöten, also mehrere parallele Rohre mit geringem Abstand die beiderseits in einen Verteiler/Sammler münden. Aber da muss man direkt im heißen Bereich löten - ich bin mir nicht sicher, ob das mit Elektroniklot noch so gut ist. (Am Kessel ist's egal, der wird sowieso nicht wärmer als der Siedepunkt des Wassers, also 150°C bei 5bar z.B.) Die Lötvariante klingt für mich besser, damit würde man jedenfalls den Dampf so richtig gut durch die Flamme kriegen.
Jedenfalls sehe ich derzeit keine Chance, mit einem Teelicht was bewegen zu können, die Wärmeverluste sind einfach zu groß. Und wenn ich mir die Dampfmenge so ansehe, die der Kessel bringt, dann sehe ich auch schwarz für jegliche Idee einer Turbine die auf Wellendichtungen angewiesen ist.
CU Rollo
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begin quoting, Roland Damm schrieb:

Was spricht denn dagegen, daß der Schub erst *hinter* der Austrittsöffnung entsteht? Dort wird doch gegenüber dem Wasser annähernd stillstehend Volumen "produziert", wobei die Abbremsung auf Null, also die Vernichtung der kleinen Differenzgeschwindigkeit, zwangsläufig mit einem Druckanstieg verbunden ist.

Ist halt die Frage, wie man damit umgeht. Man könnte sich folgende kaskadierte Anordnung übrlegen: Mit einer Hilfspumpe wird Wasser in einem dünnen Mantelrohrstrahl um den Dampfstrahl herum auf dessen Geschwindigkeit beschleunigt und anschließend in einer Diffusorstrecke auf fast die Fahrtgeschwindigkeit abgebremst - dieser Wasserstrahl wiederum speist in die Mitte des eigentlichen "Jetrohrs" ein. Effektiv sollte sich in dem Jetrohr eine laminare Strömung mit einem parabolischen Geschwindigkeitsprofil einstellen - wenn im Mittel die Strömungsgeschwindigkeit gleich der Fahrgeschwindigkeit ist, dann ist sie im Zentrum doppelt so hoch.
Beschleunigend wirkt auf den Wasserstrahl also das Scherspannungsprofil über den Rohrradius - homogenisiert werden kann der Strahl gezielt durch einige konzentrische Diffusoren, die das Zentrum vor dem Austritt stärker abbremsen als die Peripherie. Da sich der Rohrquerschnitt dabei nach hinten aufweitet, entsteht automatisch eine Angriffsfläche für den Druck. (Andererseits: wozu? Der Strahl wird doch ganz von alleine beim Austritt abgebremst und homogenisiert, es reicht vollkommen aus, den Auslauf am Heck etwas aufzuweiten, denn die Fahrtgeschwindigkeit liegt in jedem Fall weit unter der Schallgeschwindigkeit im Wasser.)
Die "Hilfspumpe" könnte man sich in der Weise vorstellen, daß es über eine gewisse Länge des Jetrohrs (z. B. von vorn bis ca. ein Drittel vor dem Heck) ein zentrales Dampfrohr vorhanden ist, aus dem rundherum an vielen Stellen Dampfdüsen (ggf. als Ringdüsen) Dampf nach hinten ausblasen - der darum herumliegende Wasserzylinder wird dadurch von vorne nach hinten immer schneller, und ganz am Ende stellt sich dann das parabolische Strömungsprofil ein, das dann ggf. noch durch die Diffusorringe geformt bzw. homogenisiert wird.
Verlustfrei ist das natürlich nicht: Es treten erstens die Verluste in der Größenordnung wie bei laminaren Rohrströmungen auf (wieviel wäre das z. B. bei einem 50 m langen Rohr mit 1 m Durchmesser und einer mittleren Strömungsgeschwindigkeit von 15 m/s? Wenn da ein Geschwindigkeitsüberschuß von 1 m/s vorliegt, ist das eine Antriebsleistung von ca. 180 kW), und zweitens eine gewisse Verwirbelung beim Kontakt des Dampfs mit dem Wasser vor allem weiter vorne. (Ob es nütztlich wäre, vorne am Dampfrohr mit einer mechanischen Pumpe eine schnelle Rohrströmung zu erzeugen, um die Verwirbelungsverluste zu reduzieren, wäre zu erproben - eine Wasserpumpe wäre z. B. eine schnellaufende kleine Schraube am Dampfrohrvorderende, die durch Dampfdüsen am Ende angetrieben werden könnte.)
Überhaupt wäre ein Schraubenantrieb mittels dampfdüsengetriebener Schrauben auch kein uninteressanter Aspekt.

Mal abwarten, was Vattenfall antwortet.

Hilfe, das wird ja teuer ...

man Schrottkiste Klempner.

Chic ...

Schlecht isoliert.

Konservendosenblech läßt sich auch löten ...
Wozu überhaupt einen Kessel? Bremsleitung vom Schrott: Zu Spiralen wickeln, innen Wasser bzw. Dampf, außen Feuer.

Klingt gut - das sind dann ungefähr 110 °C Dampftemperatur.

Partikel im Wasser suspendieren, Strömungsprofil ausmessen (Digitalcamera, Strichspurlängen).

Ja, unbedingt.

ACK
Bremsleitung.
Ja, die geringe Dampfmenge ist eine echte Achillesferse - der Strahl ist bei höheren Durchflußmengen einfach thermisch langlebiger.
Gruß aus Bremen Ralf
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Moin,
Ralf Kusmierz schrub:

Das Problem ist: Wenn ich durch das Boot nur ein gerades Rohr laufen lasse, dann können in dem Rohr Druckunterschiede herrschen wie sie wollen, das wirkt sich nicht als Schub aus. Denn ein gerades Rohr hat keine Flächenanteile in Fahrtrichtung.
Was natürlich sein mag, ist dass so eine Konstruktion mit geradem Rohr tatsächlich als Schub nur genau das liefert, was die Dampfdüse allein als Rückstoß liefert. Erst die richtige Konstruktion aus Düse, Beschleunigungsrohr und Diffusor bewirkt eine Zunahme der Schubkraft.

Also den Impulsübertrag mehrstufig auslegen, so dass in jeder einzelnen Stufe eine nicht so große Differenzgeschwindigkeit herrscht, entsprechend weniger Turbolenz und damit weniger Energievernichtung. Denkbar. Aber für ein Modellboot wird das auch ohne solchen Aufwand schon Uhrmacherarbeit.

Eine Wasserströmung wird einem nicht den Gefallen tun, sich so zu verhalten, wie man es sich denkt - sie wird eher Naturgesetzen folgen. Hier unterstellst du z.B., dass die Zurkulation um diesen konzentrischen Diffusor herum Null ist. Wieso sollte sie? Druckunterschiede wirken sich auch gegen die Fießrichtung aus so lange wir im Unterschall sind. Klar, für Überschall ist die Sache einfacher, deswegen kann man ja auch vernünftige Überschall-Staustrahltriebwerke bauen oder erdenken.

Sowas gab's mal als 1-Personen-Hubschrauber: Ein Strahltriebwerk in der Rotorwelle erzeugt einen Gasstrom, der in der holen Rotorwelle in die hohlen Rotorblätter eingeleitet wird und aus diesen an den Enden aus Düsen austritt. Der Rückstoß dieser Düsen erzeugt das Moment, welches den Rotor drehen lässt. Das hat natürlich fürchterlich viele Nachteile: Das Gas eine so weite Strecke zu führen bringt Reibungsverluste. Das heiße Gas durch die ohnehin durch Fliehkraft stark belasteten Rotorblätter zu leiten ist auch nicht so toll. Und dann dieser Rückstoßantrieb. Aber der Vorteil ist, dass der Rotor sich selbst antreibt, also kein Drehmoment auf die daran hängende Kabine überträgt. Die Kabine war nur ein offener Pilotensitz, die Steuerung passierte via Gewichtsverlagerung wie bei einem Drachenflieger. Es ist kein Heckrotor notwendig, allenfalls eine Flosse zur stabilisierung, damit beim Geradeausflug der Pilot auch nach vorne sehen kann.
So, ich muss weg:-)
CU Rollo

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begin quoting, Roland Damm schrieb:

Richtig. Daher hätte ich die Vermutung, daß darin auch gar kein Schub entsteht, sondern dadurch, daß das Wasser im Ruhesystem im Rohr nach hinten fließt - das führt außerhalb des Rohrs zu einer Zirkulationsströmung: Das Wasser, das hinten austritt, fließt außen am Rohr wieder nach vorne. (Daß sich das Rohr inzwischen weiterbewegt, spielt keine Rolle: Das Wasser fließt trotzdem nach vorne, denn dort wurde Wasser eingesaugt.) Und diese nach vorne gerichtete Strömung nimmt das Boot sozusagen mit und treibt es an.
Man mag einwenden, daß die Strömung doch viel langsamer als das Boot ist - wie soll sie das Boot da antreiben können? Aber ich halte das für einen Fehlschluß: In einer idealen Flüssigkeit fährt das Boot reibungsfrei, die erforderliche Antriebskraft beruht also eigentlich auf "Dreckeffekten" (die sich auch kräftig minimieren lassen: <http://de.wikipedia.org/wiki/Gleitboot#Der_Edersche_DG-Hull ) und ist bei weitem nicht so groß, wie man vermuten würde. Die relativ langsame, von hinten nach vorne gerichtete Ausgleichsströmung außerhalb des Rohrs erzeugt also auf der Wasseroberfläche ein nach vorne abfallendes Gefälle (hinten autretendes Wasser hebt die Wasseroberfläche dort an, das vorne angesaugte senkt sie ab), und das Boot gleitet infolgedessen die ganze Zeit sozusagen "bergab" und wird dadurch angetrieben.

Das kommt natürlich noch dazu.

Der Bootskörper selbst ist ein Bestandteil der fluiddynamischen Konstruktion: Die Heckfläche ist Teil des Diffusors. Das Beschleunigungsrohr darf deswegen wahrscheinlich nur relativ kurz (höchstens so lang wie der Schiffsrumpf) sein - ein sehr langes Rohr, das den Schiffsrumpf deutlich überragt, wäre wahrscheinlich kontraproduktiv, weil es die äußere Gegenströmung deutlich in Querrichtung aufweitet und dadurch der auf den Schiffsrumpf wirkende Anteil verringert wird - die Druckunterschiede in Längsrichtung werden verkleinert.
Ich frage mich gerade, ob eine Schiffsschraube nicht ganz genauso wirkt - man kann sie schließlich auch als ein sehr kurzes Beschleunigerrohr auffassen. (Man müßte eine Schiffsschraube an einer langen Welle vorne vor dem Bug eines Schiffes montieren, sie an die Stelle bugsieren, wo normalerweise die Schraube eines anderen Schiffs sitzen würde, und feststellen, ob sie auf das andere Schiff eine Antriebskraft ausübt, die dann natürlich nicht auf der Lagerreaktionskraft beruhen kann.)
Zum Wasserstrahlantrieb: <http://de.wikipedia.org/wiki/Wasserstrahlantrieb .

^ u, nicht o - ganz ehrlich!

Klar, aber die Frage ist eben, ob so etwas "in groß" funktioniert.

Ich hoffe doch stark, daß mein Denken dabei den Naturgesetzen entspricht - wozu habe ich schließlich studiert?

Das unterstelle ich gar nicht - genau die Zirkulation ist es doch, die den Strahl aufweitet, den Druck erhöht und letztlich für die gewünschte Gegenströmung sorgt. Jede Auftriebsanordnung funktioniert aufgrund einer Zirkulationsströmung um die ablenkende Fläche.

Was soll das heißen? Nimm ein Rohr mit einer Querschnittsänderung und laß Fluid subsonisch vom dünneren zum dickeren Querschnitt strömen: im dickeren Abschnitt herrscht ein höherer Druck, und der wirkt sich eben nicht auf den Druck im engeren Abschnitt aus - es gibt aber eine Reaktionskraft, die sich aus der Differenz der Querschnittflächen ergibt.

Die funktionieren aber ganz anders - der passende Vergleich wäre ein Mantelstrom-Triebwerk.

Das wäre bei Wasser deutlich günstiger, weil die Rotorfläche einen um den Faktor 800 größeren Massenstrom beeinflußt und die Schallgeschwindigkeit in Wasser praktischerweise auch noch viermal so hoch ist wie in Luft. (Eigentlich sollten U-Boote deutlich schnellere und energiesparendere Fahrzeuge als Flugzeuge sein: Kein Auftrieb erforderlich, Reisegeschwindigkeiten um die 2.000-3.000 km/h liegen noch im Unterschallbereich (das relativiert sich allerdings aufgrund des Dampfdrucks, durch den bereits bei niedrigeren Geschwindigkeiten Kavitation einsetzen kann). Die Reibungsverluste lassen sich möglicherweise durch Superkavitation (<http://de.wikipedia.org/wiki/Superkavitation ) reduzieren.)
Gruß aus Bremen Ralf
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Ralf Kusmierz schrub:

Lineare Anströmung und diese Zirkulation überlagern sich einfach.

Moment: Jetzt unterstellst du, dass die normale Strömung gar nicht so viel Widerstand macht, dass der Widerstand eher ein Dreckeffekt ist, hingegen bei der Zirkulation durch die Düse unterstellst du plötzlich Druckunterschiede zwischen vorne und hinten. Also entweder funktioniert die Sache so oder so. So eine Mischargumentation finde ich nicht gerade plausibel. Warum soll denn das Wasser nicht genauso reibungsfrei wie es um das Boot strömt auch durch das Rohr und außen wieder zurück nach vorne strömen ohne Kräfte auf das Boot auszuüben?

Falls der Diffusor was nutzt, dann sollte das so sinnvoll sein.

gewagt
Die LAgerreaktionen kann man ja auch messen. Den Schub in gegebener Fahrgeswchwindigkeit kann man auch messen.

Funktionieren tun die Dinger, ja. Die Frage ist nur wie gut. Bei einem Propeller ist ja auch die Frage klar beantwortbar, wo der Schub als Druckunterschied also als Kraft angreift.

Ich werd's mir vermutlich nicht lange merken können.

Mein Einwand war wohl nicht ganz richtig formuliert. Die Strömung verläuft genau so, dass sich Druck- und Massenkräfte (Trägheit des Wasser) ausgleichen. Und zwar jeder mit jedem, also auch stromaufwärts. Man kann nicht einfach so einen Teil des Wassers durch einen anderen Kanal leiten und meinen, was am Ende passiert hätte keinen Einfluss darauf, wie viel Wasser vorne in den Kanal einfließt. Es mag sein, dass deine Idee machbar ist, aber ich halte das für nicht so selbstverständlich.

In diesem Fall soll die Strömung aber in zwei aufgespalten werden, die nachher wieder vereinigt werden. Und Reibung gibt's obendrein, denn wenn es die nicht gäbe, wäre die ganze Sache überflüssig, dann hätte man sowieso ein flaches anstatt eines parabolischen Geschwindigkeitsprofils. Enge Kanäle wie im Mantelstrom anzunehmen verringern die Geschwindigkeit dort.

Da werden die Volumenströme für innen und außen aber durch die Schaufelgeometrie festgelegt.

Möglicherweise, so lange man das aber nicht schafft, sind die schnöden Reibungsverluste durch Scherspannung/Viskosität immer noch unter Wasser erheblich größer als in Luft.
Ach ja, zu meiner Bastelei: Eine Beobachtung hatte ich noch unerwähnt gelassen: Das Ding ist laut. Ist ja auch klar: Ich blase Wasserdampf ins Wasser, die Dampfblasen kollabieren -> Kavitation wie im Bilderbuch. Nur dass davon hoffentlich in einem Triebwerk die Wandungen nicht betroffen sein werden, da der Dampfstrahl ja im freien Wasser läuft. Bei meinem Modell hört sich das wie ein schrilles heiseres Pfeifen an, besonders deswegen auffällig, weil es das einzige Geräusch ist, was man hört und weil man nicht sieht, was sich bewegen würde. Bei einer Dampfmaschine wundert es ja nicht, wenn sie faucht und zischt, aber in diesem Fall fällt es auf.
Langsam nehmen auch Bilder im Kopf Gestalt an, wie ein verbesserter Kessel aussehen kann. Wobei meine Gedanken ja nicht einfach nur um eine möglichst geschickte Konstruktion kreisen, sondern die Begrenzung durch verfügbare Fertigungsverfahren einschließen.
CU Rollo
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begin quoting, Roland Damm schrieb:

ACK
Wieso? "Ideale Flüssigkeit" bedeutet doch nur "reibungsfreie Strömung", also keine Dissipation von Energie. Druckunterschiede können natürlich auftreten - die sind bei Beschleunigungen doch notwendig. Wenn Wasser _völlig_ reibungsfrei wäre, dann brauchte man zum Antrieb natürlich gar keine Energie zur Überwindung des Strömungswiderstands. Allerdings ist bei realen Schiffskonstruktionen ein erheblicher Teil des Widerstands wohl gar nicht auf die Viskosität, sondern auf die strömungsungünstige Rumpfform, die unnötig Wellen aufrührt, zurückzuführen, sonst würde der DG-Hull nicht so hervorragend funktionieren.
Allerdings ist der Strömungswiderstand doch wirklich relativ klein - ein leichtes "Gefälle" auf der Wasseroberfläche, daß sich durch das Pumpen von vorn nach hinten ergibt, kann ihn schon überwinden. Letzteres beobachtet man übrigens ganz real: Boote gleiten auf Fließgewässern unangetrieben schneller talwärts als der Fließgeschwindigkeit des Wassers entspricht - sie "rutschen" auf dem Wasser bergab.

Eigentlich sollte man so etwas mit FEM-Programmen ganz leicht simulieren können. (Gibt es eigentlich immer noch keine Freeware-FEM-Programme?)

Vielleicht.
Dann stellt sich die Frage, ob die Propellerschubkraft genauso hoch ist wie die Zugkraft des Seils bei dem gleichen Rumpf ohne Schraube beim Schleppen mit der gleichen Geschwindigkeit. (Ich weiß es nicht.)

Es ging doch nicht um einen "anderen Kanal", sondern darum, das Geschwindigkeitsprofil des austretenden Strahls zu homogenisieren.

In mehrere sich konzentrisch umgebende Flußröhren, genau genommen.

Wieso den "enge Kanäle"? Wenn ich über einen Durchmesser von 1 m zwei oder drei Leitschaufelringe mit ca. 20 cm Abstand habe, sind das keine "engen Kanäle".

Der Unterschied ist natürlich die hohe Temperatur und die Verdampfungsenthalpie.

Das Ohr ist aber auch sehr empfindlich.

Ich bin gespannt.
Gruß aus Bremen Ralf
--
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Moin,
Ralf Kusmierz schrub:

Ja, leider.

Für weitere Basteleien wird es das sein müssen.

Aber hallo!

Wenn aber die Verkleidung nicht in thermischem Kontakt mit dem Kessel steht, kann sie auch deutlich wärmer als dieser werden und dann ist das mit Löten so eine Sache.
Andererseits ist die Wärmeleitfähigkeit von diesem dicken Kupfer beachtlich. Löten lief übrigens so: Eine Stelle warm machen bis das Lötzinn schmilzt und dann ohne großes weiterheizen alle anderen Stellen auch löten. Wenn das Ding an einer Stelle warm ist, ist es an jeder anderen Stelle auch schon warm. Das heißt aber: Man könnte den Abgasstrom durch ein Kupferrohr leiten ohne dass überall gleich Kessel drumherum sein muss, allein eine gute wärmeleitende Verbindung aus Abgasrohr und Kessel würde es auch schon tun. Zumindest wenn man solch dickes Kupfer verwendet, die Option haben Dampflokbauer ja nicht gehabt, aus verständlichen vielen Gründen. Aber im Modell kann man es sich leisten, einen Kessel komplett aus Kupfer zu bauen bei dem die Wandstärke im Bereich von 5% des Kesseldurchmessers liegt. Vereinfacht könnte man also einfach ein Rohr (mit Deckeln) als Kessel und parallel ein Rohr als Schornstein zusammenlöten und die Sache dürfte auch schon einen gut genügenden Wärmeübergang ermöglichen. Natürlich braucht es außen herum eine Isolierung. Man könnte dann den Dampf oben aus dem Kesselrohr herauslassen und in einem dünnen Rohr (Messing oder die von dir erwähnte Bremsleitung) durch den Schornstein nach unten führen. So hätte man mit wenig Rohrbiegearbeiten gleich noch einen guten Überhitzer der dann sogar richtig im Gegenstromprinzip arbeitet.

Und wie Spiralen wickeln? Klar gibt's dafür Methoden, aber mach das mal so einfach. Außerdem passt da nicht sehr viel Wasser rein.

Die Temperatur ist denke ich ohnehin kein Problem. Es stellt sich sowieso die nötige Temperatur ein bei der das Wasser bei dem gegebenen Druck verdampft.

Das Messingrohr was ich hier verwende dürfte was ähnliches sein. Wie man das gebogen bekommt, darin muss ich noch Erfahrung sammeln. Blasinstrumentenbauer gießen die Rohre mit Blei aus und biegen dann, hinterher das Blei wieder ausschmelzen...

Ich nehme ja auch an, dass bei dem Experiment einfach ein großer Teil des Dampfes schon vor der Düse wieder kondensiert ist. Denn man würde das eventuell garnicht merken: Wenn Wasser in die Düse kommt, dann wird es von der Dampfströmung mitgerissen, die ja bei 1.3bar und ~100°C ja beachtliche Geschwindigkeiten erreicht. Dabei wird das mitgerissene Wasser so fein zerstäubt, dass man es bloß als Nebel sieht. Man sieht es dem Dampfstrahl außerhalb der Düse daher garnicht an, wie nass der Dampf schon vor der Düse war. Vielleicht ja dermaßen nass... Würde man also die Isolation hinbekommen und/oder einen Nachüberhitzer hinkriegen um das Problem der Kondensation zu beseitigen, würde der selbe Kessel eventuell erheblich mehr "Dampf" machen.
CU Rollo
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begin quoting, Roland Damm schrieb:

Und alles schön photographisch dokumentieren, bitte.

Hmm ... Hartlöten?

Ist das so problematisch?

Muß auch nicht, der Dampfdurchsatz ist klein. Denkbar wäre eine Art "Rohrkessel": Irgendwo befindet sich ein Wasser-Vorratsbehälter - der steht zwar unter Druck, ist aber kalt. (Hm, dann muß da aber ein Druckluftpuffer drin sein ... schwierig.) Jedenfalls soll das austretende Wasser dann in einen kleinen beheizten Rohrabschnitt und dort verdampft werden - das abnehmende Kesselvolumen muß dann durch die sich expandierende Luft ausgeglichen werden, wodurch der Druck natürlich absinkt. Ein Speisewasserinjektor wäre wohl zu kompliziert, obwohl man dafür eigentlich nur jeweils zwei Rückschlagventile braucht: In eine Pumpenkammer läuft durch ein Ventil Wasser hinein, worauf es sich schließt, dann wird das Wasser erwärmt, bis es zu sieden beginnt, und der Dampfdruck treibt das Wasser dann durch das andere Ventil in den Druckkessel, anschließend wird die Kammer gekühlt, der Dampf darin kondensiert, und sie saugt wieder kaltes Wasser an. Müßte bis auf die Ventile so ähnlich wie bei dem Knatterboot funktionieren ...

Mindestens - der Dampf kann natürlich auch noch überhitzt werden.

Das geht auch einfacher: Statt Blei nimmt man Wachs oder - besser - Kolophonium.

Isolation sollte eigentlich klappen - optimal wäre natürlich ein doppeltes konzentrisches Rauchrohr, das den Weg bis zur Düsenmündung zur Zwischenüberhitzung nutzt.
Gruß aus Bremen Ralf
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Moin,
Ralf Kusmierz schrub:

Yo, kommt demnächst.

Tcha, da hab ich schlechte Erfahrung. Jener Bruder, der das von mir bebilderte Dampfboot gebaut hat, hat auch eine Kolbendampfmaschine gebaut. Ähnliche Machart, also alle Bauteile vom Schrott zusammengesucht, als Werkzeug nur Lötkolben/~brenner, Bohrmaschine, Miniaturbohrmaschine - keine Drehbank. Davon kann ich aber keine Bilder liefern. Diese Maschine schafft es wegen der großen Undichtigkeit gerade sich, sich am Laufen zu halten. Damit sie überhaupt lief, musste ein leistungsfähiger Kessel her. Beim Zusammenbau hab ich damals assistiert, deswegen weiß ich, was das für eine Mühe war. Der Kessel war komplett aus ursprünglich flachen Kupferblechen zusammengelötet. Unten die Brennkammer, darüber der Wasserkessel. Trick an der Sache: Durch den Wassertank ziehen sich einige Rohre durch, durch die die Brenngase durch müssen. Dabei hat er die Rohre auch noch gebogen, so dass sie unten gleichmäßig über die Fläche verteilt sind, oben jedoch alle dicht beieinander im Schornstein münden. So. Und jetzt Hartlöten. Macht man eine Stelle so warm, dass man Löten kann, sind alle anderen Lötstellen auch weich. Man müsste am Besten also 3 Helfer mit jeweils 2 Zangen in den Händen dabei haben, die das ganze Knäul aus Blechen und Rohren so in Position halten, das einer alles warm machen kann und alle Lötstellen gleichzeitig löten kann. Weil das nicht ging und wegen der vielen Versuche haben sich die Bleche übel verzogen, schließendlich war es ein Wunder, dass der Kessel überhaupt dicht zu bekommen war.
Deswegen würde ich ja so weit es geht auch Standartteile zurückgreifen, die einfach mal zueinander passen. Hartlöten sollte dann auch gehen, aber am liebsten so, dass man das Ding komplett zusammenstecken kann und es aus eigener Kraft zusammen bleibt und man nurnoch Lötzinn dazuschütten muss.
Bei Weichlot verzieht sich das Kupfer noch nicht so.
Und Hartlot ist eventuell auch von der normalen Befeuerung schmelzbar, zumindest wenn der Kessel kein Wasser mehr hat und trotzdem weitergeheizt wird.

Noch nie probiert.

Bei einer Kaffeemaschine geht das so ähnlich, aber ob das für diese Drück anwendbar ist? Außerdem: Aktive Ventilsteuerung? Druckdicht? Da denke ich doch vorher lieber an jede andere Möglichkeit, bevor ich das ins Auge fasse.

Wachs... das ist die Idee. Mal probieren. Wenn ich wüßte wo ich's hingeschmissen habe, dann hätte ich auch noch rund 100 Gramm Spezialmetalllegierung mit einem Schmelzpunkt von 60°C. Damit lässt sich gut arbeiten.

Nur muss man die Brenngase erst mal dazu überreden, nach unten zu strömen. Wenn man die Brennkammer dicht macht und die Zuluft per Zwang zuführt, geht das natürlich.
Ich muss mal sehen, ob ich im Labor nicht noch ein Ende Teflonschlauch abstauben kann. Den kann man jedenfalls besser biegen als Metallleitung, isolieren tut er auch naturgegeben besser als Metall und bei den Temperaturen von 150°C an die ich so denke, hält der 5bar noch gut aus. Deswegen kostet der ja auch so viel, dass ich mir den nicht kaufen würde:-)
CU Rollo
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