Ich versuche zu berechnen, wie viel Wasser ich verdampfen muss, um die Haut einer Brennkammer eines Raketenmotors nach einem Test abzukühlen. Du kannst die Form ungefähr mit einem Zylinder mit einem Durchmesser von 50 cm und einer Wanddicke von 2 mm approximieren. Insgesamt ist die Brennkammer 60 cm lang.
Du kannst die spezifische Wärmekapazität von S235 Stahl verwenden.
Am Ende eines 1-minütigen Tests hat der Motor 1000K erreicht. Erkläre deine Schritte.
Um zu berechnen, wie viel Wasser verdampfen muss, um die Haut einer Brennkammer eines Raketenmotors nach einem Test abzukühlen, müssen wir die Menge an Wärme bestimmen, die aus der Brennkammer entfernt werden muss.

Hier sind die Schritte, um dies zu berechnen:

Bestimme das Volumen der Brennkammer.

Volumen des Zylinders = πr²h, wobei r = Radius = 25 cm und h = Länge = 60 cm

Daher beträgt das Volumen der Brennkammer = π(25 cm)²(60 cm) = 2,356 x 10^5 cm³

Bestimme die Masse der Brennkammer.

Masse des Zylinders = Dichte x Volumen

Unter der Annahme, dass die Dichte von S235 Stahl 7,85 g/cm³ beträgt, beträgt die Masse der Brennkammer = 7,85 g/cm³ x 2,356 x 10^5 cm³ = 1,85 x 10^6 g = 1850 kg

Berechne die in der Brennkammer gespeicherte Wärmeenergie.

Die spezifische Wärmekapazität von S235 Stahl beträgt etwa 0,49 J/g·K.

Unter der Annahme, dass die Anfangstemperatur der Brennkammer Raumtemperatur (25°C oder 298 K) beträgt, beträgt die in der Brennkammer nach dem Test gespeicherte Wärmeenergie:

Q = m x c x ΔT, wobei m = Masse der Brennkammer, c = spezifische Wärmekapazität von S235 Stahl und ΔT = Temperaturänderung.

ΔT = 1000 K - 298 K = 702 K

Q = 1850 kg x 0,49 J/g·K x 702 K = 5,39 x 10^8 J

Bestimme die Menge an Wasser, die verdampfen muss, um diese Wärmeenergie zu entfernen.

Die Verdampfungswärme von Wasser beträgt 2,26 x 10^6 J/kg.

Daher beträgt die Menge an Wasser, die verdampfen muss, um 5,39 x 10^8 J an Wärmeenergie zu entfernen:

m = Q ÷ Hv, wobei Hv = Verdampfungswärme von Wasser

m = (5,39 x 10^8 J) ÷ (2,26 x 10^6 J/kg) = 238,5 kg

Daher müssten ungefähr 238,5 kg Wasser verdampfen, um die Haut der Brennkammer des Raketenmotors nach einem 1-minütigen Test bei 1000K abzukühlen.