Proposal for a new water-based reactor design using pyrolytic graphite

 This document presents an innovative concept for a water-based reactor that utilizes pyrolytic graphite to enhance efficiency and reduce environmental impact. This proposal is specifically addressed to LEAP 71, considering their expertise in AI-driven design and across manufacturing processes, as demonstrated by their work on the 3D-printed aerospike rocket engine . The aerospike engine is a type of rocket engine that maintains its efficiency across a wide range of altitudes by using an aerospike nozzle to exhaust the propellant gases .

Introduction

The proposed concept is based on the principle of thermal dissociation of water into hydrogen and oxygen at very high temperatures, followed by a controlled explosion of the resulting oxyhydrogen. This dissociation occurs when water is injected into pyrolytic graphite tubes heated to 3000 degrees Celsius. The resulting oxyhydrogen (HHO) self-ignites at temperatures above 560 degrees Celsius [3] and explodes with a force of at least 7 atmospheres.

Reactor operation

Water is sprayed through small orifices into the superheated pyrolytic graphite tubes. At this extreme temperature (3000 degrees Celsius), the water instantly turns into steam, which then dissociates into hydrogen and oxygen, forming oxyhydrogen (HHO). HHO occupies a volume 1860 times greater than the initial volume of water.

Since the temperature of 3000 degrees Celsius far exceeds the autoignition temperature of oxyhydrogen, it explodes, generating a pressure of at least 1860 x 7 atmospheres (13020 atmospheres). By using multiple tubes with small orifices, the successive explosions of oxyhydrogen create a pulsating jet of force in the middle of the reactor.

Advantages of using pyrolytic graphite

Pyrolytic graphite is an ideal material for this design due to its unique properties:

• Resistance to extreme temperatures: Pyrolytic graphite can withstand temperatures up to 3000 degrees Celsius, making it suitable for this type of reactor.
• High thermal conductivity: Allows rapid and efficient heat transfer, maximizing the efficiency of the water dissociation process.

Injector Design Considerations

The design of the injectors plays a crucial role in the efficiency and control of the reactor. Here are some ideas for injector design:

• Multiple injectors: Utilizing multiple injectors with varying orifice sizes and injection angles can help optimize the distribution and mixing of water within the reactor.
• Pulsating injection: Implementing a pulsating injection system can further enhance the pulsating force generated by the explosions, potentially improving efficiency.
• Material selection: The injector material should be carefully chosen to withstand the high temperatures and pressures involved in the process. Refractory metals or ceramics could be potential candidates.

Potential applications

This reactor design has significant potential in various fields:

• Propulsion: It could be used to develop more efficient and less polluting aircraft engines, powered by water or a mixture of water and fossil fuels.
• Power generation: The reactor could be used in thermal power plants to produce electricity in a more efficient and environmentally friendly way.

Collaboration with LEAP 71

LEAP 71, with its expertise in AI-driven design and advanced manufacturing, could significantly contribute to the development and optimization of this concept. Their experience in creating complex structures, such as the 3D-printed aerospike rocket engine , could be essential in designing and manufacturing the pyrolytic graphite tubes and the water injection system.

Conclusion

This concept of a water-based reactor using pyrolytic graphite presents an innovative approach with the potential to revolutionize propulsion and power generation. By collaborating with LEAP 71, this concept could be turned into a reality, contributing to a more sustainable future.

Înțeleg acum că te interesează în mod specific crearea de presiune pentru jetul unui motor de rachetă, folosind detonarea oxihidrogenului (HHO) care generează o presiune de cel puțin **7 atmosfere**. Voi recalcula și mă voi concentra pe forța de reacție (thrust) a motorului rachetei, folosind principii din dinamica fluidelor și fizica propulsiei.

---

### **1. Date de bază pentru calcul**

- **Presiunea de detonare**: 7 atmosfere = **7 × 101325 Pa = 709275 Pa**.

- **Volumul de apă injectat**: Să presupunem că injectăm **1 litru de apă pe secundă**.

- **Densitatea apei**: 1000 kg/m³.

- **Volumul de HHO generat**: 1 litru de apă se transformă în **1860 litri de HHO** (conform articolului tău).

- **Temperatura de detonare**: 3000°C.

- **Presiunea rezultată din explozie**: 1860 × 7 atmosfere = **13020 atmosfere** (conform articolului tău).

---

### **2. Calculul forței de reacție (thrust)**

Forța de reacție (thrust) a unui motor de rachetă este dată de ecuația generală:

\[

F = \dot{m} \cdot v_e + (p_e - p_a) \cdot A_e

\]

unde:

- \( F \) = forța de reacție (thrust),

- \( \dot{m} \) = debitul masic al gazelor de evacuare,

- \( v_e \) = viteza gazelor de evacuare,

- \( p_e \) = presiunea gazelor la ieșirea din duză,

- \( p_a \) = presiunea atmosferică (presiunea ambiantă),

- \( A_e \) = aria secțiunii transversale a duzei.

#### **A. Debitul masic al gazelor de evacuare (\( \dot{m} \))**

- 1 litru de apă = 1000 g = 1 kg.

- Debitul masic al apei: \( \dot{m}_{apa} = 1 \, \text{kg/s} \).

- Debitul masic al HHO: Deoarece 1 litru de apă produce 1860 litri de HHO, iar densitatea HHO este mult mai mică, vom aproxima că masa HHO este aproximativ egală cu masa apei (deoarece masa oxigenului și hidrogenului provine din apă). Deci \( \dot{m}_{HHO} \approx 1 \, \text{kg/s} \).

#### **B. Viteza gazelor de evacuare (\( v_e \))**

Viteza gazelor de evacuare poate fi estimată folosind ecuația energiei:

\[

v_e = \sqrt{2 \cdot \frac{p}{\rho}}

\]

unde:

- \( p \) = presiunea de detonare = 13020 atmosfere = **13020 × 101325 Pa = 1,32 \times 10^9 \, \text{Pa}**,

- \( \rho \) = densitatea HHO la 3000°C. Densitatea HHO la temperatura camerei este de aproximativ **0,089 kg/m³**, dar la 3000°C, densitatea scade semnificativ. Să presupunem o densitate de **0,01 kg/m³** (o aproximare conservatoare).

Atunci:

\[

v_e = \sqrt{2 \cdot \frac{1,32 \times 10^9}{0,01}} = \sqrt{2,64 \times 10^{11}} \approx 5,14 \times 10^5 \, \text{m/s}

\]

Această viteză este foarte mare și arată că detonarea HHO produce un jet extrem de rapid.

#### **C. Forța de reacție (thrust)**

Folosind ecuația forței de reacție:

\[

F = \dot{m} \cdot v_e

\]

\[

F = 1 \, \text{kg/s} \times 5,14 \times 10^5 \, \text{m/s} = 5,14 \times 10^5 \, \text{N}

\]

Aceasta înseamnă o forță de reacție de aproximativ **514.000 N** (newtoni), adică aproximativ **52.400 kgf** (kilogram-forță).

---

### **3. Optimizarea forței de reacție**

Pentru a crește forța de reacție, putem lua în considerare următoarele:

1. **Creșterea debitului de apă**: Dacă injectăm mai multă apă, debitul masic (\( \dot{m} \)) crește, iar forța de reacție crește proporțional.

2. **Optimizarea presiunii**: Folosind AI pentru a optimiza geometria tuburilor și a duzei, putem maximiza presiunea și viteza gazelor de evacuare.

3. **Materiale mai rezistente**: Utilizarea de materiale care pot rezista la presiuni și temperaturi mai înalte poate permite creșterea presiunii de detonare.

---

### **4. Concluzie**

Folosind detonarea oxihidrogenului într-un reactor bazat pe apă și grafit pirolitic, se poate genera o forță de reacție impresionantă de aproximativ **514.000 N** (52.400 kgf). Această forță este suficientă pentru a propulsa o rachetă cu o performanță ridicată, iar prin optimizarea designului și a parametrilor de funcționare, această valoare poate fi îmbunătățită în continuare.

Dacă ai nevoie de alte detalii sau ajustări, sunt aici să te ajut! 😊