In die Welt des Todes?

Auf der Suche nach Choked Flow

$\dot{m} = C_d A \sqrt{\gamma \rho_0 P_0 ({2 \over {\gamma + 1}})^{{\gamma + 1} \over {\gamma -1}}}$

• $\dot{m}$ist der gedrosselte Massenstrom, der gesuchte Wert
• $C_d$ist der Entladungskoeffizient. Beginnen wir mit 1.0 für Weltraummagie
• A ist die Fläche des Portals. Ein kreisförmiges Portal mit 5 m Durchmesser hat eine Fläche von ~19,6$m^2$
• $\gamma$ist das Wärmekapazitätsverhältnis des Gases. Für gasförmige Silikate verwenden wir 1,29
• $\rho_0$ist die Gasdichte. Das müssen wir herausfinden.
• $P_0$ist der Vordruck. 30.000 Atmosphären oder 3,045 Gigapascal (GPa).

Berechnung der Dichte der Luft der Todeswelt

Die Gleichung für die Dichte lautet$P = \rho R_{specific} T$

• P ist 3,0 GPa ($3 \times 10^9$Pa)
• T ist 5.500 Kelvin

$R_{specific} = {R \over M}$

• R ist die Gaskonstante 8.314${m^2 kg} \over {s^{2} K mol}$
• M ist Molmasse. Für Silisat ($SiO_2$) Gas, es ist Si (28) + O (16) x 2 = 60$g \over {mol}$

$R_{specific}$= 138,6

$\rho_0$=$P \over { R_{specific} T }$= 3.995$kg \over {m^3}$

Endgültige Durchflussrate

Variablen einfügen und lösen:

• $\dot{m} = C_d A \sqrt{\gamma \rho_0 P_0 ({2 \over {\gamma + 1}})^{{\gamma + 1} \over {\gamma -1}}}$
• $\dot{m} = (1.0) (19.6) \sqrt{(1.29) (3,395) (3,045,000,000) ({2 \over {(1.29) + 1}})^{{(1.29) + 1} \over {(1.29) -1}}}$
• $\dot{m} = 19.6 \sqrt{(1.29) (3,395) (3,045,000,000) ({2 \over {2.29}})^{{2.29} \over {0.29}}}$
• $\dot{m} = 19.6 \sqrt{(1.29) (3,395) (3,045,000,000) (0.87)^{7.89}}$
• $\dot{m} = 19.6 \sqrt{(1.57 \times 10^{13}) (0.34)}$
• $\dot{m} = 19.6 \sqrt{5.34 \times 10^{12}}$
• $\dot{m} = (19.6) (5.34 \times 10^{6})$
• $\dot{m} = (4.53 \times 10^7)$ $kg \over s$

Die durchschnittliche Geschwindigkeit dieses Gases ist$\dot{m} = \rho v A$. Das ist 577$m \over s$.

Ausdehnung und Kühlung

Nach Verlassen des Portals dehnt sich das eisenbeladene Silikatgas aus und kühlt von 5.500 Kelvin und 30.000 Atmosphären ab.

Die Schallgeschwindigkeit für dieses sich ausdehnende Gas der Todeswelt ist$a$=$\sqrt{ \gamma R_{specific} T}$.$\gamma$hat hier eine andere Bedeutung. Es ist der adiabatische Index und für zweiatomige Gase ist es 1,4 (nicht ganz das dreiatomige SiO2; aber vorerst wird dies verwendet). T ist in Celsius statt in Kelvin.

• $a$=$\sqrt{ (1.4) (138.6) (5,500) }$= 1.032$m \over s$

Das Gas der Todeswelt breitet sich anfangs mit Schallgeschwindigkeit von 1.032 vom Portal aus aus$m \over s$, oder ungefähr Mach 3. Was bedeuten würde, dass aus diesem Ding viel Schall, Lärm, Hitze und giftiger Dampf austritt, aber das meiste davon ist die Luft mit höherer Temperatur und höherem Druck, die sich ausdehnt und abkühlt.

Grenzen

Wo endet die Erweiterung?${P_1 V_1} \over {T_1}$=${P_2 V_2} \over {T_2}$.$P_1 \over P_2$ist 30.000.$T_1 \over T_2$ist ~ 200.

Das Volumen, bei dem das Gas Erdtemperatur und -druck erreicht$V_2 \over V_1$sollte das 150-fache des Austrittsvolumens betragen. Für ein Portal mit einer Breite von 5 Metern würde ich schätzen, dass Sie ein Gitter mit einer Seitenlänge von 750 Metern benötigen, um die Menschen frei zu halten.

Heizung

Einige Leute haben gefragt, wie sehr das Portal zur Todeswelt anfängt, die Umgebung aufzuheizen.

Die durch das Portal strömende Wärme hängt mit dem Massendurchsatz, den spezifischen Wärmeeigenschaften des Gases (Glas) und dem Temperaturunterschied zwischen dem Portal und der Umgebung zusammen

$\Delta Q = \dot{m} ( \Delta H_{vap} + \Delta H_{fus} + c \Delta T )$

• $\dot{m}$wurde oben berechnet.$4.53 \times 10^7$ $kg \over s$
• $H_{vap}$ist 0 ( laut dieser Quelle )
• $H_{fus}$ist 0 (gleiche Quelle)
• c ist 0,8${kJ} \over K$
• $\Delta T$ist (5.500.000 - 300.000 = 5.200.000)

Lösung:

• $\Delta Q = 4.53 \times 10^7 ( 0 + 0 + (0.8) (5,200) ) = 1.88 \times 10^{11}$ $J \over s$= 188$TJ \over s$

Wenn ich das richtig gemacht habe,$\Delta Q$ist 188${TJ} \over {s}$. Oder 188 Terawatt.

80 Terajoule ist die Energiemenge, die beim ersten Atombombentest freigesetzt wurde.

Klang

Wie das Pfeifen einer Teekanne oder das Grollen einer Explosion erzeugt das Portal einen Klang, der meilenweit zu hören ist. Ich möchte, dass die Gleichung die Frequenz an der Düse herausfindet, aber sie entgeht mir im Moment.

Sichtweite

Eisen und Siliziumdioxid (Glas) sind bei Erddruck und -temperatur beide Feststoffe. Die kühlende Gaskuppel würde fast 1 Kilometer in die Höhe ragen und in etwa so aussehen wie die Aschewolken über ausbrechenden Vulkanen.

Überlebensfähigkeit einer Sonde

Bei 5.500 Kelvin schmilzt die Atmosphäre der Todeswelt sogar das temperaturbeständigste Material, Wolfram . Außerdem ist der Boden unter dem Tor bei Temperaturen der Todeswelt ein Gas. Sie sollten es nicht als selbstverständlich ansehen, dass das Tor jetzt nicht in einem selbstgemachten Krater schwimmt.

Elektronik, die den Kräften eines Kanonenschusses standhalten kann, ist jedoch jetzt eine reale Sache .

Das Hauptgeschütz eines M1A1-Panzers hat eine Mündungsgeschwindigkeit von ~1.600 Metern pro Sekunde. Aus der sicheren Zone könnte es ein sabotiertes Sensorpaket in weniger als einer halben Sekunde über die Lücke und in das Tor treiben.

Das Sensorpaket würde so viel wie möglich einfangen, bevor es schmilzt.

Allerdings gibt es noch ein weiteres Problem. Die Wolke aus Eisen- und Glasgas ist ein wirksamer Block für Funk- und optische Signale, die die Sonde zurücksenden kann. Sonic ist wahrscheinlich auch nicht wirksam. Zum Glück haben ein paar nette Kerle die Neutrino-Kommunikation erfunden , die durch festes Gestein kommunizieren kann.

TL; DR

Das Portal wäre unglaublich heiß, mit einer explosiven Explosion, die sich mit Mach 3 vom Portalbereich in die Umgebung ausbreitet.

Basierend auf James McLellans ausgezeichneter, wenn auch (in dem Moment, in dem ich dies schreibe) leicht fehlerhafter Antwort, wenn dieses Portal geöffnet wird, wird 5.000.000, 30.000 atm Eisen-Glas-Gas aus dem Portal mit einer Rate von etwa 600.000 Tonnen ausbrechen pro Sekunde.

Bei Standarddruck und -temperatur (1 ATM) hätte dieses Gas eine Dichte von$0.1385kg/m^3$. Bei 30000 ATM wäre seine Dichte jedoch ungefähr$4155kg/m^3$. Teilen des Massenstroms von$600,000,000kg/s$durch den Bereich des Portals von$19.6m^2$und der Dichte des Gases erhalten wir eine Geschwindigkeit von$7368m/s$, oder ungefähr Mach 7.

Dann müssen wir berücksichtigen, dass Siliziumdioxid eine spezifische Wärme von ungefähr hat$0.7J/g/K$, also fügen wir jede Sekunde hinzu$2×10^15J$Energie in die Umgebung. Das ist in der Größenordnung einer Bombe von 476 Kilotonnen pro Sekunde... oder 2 Petawatt Leistung... das Zehnfache der Leistung der stärksten Hurrikane.

Dieser Strahl aus überhitztem Ultrahochdruckgas wird alles auf seinem Weg in einem ungefähr konischen Volumen abtragen, wobei seine Spitze innerhalb des Portals liegt, wobei die Mittellinie des Kegels mit der Mittellinie des Portals ausgerichtet ist.

Schließlich werden die Atmosphäre und die Kruste der Erde den Impuls des gasförmigen Eisenglases absorbieren, und es wird auch so weit abkühlen, dass es als flüssiges Eisen-Glas-Gemisch kondensiert, das sich eher wie Lava verhält.

Zunächst erwarte ich, dass dieses Eisen-Glas-Gas schnell abkühlen wird, wenn es sich in die relativ kalte Erdatmosphäre ausdehnt, wahrscheinlich bevor es seine kinetische Energie verliert, mit dem Ergebnis, dass es zu einem flüssigen Eisen-Glas-Spray kondensieren wird, das immer noch eine signifikante Wirkung behält Geschwindigkeit. Es kann sogar ausreichend abkühlen, um sich zu verfestigen, bevor es seine kinetische Energie verliert. An diesem Punkt kann es durchaus beträchtliche Tröpfchen aus Eisenglas geben, aber es ist wahrscheinlich, dass es auch eine beträchtliche Menge an fein verteiltem Material ähnlich wie Vulkanasche geben wird, das für einige Zeit in der Atmosphäre schweben wird.

Im weiteren Verlauf des Ereignisses wird sich die Erdatmosphäre erwärmen, wodurch die Abkühlungsrate verlangsamt wird, während weiterhin kinetische Energie absorbiert wird, was bedeutet, dass schließlich geschmolzenes Eisenglas auf die Landschaft zu regnen beginnt.

Allerdings hören die Dinge hier nicht auf. Das ausbrechende Gas gibt seine kinetische Energie an die Erdatmosphäre ab, was zu einem beschleunigenden heißen Wind in Richtung des Strahlkegels führt. Dadurch wird heiße Eisenglasasche – und bei steigender Lufttemperatur geschmolzenes Eisenglas – auf der ganzen Welt verteilt.

Die globale Temperatur wird bis zu dem Punkt ansteigen, an dem die gesamte Erde von einer pyroklastischen Wolke bedeckt wird, bis die Hitze des überhitzten Gasstrahls beginnt, die Ascheablagerungen um ihn herum zu schmelzen, was zu einer Flut geschmolzener Lava führt, die auf das Portal zuströmt. Bis das Gewicht des geschmolzenen Glases um das Portal herum ausreichend ist, um dem Ausfluss entgegenzuwirken, wird der Ausfluss nicht aufhören.

Wenn wir einen Planeten betrachten, der groß genug ist, um eine Atmosphäre wie diese zu haben, wird er viel mehr Atmosphäre haben als die Erde. Es gibt praktisch keine Möglichkeit, dass ihm die Atmosphäre ausgeht, bevor die Erde mit einer dicken, lebensverlöschenden Schicht aus heißem, eisenhaltigem Glas bedeckt ist.

Alternativ wird das Portal irgendwann versagen und den Planeten retten. Auf welchem ​​Kontinent auch immer es war, es ist wahrscheinlich vollständig ausgelöscht.

Eine Sonde durch das Portal zu bekommen ... ohne Railgun gibt es wahrscheinlich so gut wie keine Chance, und selbst mit einer überlebt kein Projektil länger als den Bruchteil einer Sekunde in einer so höllischen Umgebung. Die Sonde müsste in dem Moment oder sogar bevor das Portal geöffnet wird in Richtung des Portals gestartet werden, um eine Chance zu haben, durchzukommen ... und es ist wahrscheinlich, dass, wenn die verantwortlichen Wissenschaftler nicht genau wissen, wo sie sich befinden Beim Öffnen eines Portals ist es unwahrscheinlich, dass Sonden und Aufzeichnungsgeräte lange genug überleben, um gestartet zu werden, geschweige denn Daten zurückzugeben.

Ich glaube, es kann sondiert werden, aber die Sonde wird in ihren Möglichkeiten sehr begrenzt sein.

Beginnen Sie mit James McLellans Idee, eine große Waffe darauf abzufeuern. Allerdings hat er die falsche Waffe. Wir wollen ein großkalibriges Artilleriegeschütz, keinen Panzer. (Ja, die meisten Artilleriegeschütze können horizontal abgefeuert werden. Sie sehen es nicht, weil es ein letzter verzweifelter Verteidigungszug ist, nicht etwas, was sie tun wollen.)

Das Treibmittel ist so berechnet, dass es nach Passieren des aus dem Portal strömenden Gases nicht mehr viel Geschwindigkeit übrig hat. Wenn es durch das Portal geht, öffnet es sich wie eine Blume. Sie haben jetzt ein Objekt mit einer ziemlich großen Oberfläche in einem Hyperschallwind, der Wind wird es packen und durch das Portal zurückwerfen.

Um durch das Portal zurückgeschleudert zu werden, kann es natürlich nicht allzu weit davon entfernt sein und es kann die Hitze nicht lange überstehen - das Datenpaket ist so gut wie möglich isoliert, die Instrumente haben eine sehr kurze Lebensdauer, bevor sie zerstört werden. Der Rekorder ist so leicht wie möglich, er muss vom Wind weit genug vom Portal weggeblasen werden, um zu überleben und wiederhergestellt zu werden.

Ja, aber keine Sonde. Ordnen Sie es von unserer Seite aus zu.

1. Verschließe das Portal. Sie müssen sich ihm mit der auf einem Bulldozer montierten Kappe nähern. Der Bulldozer kann ferngesteuert werden.

2. Die Kappe muss natürlich sowohl Hitze als auch Druck standhalten, aber der Druck ist konstant und muss daher keinen plötzlichen Stößen oder Stößen standhalten.

3. Idealerweise hätte die Kappe die Form einer Schüssel und könnte als Radarschüssel verwendet werden. Wenn nicht (Antenne in heißer Atmosphäre nicht haltbar?), Sollte die Kappe Radarwellen durchlassen können. Eine feuerfeste Keramik würde funktionieren.

4. Kartieren Sie die andere Seite durch das verschlossene Portal mit Radar. Sonar könnte auch nützlich sein; Hochdruckgase auf der anderen Seite werden Schall wahrscheinlich gut übertragen.