Thermodynamische Kreisläufe

Die heute am häufigsten verwendeten thermodynamischen Zyklen sind Rankine (Dampf), Otto (Benzinmotoren), Diesel (offensichtlich) und Brayton (Gasturbinen). Es gibt andere Zyklen; Ich bin mit ihnen nicht so vertraut und werde sie nicht behandeln.

Der Hauptunterschied zwischen dem Rankine-Zyklus und den anderen besteht darin, dass bei Rankine Wärmeenergie außerhalb des Arbeitsmediums erzeugt wird, während sie bei Otto, Diesel und Brayton innerhalb des Arbeitsmediums erzeugt wird. Das heißt, bei Otto und Diesel wird flüssiger Kraftstoff in einen Zylinder gesprüht und verbrannt, um einen Kolben zu bewegen, und bei Brayton wird flüssiger Kraftstoff in eine Verbrennungskammer gesprüht und verbrannt. Daher benötigen die Otto-, Diesel- und Brayton-Zyklen alle einen flüssigen Kraftstoff.

Rankine-Zyklen werden immer noch in Kraftwerken und anderen Großanwendungen verwendet, wurden jedoch für mobile Anwendungen nicht mehr verwendet. Otto- und Diesel-Zyklen haben den Vorteil eines geringen Arbeitsvolumens; Alle Phasen des Zyklus finden in einem Kolben statt, der höchstens etwa einen Liter groß ist. Der Vorteil des Brayton-Zyklus ist, dass er nicht druckdicht ist. Ein Kolben muss dicke Wände haben, um die Explosion in seinem Inneren einzudämmen und diese Energie auf die Kurbelwelle zu leiten. Eine Brayton-Zyklus-Brennkammer hat buchstäblich ein Loch an beiden Enden. Keine dicken Wände bedeutet viel leichter. Der Rankine-Zyklus hingegen hat sowohl dicke Wände als auch ein großes Flüssigkeitsvolumen, sodass es Grenzen gibt, wie klein Sie ihn machen können, und der thermische Wirkungsgrad sinkt bei kleinen Größen stark ab.

Flüssigbrennstoffe entfernen

Um den Rankine-Zyklus zu einer besseren Option für mobile Anwendungen zu machen, besteht die Lösung darin, flüssigen Kraftstoff weniger zugänglich oder unzugänglich zu machen. Wenn es keine Erdölvorkommen gibt, werden fossile Brennstoffe nur aus Kohle und Steinkohle kommen. Kohle kann in eine Flüssigkeit umgewandelt werden , aber das würde den Menschen wahrscheinlich nicht als eine gute Idee erscheinen, es sei denn, es gäbe bereits eine Verwendung für flüssiges Erdöl.

Das OP hat dies bereits angesprochen, also konzentriere ich mich auf eine Alternative.

Entfernen Sie alle fossilen Brennstoffe

Wenn Sie exotischer sein wollen, verzichten Sie ganz auf fossile Brennstoffe. Die geologischen Bedingungen waren nie für die Entwicklung fossiler Brennstoffe geeignet, und es bildeten sich nie umfangreiche Öl- oder Kohlevorkommen. Denken Sie daran, dass der Rankine-Zyklus JEDE externe Wärmequelle verwenden kann. Es gibt viele verrückte Lösungen wie Sonnenlicht, das in einer Lupe konzentriert wird, magische Kristalle , Strom aus einer Batterie oder einem Drehkondensator .

Aber ich will die technologische Entwicklungskette von Radioisotopen bis zur Kernspaltung hart verkaufen. Sicherlich wäre dies eine große Abweichung von der regulären Geschichte, aber lassen Sie mich argumentieren, dass es praktisch ist.

Was würden Sie ohne fossile Brennstoffe sonst verwenden?

Die Entdeckungskette, die zur Strahlung führte, reichte von Untersuchungen der Chlorophyllfluoreszenz im Jahr 1819 über die Fluoreszenz von Uranglas im Jahr 1852 bis hin zur Phosphoreszenz bestimmter Metalle und schließlich zur Strahlung im Jahr 1896 und zum radioaktiven Zerfall im Jahr 1910. Das war alles reine Physik, keine Notwendigkeit dass eine industrielle Revolution stattgefunden hat. In diesem Fall hätte das Potenzial für Wärmeenergie aus Radioisotopen, eine Wärmeenergie, die auf andere Weise nicht verfügbar war, möglicherweise die Gefahr überwogen, ein oder zwei Curie auf dem Weg zu verlieren.

Insbesondere gibt es zwei langlebige radioaktive Materialien, Thorium-232 und Uran-238. Beide sind relativ häufig und leicht abzubauen und haben jeweils eine unterschiedliche Zerfallskette. Der Schlüssel zu ihrer Verwendung besteht darin, einen Block Uran oder Thorium zu nehmen und die Elemente abzutrennen, die sich in der Mitte der Zerfallskette befinden, aber immer noch eine Halbwertszeit von mehreren Jahren haben. Dieses Material kann dann konzentriert und als Energieeinheit gespeichert werden. Ein in einer Bleihülse versiegeltes Radioisotop erzeugt im Laufe der Zeit einfach Wärmeenergie mit einer vorbestimmten Rate; ein heißer Stein, im Grunde. Perfekt für den Einsatz in einer Dampfmaschine.

Konzeptionell hat jedes Radioisotop eine thermische Erzeugungsrate pro Masse und eine Halbwertszeit. Es wird weiterhin Wärme mit einer exponentiell abnehmenden Rate erzeugen, wodurch seine Leistung jede Halbwertszeit um die Hälfte sinkt. Es gibt einen Sweet Spot für Isotope: U-238 hat eine Halbwertszeit von 4 Milliarden Jahren, aber eine Wärmeleistung von 8$\mu$W pro Kilogramm. Die nächste Stufe in der Zerfallskette ist Th-234 mit einer Halbwertszeit von 24 Tagen und einer Leistung von 6 MW pro Kilogramm. Das eine erzeugt geringfügig mehr Wärme als Eisen, das andere wird wahrscheinlich von selbst schmelzen (und Sie durch Strahlung vergiften), bevor Sie mit der Herstellung fertig sind. Beide sind nicht sehr nützlich. Der Sweetspot liegt bei Halbwertszeiten von 1 bis 10000 Jahren.

Nützliche Isotope aus der Zerfallskette von Uran könnten sein:

• Th-230 (von frühen Forschern Ionium genannt), Halbwertszeit 75000 Jahre, Leistung 0,6$\frac{\text{W}}{\text{kg}}$
• Ra-226 (Radium) Halbwertszeit 1600 Jahre, Leistung 168$\frac{\text{W}}{\text{kg}}$.

Aus der Thoriumkette:

• Ra-228 (Mesothorium), Halbwertszeit 6 Jahre, Leistung 3,5$\frac{\text{kW}}{\text{kg}}$
• Th-228 (Radiothorium), Halbwertszeit 2 Jahre, Leistung 177$\frac{\text{kW}}{\text{kg}}$

Eine gute Auswahl an Isotopen für verschiedene Anwendungen; Eine Lokomotive nutzt vielleicht das energiedichtere Mesothorium, das alle paar Jahre ausgetauscht werden muss, ein Stromkraftwerk mit viel Platz das langlebige, weniger gefährliche Radium. Der wesentliche Nachteil ist, dass Sie keines davon ausschalten können. Autos wären völlig unpraktisch, da Ihr Auto in Ihrer Einfahrt schmelzen würde. Aber Züge und Schiffe, die die meiste Zeit fahren, und Kraftwerke und Fabriken, die die ganze Zeit arbeiten, wären in Ordnung.

Lassen Sie mich zum Schluss noch einen kleinen Kontext zu den Gefahren der Strahlung dieser Materialien geben. Die meiste Energie dieser Reaktionen (mit Ausnahme von Mesothorium) wird von Alpha-Partikeln verursacht, die nicht sehr gefährlich sind. Sie dringen nicht in Ihren Körper ein, also können sie zwar Hautkrebs verursachen, aber es ist schwer für sie, Strahlenkrankheit zu verursachen. Insgesamt sind die direkten Strahlungswirkungen dieser Materialien dann überraschend gering. Mit dem rad-pro- Rechner erhielt ich ungeschirmte rem/h für das Sitzen auf einem 1-kg-Block aus jedem Material als Ionium: 0,7 mrem/h; Radium: 0,2 Rem/Stunde, Mesothorium: ~200 Rem/Stunde Radiothorium: 149 Rem/Stunde.

Ionium ist also sicher für Ihre Kinder, Radium ist nach Fabrikstandards des 19. Jahrhunderts sicher, und Mesothorium und Radiothorium, die Energiedichtesten, werden Sie innerhalb einer Stunde zum Erbrechen bringen und Sie töten, wenn Sie 5 Stunden direkt daneben stehen. Auf der anderen Seite könnten abgeschirmte Behälter, Bleihandschuhe und -schürzen für Arbeiter und eine begrenzte Exposition diese Dosis stark reduzieren und die Menschen einigermaßen gesund halten. Wenn Sie auf 100 rem/Jahr herunterkommen können, wird es wahrscheinlich nicht zu viele Strahlenkrankheiten geben. Denken Sie daran, dass der Smog in einer kohlebetriebenen Steampunk-Welt dem normalen Bürger genauso viel Schaden zufügen würde.

Da haben Sie es also. Sie können fossile Brennstoffe ganz eliminieren, Ihre Gesellschaft mit Radioisotopen betreiben oder sie zur Kernspaltung entwickeln lassen.

Um diese Frage zu beantworten, müssen wir uns ansehen, warum und wann Dampfmaschinen durch Verbrennungsmotoren ersetzt wurden.

Wenn die meisten Leute an eine Dampfmaschine denken, denken sie an das hier: In diesem Fall an den Flying Scotsman.

Aber um dieser Frage willen müssen wir an Folgendes denken: The Keen Steamliner #2

Warten Sie eine Minute! Das sieht aus wie ein gewöhnliches Auto! Nun ja, es könnte genauso gut sein, es ist nur dampfbetrieben. Es ist ein sehr spätes Beispiel und es ist ein Ölbrenner. Die einfache Tatsache, dass der Aspekt der externen Verbrennung von Dampfmaschinen jeden Brennstoff Ihrer Wahl verbrennen kann, macht alle Argumente über die Energiedichte des Brennstoffs hinfällig. Sie können den Boiler mit fast allem beheizen. Das ist der erste Ihrer Dampfvorteile, bleiben Sie dran.

Heizkessel aufheizen? Ja, das ist ein Problem. Es ist einer der zwei Killer der Dampfmaschine für den Hausgebrauch, je nach Größe des Kessels kann es einige Zeit dauern, bis das Wasser heiß genug ist, damit das Fahrzeug läuft. Es ist ein Killer für den morgendlichen Pendelverkehr. Die andere war die Tatsache, dass Dampfautos zwar konkurrenzfähig waren, aber dennoch regelmäßig anhalten mussten, um Wasser nachzufüllen, da sie einen offenen Zyklus hatten. Das Schließen des Zyklus ist möglich, erhöht jedoch das Gewicht, das Sie tragen müssen, erheblich.

Der andere große Vorteil der Dampfkraft ist, dass Sie aus dem Stand heraus das volle Drehmoment erhalten . Nichts davon dreht den Motormüll hoch, es ist die ganze Zeit volles Drehmoment. Dies hielt die Dampfkraft bis nach dem Zweiten Weltkrieg für die industrielle Nutzung wettbewerbsfähig. Später Dampfwagen

Der Dampf wurde endgültig durch kriegsüberschüssige Fahrzeuge und die Einführung der ersten Abgasvorschriften um 1950 totgeschlagen.

Dies ist jedoch in der Praxis eigentlich die Antwort auf Ihre Frage. Sie haben nach Zwischenkriegstechnologie gefragt, und in der Zwischenkriegszeit waren Dampfwagen (zumindest in Großbritannien) immer noch stark im Einsatz , ebenso wie Dampfzüge bis 1968.

Lassen Sie uns über den Krieg hinausgehen und ein modernes dampfbetriebenes Fahrzeug betrachten. Er verbrennt Öl oder Benzin und hat einen geschlossenen Dampfkreislauf, sodass Sie kein Wasser nachfüllen müssen. Es ist benutzerfreundlich, vielleicht etwas weniger ineffizient als IC, aber üben Sie, es gibt äußerlich keinen Unterschied. Sobald Sie den "Punk" aus Steampunk nehmen und es zum echten Verbraucher bringen, erhalten Sie am Ende das gleiche elegante Produkt, das wir heute bekommen.

Wenn Sie in der Praxis eine externe Verbrennung im Gegensatz zur internen Verbrennung aufrechterhalten möchten, sind Sie mit dem Stirlingmotor besser dran . Dies ist wieder ein Motor mit geschlossenem Kreislauf, der jedoch in der Lage ist, den maximalen theoretischen Wirkungsgrad von 50% zu erreichen, er hat einen viel schnelleren Startzyklus, da er Luft und nicht Wasser erwärmt, und er kann mit allem betrieben werden, was einen thermischen Gradienten erzeugen kann. Es wurden kleine Demonstrationsmotoren gebaut, die mit einer Differenz von 0,5 K laufen werden.

Lassen Sie uns Dampf und Stirling unter einer Überschrift der externen Verbrennung und Benzin und Diesel unter der internen Verbrennung gruppieren und überlegen, was Sie dazu zwingen könnte, bei der externen Verbrennung zu bleiben.

Der Schlüssel dazu wird die Kraftstoffverfügbarkeit sein.

Der Verbrennungsmotor kann so ziemlich alles zum Laufen verbrennen. Ob Holz, Kohle, Öl oder Gas oder sogar eine Fresnel-Linse, fügen Sie ein bisschen von diesem "Punk" wieder hinzu und alles, was Sie tun müssen, ist, genug Wärme zu erzeugen und der Motor läuft, Sie müssen ein paar Änderungen vornehmen, um sich zu ändern zwischen flüssigen festen oder gasförmigen Kraftstoffen, aber letztendlich ist es dem Motor egal.

Die Verbrennungsmotoren können nur mit dem dafür vorgesehenen Kraftstoff betrieben werden. Wenn der Brennstoff begrenzt oder kontaminiert ist, sehen Sie sich ein paar Tonnen totes Metall an.

Hindernisse

Bei Dampfmaschinen wird das Wasser in einem Behälter zum Sieden gebracht, wodurch Dampf entsteht. Der Dampf dehnt sich dann aus und wandert durch eine Reihe von Rohren, um schließlich am Kolben anzukommen, der sich an anderer Stelle befindet.

Dampfmaschinen wurden in der Vergangenheit verwendet, um Fahrzeuge anzutreiben, Dampfzüge sind ein offensichtliches Beispiel. Mit dem Aufkommen von Dieselmotoren wurden Dampfmaschinen jedoch nicht mehr verwendet. Denn die Energieverluste bei Dampfmaschinen sind vergleichsweise viel größer. Auf dem Weg vom Kessel zum Kolben geht eine erhebliche Wärmemenge verloren. Dampfmaschinen sind auch ziemlich sperrig, was ihnen ein niedriges Leistungsgewicht verleiht.

Nachdem ich nun über die Hindernisse für Dampfmaschinen gesprochen habe, möchte ich eine Lösung vorschlagen, die Ihren Vorstellungen entsprechen könnte

Lösung

Ein Stirlingmotor ist eine Wärmekraftmaschine, die durch zyklische Kompression und Expansion von Luft oder einem anderen Gas (dem Arbeitsmedium) bei unterschiedlichen Temperaturen arbeitet, so dass eine Nettoumwandlung von Wärmeenergie in mechanische Arbeit erfolgt. Genauer gesagt ist der Stirlingmotor eine regenerative Wärmekraftmaschine mit geschlossenem Kreislauf und einem permanent gasförmigen Arbeitsmedium.

Geschlossener Kreislauf bedeutet in diesem Zusammenhang ein thermodynamisches System, in dem das Arbeitsmedium dauerhaft im System enthalten ist, und regenerativ beschreibt die Verwendung eines bestimmten Typs von internem Wärmetauscher und Wärmespeicher, der als Regenerator bekannt ist. Der Einbau eines Regenerators unterscheidet den Stirlingmotor von anderen Heißluftmotoren mit geschlossenem Kreislauf.

Stirlingmotoren haben im Vergleich zu Dampfmaschinen einen hohen Wirkungsgrad und können einen Wirkungsgrad von 50 % erreichen. Sie sind auch in der Lage, leise zu arbeiten und können fast jede Wärmequelle nutzen. Die Wärmeenergiequelle wird außerhalb des Stirlingmotors erzeugt und nicht durch interne Verbrennung wie bei Motoren mit Otto-Zyklus oder Diesel-Zyklus. Allerdings hat es ein geringes Leistungsgewicht.

Da ein solcher Motor ein niedriges PtW-Verhältnis hat, sollten Sie dies anpassen. Mit modernen Materialien wie Aluminium könnten wir das Gewicht eines Sterling-Motors leicht anpassen, um ein viel höheres PtW-Verhältnis zu erzielen.

Alternative Lösungen

Andere Lösungen könnten die folgenden umfassen:

${\displaystyle \eta ={\frac {work\ done}{heat\ absorbed}}={\frac {Q1-Q2}{Q1}}}$

wobei Q1 die aufgenommene Wärme und Q1−Q2 die verrichtete Arbeit ist.

Bitte beachten Sie, dass sich der Begriff geleistete Arbeit auf die an der Kupplung bzw. an der Antriebswelle abgegebene Leistung bezieht.

Dies bedeutet, dass die Reibung und andere Verluste von der Arbeit abgezogen werden, die durch die thermodynamische Expansion geleistet wird. Somit hat ein Motor, der keine Arbeit an die Außenumgebung abgibt, einen Null-Wirkungsgrad.

Ändern Sie dies oder machen Sie Motoren, die Verbrennungsmotoren (Brent Crude / Petroleum / etc.) verwenden, weniger effizient, und Sie werden feststellen, dass die Leute Dampf- und andere Verbrennungsmotoren häufiger einsetzen werden

(Nitpicking) Dampfmaschinen wurden in der Realität viel schneller entwickelt und sind immer noch ein beliebter Weg in Kraftwerken (insbesondere Kernkraftwerken).

Um die Frage zu beantworten, würde ich untersuchen, wo die Unterschiede liegen.

1. Verbrennungsmotoren sind effizienter, weil sie im Grunde nicht nur die thermische Energie, sondern auch die kinetische Energie aus der Explosion gewinnen. Dies erfordert jedoch mehr Verständnis darüber, wie die Verbrennung funktioniert. Über den Daumen erreichen Dampfmaschinen eine Energieeffizienz von etwa 30 %, während die Verbrennung fast 50 % erreicht (immer noch schlecht bis zu den > 95 % für elektrische ... - aber hier haben Sie ein Beispiel für eine weniger effiziente Technologie, die eine schlechtere überholt).
2. Verbrennungsmotoren sind kleiner – nicht nur, weil sie effizienter sind, sondern Dampfmaschinen benötigen auch ein Regenerationssystem, um Dampf für den nächsten Zyklus wieder in Wasser umzuwandeln.

Also für deine Welt könntest du

1. Stellen Sie es zu einem Zeitpunkt ein, bevor die Verbrennung gut genug verstanden wurde
2. Effizienz ist kein Thema (war es in unserer Welt nicht wirklich bis zu den Weltkriegen)
3. billig(ere) Energiequellen, die nicht verbrannt werden können. Denken Sie an Atomkraft oder einfacher an Kohle. Ein Beispiel aus der Praxis sind Dampfmaschinen, die nicht nur nuklear angetrieben werden, sondern auch Sonnenstrahlung verwendet wird.

Sie könnten zusätzlich den Vorteil der Verbrennung dadurch verringern

1. leistungsstärkere Materialien zu haben, damit alle Motoren kleiner sein können
2. mit höheren Energiedichten im Kraftstoff
3. eine einfache Quelle für sauberes Wasser haben, damit es nicht regeneriert werden muss
4. alles Dinge, die die Leistungsanforderungen an die Maschinen senken - wie geringere Schwerkraft, kleinere Menschen, leichtere Materialien usw.

OTOH, wenn Sie eine moderne Welt anstreben, müssen Sie möglicherweise auf synthetischen Kraftstoff verzichten. Sogar einfacher Alkohol würde für eine Verbrennung funktionieren.

Nachdem ich all dies geschrieben habe, gibt es immer noch einen großen Teil der Gesellschaft. Ursachen können sein

• Alle mächtigen Unternehmen könnten die Entwicklung der Verbrennung blockieren
• eine Religion könnte die Verbrennung verbieten
• eine innovationsfeindliche Gesellschaft

Nachtrag

Wie Sie bemerkt haben, ist Englisch nicht meine Muttersprache. Also habe ich vielleicht ein paar Worte falsch verwendet. Aber ich möchte auf die Kritik eingehen. tl; dr – nur längere Erklärungen, dieselben Schlussfolgerungen. Wenn Sie Rechtschreib- oder Grammatikfehler finden, können Sie diese gerne korrigieren.

Zuerst ein kleiner Exkurs in die Physik. Wenn es darum geht, Energie von einer Form in eine andere umzuwandeln. Bei den meisten Conversions ist es theoretisch möglich, eine Conversion Rate von 100 % zu erreichen. Sprich Elektrizität zu Bewegung, Bewegung zu Wärme, potentielle Energie zu kinetischer Energie. Nur thermische Energie ist ein Außenseiter - aufgrund der Thermodynamik können Sie höchstens die Effizienz des Carnot-Zyklus erhalten, und diese Effizienz hängt im Wesentlichen von den Temperaturen und Drücken ab, bei denen Sie arbeiten. Was bedeutet das praktisch - wenn Sie eine Wärmekraftmaschine bauen könnten, bei der am Niedertemperaturende 0 K liegen würde, würde sie (theoretisch) auch einen Wirkungsgrad von 100% erreichen. Offensichtlich ist dies nicht nur aufgrund des Kühlbedarfs praktisch nicht machbar, sondern müsste auch mit festem Wasser in Ihrem Motor umgehen. Aber ein wenig Kühlen dieser Seite kann für zusätzliche Effizienz sorgen. Eine vielversprechendere Erhöhung besteht darin, die Temperatur und den Druck auf der Hochdruckseite zu erhöhen. Da ist man durch die zur Verfügung stehenden Materialien begrenzt. Während meiner Ausbildung vor 10 Jahren, dass man in typischen kommerziellen möglichen Szenarien eine Umwandlungsrate von 30-40% erwarten könnte, wenn man einen Motor größer bauen und experimentelle Materialien verwenden könnte, wären höhere Raten möglich - wurde aber als keine gute Alternative angesehen. Ich habe mir den Link in den Kommentaren angesehen - aber ich persönlich bin immer etwas vorsichtig mit den in einem Prospekt angegebenen Zahlen. Ich habe selbst gesucht und konnte keine anderen Unternehmen finden, die ähnliche Leistungen behaupten. Die Zahlen waren sicherlich theoretisch möglich, aber ohne zu wissen, wie groß, schwer und teuer ein solcher Motor wäre, kann ich unmöglich beurteilen, ob er für ein Fahrzeug geeignet wäre.

Nun zur Technik. Ich habe die Worte für Verbrennung missbraucht. Wikipedia unterscheidet zwischen Verbrennungsmotoren und Verbrennungsmotoren. Für diese Diskussion ist die wichtige Unterscheidung bei Motoren mit äußerer Verbrennung (die ich Dampfmaschinen nannte), die Verbrennung von Kraftstoff findet außerhalb des Arbeitszylinders statt. Das heißt, alle chemische Energie wird zunächst in Wärme umgewandelt und dann auf den Arbeitszylinder übertragen. Daher wird der Wirkungsgrad vollständig durch die Umwandlung von Wärme in mechanische Arbeit bestimmt. Anders als bei Verbrennungsmotoren ist es möglich, etwas explosive (=mechanische) Energie direkt aus der Verbrennung zu gewinnen. Dies verschafft dem Verbrennungsmotor immer einen kleinen Vorteil, da diese Umwandlung viel schneller ist als die Umwandlung aus Wärme.

Während meiner Ausbildung habe ich gelernt, dass Automotoren eine Umwandlungsrate von etwa 40 % haben – und heutzutage geben Autohersteller allgemein Zahlen von etwa 50 % für ihre Motoren an. Auch hier ist mehr möglich, wenn die Maschinen zu einem gewissen Preis größer und aus besseren Materialien gebaut werden.

Ich möchte auch etwas zum "Arbeitsmedium" korrigieren. Wie bereits erwähnt, ist das Gas, das auch den Zylinder antreibt, bei einem Verbrennungsmotor das gleiche, das bei der Verbrennung verwendet wird. Bei Verbrennungsmotoren gibt es verschiedene Medien – eines aus der Verbrennung und ein zweites (z. B. Dampf), das zum Zylinder geht. Dies bedeutet einerseits, dass Verbrennungsmotoren komplexer sein müssen, da sie zwei Medien transportieren müssen und daher in der Regel größer und schwerer sind. Aber in manchen Zusammenhängen ist dies von Vorteil - bedenken Sie, wenn Sie eine sehr korrosive oder schmutzige Verbrennung hätten, dann würde die zusätzliche Schaltung verhindern, dass der Arbeitszylinder verschmutzt und korrodiert. Ich erwähnte, dass Sie normalerweise einige zusätzliche Maschinen haben würden, um den Dampf in Wasser zu regenerieren. Aber ich habe vergessen zu erwähnen, dass es noch einen anderen Weg gibt - man könnte einfach genug Wasser mitbringen, damit der Dampfverlust ersetzt werden kann. Aber auch das bedeutet, dass man viel zusätzliche Masse mitschleppt.

Der Grund, warum 99 % (meine persönliche Schätzung) unserer realen Fahrzeuge von Verbrennungsmotoren angetrieben werden, hat mit der Energiedichte und den Kosten dieser Energie zu tun. 1 Gallone Gas enthält 114.000 BTU Energie. Mit Holzpellets (wahrscheinlich die effizienteste Holzbrennstoffquelle, aber ich habe keine Fakten, die diese Vermutung bestätigen) erhalten Sie etwa 8.000 BTU pro Pfund . Mit 14 Pfund Holzpellets erhalten Sie also ungefähr die gleiche Energiemenge wie mit 6 Pfund Benzin. Wenn Sie Ihre Wälder ein wenig anpassen, so dass sie etwas mehr Energie produzieren, wenn sie verbrannt werden (nicht zu viel oder Sie haben seltsame Unstimmigkeiten wie Küchenherde, die schmelzen, oder Fackeln, die ziemlich lang sein müssen, damit die Gesichter der Menschen nicht brennen.) Diese Seitewar für mich interessant, da verschiedene Baumarten sehr unterschiedliche Wärmeleistungen erzeugen.

Sie haben auch erwähnt, dass das Tunneln schwieriger ist, sodass davon auszugehen ist, dass das Bohren auch schwieriger ist. Die Kosten sind ein Faktor bei unserer realen Entscheidung, Benzin statt Holz zu verwenden. Die Entwaldung ist eine Realität. Wie viele Wälder hätten wir übrig, wenn wir auch Holz für Autos verbrennen würden? Die Holzknappheit würde den Preis eines Hauses in die Höhe treiben (badump ching!). Wenn sich das Öl in Ihrer Welt in Schiefer- oder Teersanden befindet, wären die Kosten für die Förderung sogar noch höher (vorausgesetzt, sie haben das Fracking noch nicht erfunden). Gentechnisch manipuliert man einen Baum, der ~10.000 BTU pro Pfund abgibt, wenn er pelletiert wird, und wie Bambus wächst, und man hätte selbst in der realen Welt einen brauchbaren Konkurrenten für Benzin.

Sie könnten auch den Weg der Tyrannei der kleinen Entscheidungen gehen und einige andere Kleinigkeiten einwerfen, die Benzin weniger attraktiv machen. Vielleicht wurde der König als Kind von Naphtha verbrannt und behindert die Forschung zur Raffination, indem er sich weigerte, Landrechte zu gewähren. Oder vielleicht besitzt JP Morgan Ihrer Welt eine Beteiligung an einer Ammoniakanlage und weigert sich, in Öltechnologien zu investieren, sodass niemand sonst investiert, weil sie dem „intelligenten Geld“ folgen. Oder vielleicht weigert sich eine religiöse Sekte in Ihrer Welt, Benzin zu verwenden, weil es aus der Erde kommt und daher ein Produkt der Hölle ist.

Letztendlich ist das „Warum“ hinter allem Geld. Würde man nur die Zeitspanne zwischen der Erfindung der Dampfmaschine und der Erfindung des Verbrennungsmotors verändern, könnte man die Abhängigkeit von der Dampfkraft leicht als Pfadabhängigkeit ausgeben .

Religiöse Überzeugungen können so ziemlich alles erklären. Vielleicht ist die Idee, Öl (das Produkt zersetzter Pflanzen und Tiere) zu verwenden, abscheulich.

Wenn es sich um eine alternative Erde handelt, machen Sie Öl und Gas sehr teuer oder in Ihrer Welt nicht verfügbar. Wenn das Fass hundertmal mehr kostet, bin ich mir ziemlich sicher, dass die Autos ganz anders wären, oder wenn sie nicht wirtschaftlich sein können, würden wir mit öffentlichen Verkehrsmitteln stecken bleiben.

PS

Oh, und Wale wären wahrscheinlich ausgestorben .

Es braucht nur einen schrecklichen Unfall in den frühen Tagen einer Technologie (z. B. Hindenberg), um die Menschen von der Technologie abzuschrecken. Wenn es genug Glück gibt, diesen Unfall nicht zu haben, bevor die Leute erkennen, dass es wahrscheinlich früher oder später passieren wird, und Maßnahmen ergreifen, um ihn zu verhindern (wie die Umstellung auf Helium), kann die Technologie abheben. Wenn nicht, nicht.

Es gab also Pech, und ein schrecklicher Benzinunfall ließ die Menschen erkennen, dass jeder Benzintank die Sprengkraft einer Bombe zum Ausgleich von Nachbarschaften enthält (wahr) und Dampf den Markt erobert. Der Grund, warum wir heute nicht routinemäßig riesige Benzinexplosionen haben, liegt nur daran, dass wir herausgefunden haben, wie man sie verhindern kann.

Heiz die Straße, Jack Steam.

Nehmen wir an, der Stirlingmotor wurde in einer Region erfunden, in der Teile des Bodens auf natürliche Weise ziemlich heiß sind, z. B. in der Nähe eines Vulkans, oder der Granit, der Ihren Tunnelbau behindert, überdurchschnittlich radioaktiv ist . In diesem Fall könnten unser Mr. Stirling und sein Mentor Cugnot wahrscheinlich alle in dieser Region überzeugen, Stirling-Cugnot-Automobile zu verwenden, die dank der Erwärmung durch die Bodenwärme nicht betankt werden müssen.

Da es sich um ein regionales Phänomen handelte, wurde der Flugverkehr noch bevorzugt , aber dank dieses anderen Starts wurde der Stirlingmotor zum etablierten Standard. So fingen Städte an, ihre Kanalisation und damit die Straßen zu heizen, um auch ihre Einwohner die kessellosen Autos nutzen zu lassen – und etablierten nebenbei die Fernwärme als weiteren Standard. Dies verstärkte wahrscheinlich auch die Urbanisierung, obwohl die immer bessere Dampftechnologie schließlich die Einführung von Dampfkutschen für ländliche Gebiete ohne Straßenheizung ermöglichte.

Was sind diese Hindernisse, die die Entwicklung und den Einsatz von Dampfmaschinen gegenüber Verbrennungsmotoren vorzuziehen machen?

Interessante Frage. Die Antwort ist einfach. Externe Verbrennungsmotoren können mit fast allem betrieben werden, was kontrolliert verbrannt werden kann. Es gibt auch konzentrierte Solarthermie.

Nun, die externe Verbrennung umfasst solche Zyklen wie den Stirling – und jemand hat es erwähnt. Allerdings ist es sehr schwierig und folglich sehr teuer, in einem Stirling eine gute Leistung zu erzielen. Ein überraschend einfaches Kolbendampfmaschinensystem kann buchstäblich genauso kompakt und leistungsstark sein wie ein moderner Benzinmotor. Der Spitzenwirkungsgrad ist bei weitem nicht so hoch. Der Wirkungsgrad dieses sehr einfachen Systems kann jedoch 20 % netto betragen.

Zu Ihrer Frage: Zu den Hindernissen für die Verwendung von Dampf gehört die leichte Verfügbarkeit kostengünstiger Kraftstoffe, die leicht für die Verwendung in Verbrennungsmotoren angepasst werden können. Interessanterweise lässt sich Holzbrennstoff leicht für die Verwendung in Verbrennungssystemen mit Vergasung anpassen. Ein voll entwickeltes Dampfmaschinensystem würde jedoch mit Holzbrennstoff eine überlegene Leistung zeigen.

Es gibt auch Solarthermie, die ich bereits erwähnt habe. Es hat sich gezeigt, dass die bei weitem kostengünstigste Methode zur Speicherung von Solarenergie zur Stromerzeugung die Speicherung von unter Druck stehendem gesättigtem Wasser in Stahlrohren ist, wobei Erde als thermische Masse verwendet wird und das gesamte System in einem hochisolierten Gehäuse untergebracht ist. Dem System wird Dampf entnommen und zum Antrieb eines hocheffizienten Verbundkolbenmotors verwendet.

Berücksichtigen Sie in Bezug auf Biomassebrennstoff Gras als Brennstoffquelle. Pelletiertes Gras brannte überraschend gut.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine Gesellschaft, die aus welchen Gründen auch immer nicht die komplexe Kapitalstruktur aufrechterhalten kann, die erforderlich ist, um ein hohes Maß an technologischem Fortschritt aufrechtzuerhalten, gut daran tut, relativ einfache Technologien wie Kolbendampfmaschinen zu optimieren, die leicht verfügbare Brennstoffquellen verwenden, darunter Solarthermie und Biomasse Arten und feste fossile Brennstoffe wie Kohle … oder anderweitig zu kostspielig für die Verarbeitung zur Verwendung im ICE.

Eine Variante der Idee ohne flüssige Brennstoffe könnte sein, dass es zwar flüssige Brennstoffe gibt, aber alle bekannten Vorkommen davon gefährliche/toxische Verunreinigungen aufweisen, deren Entfernung für die Massenproduktion zu kostspielig ist. Zum Beispiel mussten Pflanzen in der Schlacht um die Rote Königin starke Gifte haben, um zu verhindern, dass sie überweidet wurden, und diese Gifte überlebten und entwickelten höhere Konzentrationen, als die Pflanzen im Laufe der Zeit zu Öl abgebaut wurden, so dass sich der Rauch beim Verbrennen ohne Reinigung ausbreitet a starkes Nervengas für jeden in der Nähe.

Ich widerspreche auch denen, die sagen, dass es bei „Dampfkraft“ im umgangssprachlichen Sinne als bestimmendes Merkmal der viktorianischen Technologie wirklich um den Dampf geht. Meiner Erfahrung nach kommt man zu vernünftigeren Schlussfolgerungen, wenn man davon ausgeht, dass das Wort „Dampfkraft“ tatsächlich ein Codewort für Kohlekraft ist, da Erdöl historisch gesehen erst Jahrzehnte nach dem Dampfzeitalter verfügbar war und nur kurzzeitig zum Antrieb mobiler Dampfmaschinen verwendet wurde.