Wird Heliumgas mehr Gewicht in die Luft heben, wenn es über ein großes Volumen verteilt ist, im Vergleich zu einem gleichen Gewicht, das stark komprimiert ist, und einem kleinen Volumen?

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Ist es möglich, dass mit Heliumgas gefüllte Wetterballons das Gewicht von sich selbst und einen Heliumtank (höchstmöglichen psi) anheben, der dem Volumen des darin enthaltenen Hebegases entspricht?

Unter der Annahme, dass ein typisches Wetterballonmaterial als Steigfahrzeug verwendet wird, würde der Ballon mit dem im Tank zurückgepumpten Helium auf die Erdoberfläche fallen?

P.S. Im Wasser bestimmen das Gewicht sowie die Oberfläche für dieses Gewicht den Auftrieb - Schiffe usw. 5 Tonnen dichten Blockstahls würden im Wasser sinken, sich aber über eine ausreichend große Fläche verteilen, um stattdessen zu schwimmen.

Gilt das nicht auch für den Unterschied zwischen einem Heliumgas, das das größere Volumen des Ballons füllt, und dem Hochdruckspeicher mit kompaktem Volumen?

aircraft-design compressed-gases pressure-vessel Nick
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Nicht ganz sicher, was Sie fragen. "Kann ein Behälter so beschaffen sein, dass er weniger dicht ist als Luft, wenn Sie ihn mit Helium füllen?" - Ja, siehe Luftballons. "Ist es möglich, dass ein mit Helium gefüllter Tank nicht angehoben wird, aber wenn Sie das Helium aus diesem Tank in einen angeschlossenen Ballon pumpen, kann dieser Ballon dann den Tank anheben?" - Nein, der Auftrieb des Heliums im Ballon ist der gleiche wie im Tank (ohne Berücksichtigung der geringen Zunahme des Ballonvolumens und damit der Abnahme der Dichte).
AndyT
Vielen Dank @AndyT. Wie wäre es mit Oberflächen- / Volumenunterschieden zwischen Helium im Tank und Helium im Ballon? Haben Sie in Betracht gezogen, dass eine Ähnlichkeit zwischen dem Auftrieb von Schiffen und dem Auftrieb desselben Schiffes besteht, die zu einem dichten Block mit gleichem Gewicht zusammengedrückt sind?
Nick
1. Es stellte sich heraus, dass die Zunahme des Volumens des Ballons viel größer war als ich angenommen hatte. 2. "5 Tonnen dichten Blockstahls würden im Wasser sinken, sich aber über einen ausreichend großen Bereich verteilen, an dem er schwimmen sollte." - Ach je. Dichte ist Masse / Volumen; Masse / Fläche ist völlig unwichtig. Eine 1000 x 1000 x 0,001 m große Stahlplatte sinkt genauso stark wie ein 10 x 10 x 10 m großer Stahlwürfel.
AndyT

Antworten:

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Bei der Realitätsprüfung sollten Industriegastanks berücksichtigt werden, da die Spezifikationen leicht verfügbar sind.

Ein BOC-Wasserstofftank der Größe D hat ein Bruttogewicht von 57 kg und enthält 23 kg Wasserstoff bei 230 bar.

Bei atmosphärischem Druck hat Wasserstoff eine Dichte von 0,09 kg pro Kubikmeter, sodass bei atmosphärischem Druck etwa 255 Kubikmeter Gas anfallen.

Dies ergibt einen Hub von ca. 250 kg, also wesentlich mehr als das Bruttogewicht des Tanks. Sie können dies auch ein wenig verbessern, indem Sie die Leistung des Zylinders verbessern, z. B. könnte ein Verbundtank das Eigengewicht des Systems erheblich reduzieren.

Das Problem besteht darin, das Gas wieder in den Tank zu komprimieren, wozu ein Hochdruckkompressor und eine Stromversorgung erforderlich wären. Dies ist wahrscheinlich nicht ganz unmöglich, wird sich aber erheblich auf die Nutzlast auswirken und ist es wahrscheinlich nicht wirklich wert, da der einzige Vorteil dieses Systems im Vergleich zum reinen Ablassen des Gases darin besteht, die Kosten für das Gas selbst zu senken.

Die kurze Antwort lautet also: Ja, es ist wahrscheinlich möglich (wenn auch wahrscheinlich sehr teuer), aber es gibt keine wirklichen Vorteile, wenn man es so macht.

Wenn Sie etwas größeres und raffinierteres wie ein Passagierluftschiff suchen, lohnen sich möglicherweise bereits vorhandene Bordstromversorgungen und die Betriebskosten für die Kompressoren und Tanks, doch es wäre eine ziemlich ernsthafte Machbarkeitsstudie erforderlich von einem tatsächlichen Design-Konzept sicher zu sagen.

Chris Johns
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Ein Bruttogewicht von 57 kg (der schlimmste Fall von Eigengewicht), das 250 kg heben kann, bietet eine angemessene Reichweite für alles, was zusätzlich benötigt wird. Würde das "Luftschiff" sinken, wenn die 255 Kubikmeter wieder in den Tank gepreßt würden?
Nick
Ich habe einen 4500 psi Kompressor gefunden - übrigens 'Schuhkartongröße' auf YouTube ...
Nick
Ja zu beiden. Die Dichte eines Gases ist direkt proportional zu seinem Druck. dh 1 Kubikmeter Gas bei 230 bar wird 230 Kubikmeter bei atmosphärischem Druck einnehmen. Und als grobe Faustregel geben Wasserstoff oder Helium etwa 1 kg Auftrieb pro Kubikmeter (Wasserstoff etwas mehr als Helium, aber sie sind ähnlich).
Chris Johns