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Experimentelle Untersuchung der Flashverdampfung infolge der Einspritzung von kryogenem Stickstoff unter Höhenbedingungen = Experimental investigation of flash boiling cryogenic nitrogen under high-altitude conditions
2020
Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2020
Genehmigende Fakultät
Fak04
Hauptberichter/Gutachter
;
Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2020-10-27
Einrichtungen
Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Flashverdampfung (frei) ; Höhenbedingungen (frei) ; Raketentriebwerke (frei) ; Sprayvisualisierung (frei) ; Tropfenverteilungen (frei) ; kryogene Treibstoffeinspritzung (frei) ; laserbasierte Phasen-Doppler-Diagnostik (frei)
Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620
Kurzfassung
Für eine detaillierte experimentelle Untersuchung der Flashverdampfung von kryogenem Stickstoff wurde im Rahmen dieses Forschungsberichts ein Experimentalprüfstand entwickelt, der kontrollierte und homogene Einspritzbedingungen ermöglicht. Mittels Hochgeschwindigkeitsschattenverfahren konnte die allgemeine Spraymorphologie in Abhängigkeit der Einspritz-parameter visualisiert werden. Analog zu lagerfähigen Sprays zeigen auch die untersuchten Stickstoffsprays bei steigender Überhitzung den zunehmend dominierenden Einfluss der Flashverdampfung auf den Strahlzerfall. Korrelationen lagerfähiger Stoffe erwiesen sich nach Anpassung der Modellkoeffizienten für Stickstoff ebenfalls als gültig. Aus laserbasierter Phasen-Doppler-Diagnostik gewonnene räumliche Tropfenverteilungen im Stickstoffspray zeigten, dass die Zerstäubung durch Flashverdampfung bei steigender Überhitzung ein zunehmend feineres Spray erzeugt. In bestimmten Spraybereichen konnten zwei in ihrer Bewegung und Größe separierbare Tropfenpopulationen beobachtet werden. Die im Rahmen dieser Studie generierten experimentellen Daten der Flashverdampfung von flüssigem Stickstoff bieten eine umfassende Datenbasis für künftige numerische Untersuchungen.Within the scope of this work, an experimental test bench with controllable and homogeneous injection conditions was developed to investigate the flash boiling processes of cryogenic nitrogen in detail. The characteristic morphology of the resulting sprays was determined by means of high-speed shadowgraphy in dependence on the injection parameters. Similar to storable fluids, increasing degrees of superheat lead to a growing dominance of flash boiling on the break-up of the liquid nitrogen jet. correlations derived for storable fluids showed their suitability for cryogenic nitrogen after some modification of their model coefficients. Droplet distributions determined by laser-based Phase Doppler diagnostics showed, that atomisation due to flash boiling generates finer sprays with growing degrees of superheat. In certain spray regions two droplet populations varying in their velocity and diameter were observed. The experimental data of flash boiling liquid nitrogen generated within this study provides a compre-hensive data base for further numerical investigations.
Dokumenttyp
Dissertation / PhD Thesis/Book
Format
print
Sprache
German
Externe Identnummern
HBZ: HT020673703
Interne Identnummern
RWTH-2020-11684
Datensatz-ID: 807914
Beteiligte Länder
Germany
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