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Numerical Model for Nozzle Flow Application under LOX/Methane Hot Flow Conditions

Schneider, Dirk und Génin, Chloé und Stark, Ralf und Oschwald, Michael und Karl, Sebastian und Hannemann, Volker (2017) Numerical Model for Nozzle Flow Application under LOX/Methane Hot Flow Conditions. Journal of Propulsion and Power, 34 (1), Seiten 221-233. American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA). doi: 10.2514/1.B36611. ISSN 0748-4658.

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Offizielle URL: https://doi.org/10.2514/1.B36611

Kurzfassung

A numerical study is conducted to investigate the impact of different chemical reaction mechanisms on the behavior of reactive nozzle flow. Therefore, a 66-step chemical reaction mechanism for oxygen/methane combustion is implemented into German Aerospace Center’s flow solver TAU. Ignition delay simulations are conducted and compared to experimental data to demonstrate the validity of this implementation. The implemented 66-step baseline chemistry model is applied for generic nozzle flow simulations, and the results are compared to frozen nozzle flow and nozzle flow in chemical equilibrium in order to investigate the impact of the finite-rate approach. The 66-step baseline reaction mechanism is reduced to a seven-step basic configuration, which is applied to the generic nozzle flow. A good agreement of the 66-step and the seven-step model is observed. Both approaches are applied for Reynolds-averaged Navier–Stokes simulations of a dual-bell nozzle hot-gas flow. Almost no deviation between the 66-step baseline model and the reduced chemical seven-step approach is observed. The dual-bell transition behavior at different values of combustion chamber mixture ratio is investigated, applying Reynolds-averaged Navier–Stokes simulations with a reduced chemistry model. Validation data for the simulations are obtained during a hot-flow test campaign. The experimentally observed impact of the combustion chamber mixture ratio on the dual-bell transition nozzle pressure ratio is clearly reproduced by the numerical approach. A good agreement with the experimentally obtained, transition nozzle pressure ratio values is reached by the numerical simulations. A reduction of 93% of the computational cost is observed due to the reduction of the chemical reaction mechanism.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/117058/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Numerical Model for Nozzle Flow Application under LOX/Methane Hot Flow Conditions
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Schneider, DirkDirk.Schneider (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4785-4244NICHT SPEZIFIZIERT
Génin, Chloéchloe.genin (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5752-0643NICHT SPEZIFIZIERT
Stark, RalfRalf.Stark (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1923-1901NICHT SPEZIFIZIERT
Oschwald, MichaelMichael.Oschwald (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9579-9825NICHT SPEZIFIZIERT
Karl, SebastianSebastian.Karl (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5558-6673NICHT SPEZIFIZIERT
Hannemann, VolkerVolker.Hannemann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:6 September 2017
Erschienen in:Journal of Propulsion and Power
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:34
DOI:10.2514/1.B36611
Seitenbereich:Seiten 221-233
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
NICHT SPEZIFIZIERTAIAANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA)
ISSN:0748-4658
Status:veröffentlicht
Stichwörter:rocket nozzle, nozzle flow
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Raumtransport
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DLR - Forschungsgebiet:R RP - Raumtransport
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Antriebsystemtechnik - Schubkammertechnologie (alt)
Standort: Göttingen , Lampoldshausen
Institute & Einrichtungen:Institut für Raumfahrtantriebe > Raketenantriebe
Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Raumfahrzeuge, GO
Hinterlegt von: Hanke, Michaela
Hinterlegt am:11 Dez 2017 16:27
Letzte Änderung:27 Nov 2023 11:50

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