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Numerical simulation of cryogenic flows under high-pressure conditions

Fechter, Stefan und Horchler, Tim und Karl, Sebastian und Hannemann, Klaus (2019) Numerical simulation of cryogenic flows under high-pressure conditions. In: 17th International Conference on Numerical Combustion 2019. 17th International Conference on Numerical Combustion 2019, 2019-05-06 - 2019-05-08, Aachen, Deutschland.

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Offizielle URL: https://nc19.itv.rwth-aachen.de/

Kurzfassung

The accurate numerical modeling of fluids under high-pressure conditions, e.g. in rocket combustion chambers, poses many difficult challenges. First of all, the thermodynamic state of the fluid under consideration must be modeled ranging from low cryogenic temperatures at injection to high temperatures in the flame zone. Depending on the external pressure, the fluid will undergo a transition from super- to subcritical when heated up, or in case of subcritical injection, jet break-up and evaporation will occur. All these phenomena need to be accounted for by a suitable thermodynamic model. In addition to the thermodynamic modeling, the strong non-linearity in the equation of state causes spurious pressure oscillations in combination with conservative numerical schemes commonly used in compressible solvers. This work presents recent advances in the development of Reynolds-Averaged Navier-Stokes simulations (RANS) and Detached-Eddy simulation models (DES) for rocket combustion applications. Even though RANS simulations can't resolve small scale unsteady flow features, there is a need for fast and reliable complementary tools that can provide design variables like wall heat fluxes and chamber pressure at a much lower cost than scale-resolving simulations. In order to better understand which main physical processes need to be modeled in RANS approaches, we present results from scale-resolving Detached-Eddy simulations of the numerical test case by Ruiz et al. All results are obtained with a real-gas extension of the DLR TAU code. The framework is then applied to a lab-scale combustion chamber experiment from DLR Lampoldshausen for which results are presented and discussed.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/123330/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Numerical simulation of cryogenic flows under high-pressure conditions
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Fechter, StefanStefan.Fechter (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5683-4715NICHT SPEZIFIZIERT
Horchler, Timtim.horchler (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Karl, SebastianSebastian.Karl (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5558-6673NICHT SPEZIFIZIERT
Hannemann, Klausklaus.hannemann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Mai 2019
Erschienen in:17th International Conference on Numerical Combustion 2019
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:TAU, cryogenic flows, combustion chamber, combustion
Veranstaltungstitel:17th International Conference on Numerical Combustion 2019
Veranstaltungsort:Aachen, Deutschland
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:6 Mai 2019
Veranstaltungsende:8 Mai 2019
Veranstalter :The Combustion Institute
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Raumtransport
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R RP - Raumtransport
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Projekt TAUROS (TAU for Rocket Thrust Chamber Simulation)
Standort: Göttingen
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Raumfahrzeuge, GO
Hinterlegt von: Fechter, Stefan
Hinterlegt am:16 Jan 2020 11:03
Letzte Änderung:24 Apr 2024 20:27

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