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Heat Transfer Prediction for Methane in Regenerative Cooling Channels with Neural Networks

Waxenegger-Wilfing, Günther und Dresia, Kai und Deeken, Jan C. und Oschwald, Michael (2020) Heat Transfer Prediction for Methane in Regenerative Cooling Channels with Neural Networks. Journal of Thermophysics and Heat Transfer. American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA). doi: 10.2514/1.T5865. ISSN 0887-8722.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
1MB

Offizielle URL: https://arc.aiaa.org/doi/10.2514/1.T5865

Kurzfassung

Methane is considered being a good choice as a propellant for future reusable launch systems. However, the heat transfer prediction for supercritical methane flowing in cooling channels of a regeneratively cooled combustion chamber is challenging. Because accurate heat transfer predictions are essential to design reliable and efficient cooling systems, heat transfer modeling is a fundamental issue to address. Advanced computational fluid dynamics (CFD) calculations achieve sufficient accuracy, but the associated computational cost prevents an efficient integration in optimization loops. Surrogate models based on artificial neural networks (ANNs) offer a great speed advantage. It is shown that an ANN, trained on data extracted from samples of CFD simulations, is able to predict the maximum wall temperature along straight rocket engine cooling channels using methane with convincing precision. The combination of the ANN model with simple relations for pressure drop and enthalpy rise results in a complete reduced order model, which can be used for numerically efficient design space exploration and optimization.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/128908/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Heat Transfer Prediction for Methane in Regenerative Cooling Channels with Neural Networks
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Waxenegger-Wilfing, GüntherGuenther.Waxenegger (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5381-6431NICHT SPEZIFIZIERT
Dresia, KaiKai.Dresia (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3229-5184NICHT SPEZIFIZIERT
Deeken, Jan C.Jan.Deeken (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5714-8845NICHT SPEZIFIZIERT
Oschwald, MichaelMichael.Oschwald (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9579-9825NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:10 Januar 2020
Erschienen in:Journal of Thermophysics and Heat Transfer
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.2514/1.T5865
Verlag:American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA)
ISSN:0887-8722
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Heat Transfer Prediction, Neural Networks, Machine Learning, Supercritical Fluids, Rocket Engine Cooling Channels
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Raumtransport
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R RP - Raumtransport
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Projekt LUMEN (Liquid Upper Stage Demonstrator Engine)
Standort: Lampoldshausen
Institute & Einrichtungen:Institut für Raumfahrtantriebe > Raketenantriebe
Hinterlegt von: Waxenegger-Wilfing, Günther
Hinterlegt am:27 Aug 2019 08:03
Letzte Änderung:24 Okt 2023 15:02

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