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Dense core response to forced acoustic fields in oxygen-hydrogen rocket flames

Morii, Youhi und Beinke, Scott und Hardi, Justin und Shimizu, Taro und Kawashima, Hideto und Oschwald, Michael (2020) Dense core response to forced acoustic fields in oxygen-hydrogen rocket flames. Propulsion and Power Research, 9 (3), Seiten 197-215. Elsevier. doi: 10.1016/j.jppr.2020.06.001. ISSN 2212-540X.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
8MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2212540X20300341?via%3Dihub

Kurzfassung

Oscillatory combustion representative of thermo-acoustic instability in liquid rockets is simulated by experiment and LES calculation to investigate the flame behavior in detail. In particular, we focus on how the velocity and pressure fluctuations affect the behavior of the dense oxygen jet, or ‘LOx core’. The test case investigated is a high pressure, multi-injector, oxygen-hydrogen combustor with a siren for acoustic excitation. First, the LES calculation is validated by the resonant frequencies and average flame topology. A precise frequency correction is conducted to compare experiment with LES. Then an unforced case, a pressure fluctuation case, and a velocity fluctuation case are investigated. LES can quantitatively reproduce the LOx core shortening and flattening that occurs under transverse velocity excitation as it is observed in the experiments. On the other hand, the core behavior under pressure excitation is almost equal to the unforced case, and little shortening of the core occurs. The LOx core flattening is explained by the pressure drop around an elliptical cylinder using the unsteady Bernoulli equation. Finally, it is shown that the shortening of the LOx core occurs because the flattening enhances combustion by mixing and increase of the flame surface area.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/137767/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Dense core response to forced acoustic fields in oxygen-hydrogen rocket flames
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Morii, YouhiJAXA, Research and Development Directorate, Sagamihara, JPNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Beinke, ScottDLR, Institute of Space Propulsion, Lampoldshausen, DNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hardi, JustinJustin.Hardi (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3258-5261NICHT SPEZIFIZIERT
Shimizu, TaroJAXA, Research and Development Directorate, Sagamihara, JPNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kawashima, HidetoJAXA, Research and Development Directorate, Tsukuba, JPNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Oschwald, MichaelMichael.Oschwald (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9579-9825NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2020
Erschienen in:Propulsion and Power Research
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:9
DOI:10.1016/j.jppr.2020.06.001
Seitenbereich:Seiten 197-215
Verlag:Elsevier
ISSN:2212-540X
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Liquid rocket engine, Combustion instability, Computational fluid dynamics (CFD), Large eddy simulation (LES), Supercritical fluid
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 - Wiederverwendbare Raumfahrtsysteme und Antriebstechnologie
Standort: Lampoldshausen
Institute & Einrichtungen:Institut für Raumfahrtantriebe > Raketenantriebe
Hinterlegt von: Hanke, Michaela
Hinterlegt am:23 Nov 2020 08:27
Letzte Änderung:23 Nov 2020 08:27

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