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Droplet velocity and diameter distributions in fash boiling liquid nitrogen jets by means of phase Doppler diagnostics

Rees, Andreas und Araneo, Lucia und Salzmann, Heiko und Lamanna, G. und Sender, Joachim und Oschwald, Michael (2020) Droplet velocity and diameter distributions in fash boiling liquid nitrogen jets by means of phase Doppler diagnostics. Experiments in Fluids. Springer Nature. doi: 10.1007/s00348-020-03020-7. ISSN 0723-4864.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
6MB

Offizielle URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s00348-020-03020-7

Kurzfassung

Due to current and future environmental and safety issues in space propulsion, typical propellants for upper stage or satellite rocket engines such as the toxic hydrazine are going to be replaced by green propellants like the combination of liquid oxygen and hydrogen or methane. The injection of that kind of cryogenic fuids into the vacuum atmosphere of space leads to a superheated state, which results in a sudden and eruptive atomization due to fash boiling. For a detailed experimental investigation of superheated cryogenic fuids, the new cryogenic test bench M3.3 with a temperature controlled injection system was built at DLR Lampoldshausen. After a frst test campaign with high-speed shadowgraphy of fash boiling liquid nitrogen sprays, a laser-based Phase Doppler system was set-up to determine the spatial distributions of droplet velocities and diameters in highly superheated sprays. The spatial distributions revealed a core region with high mean velocities close to the injector orifce. With increasing distance from the injector orifce, the sprays develop a more and more monodisperse pattern. These distributions also showed that atomization due to fash boiling generates fner sprays with growing degrees of superheat. In certain spray regions, two droplet populations varying in their direction of motion, velocity and diameter due to possible recirculation zones were observed. The experimental data of fash boiling liquid nitrogen generated within this study provide a comprehensive data base for the validation of numerical models and further numerical investigations.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/138002/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Droplet velocity and diameter distributions in fash boiling liquid nitrogen jets by means of phase Doppler diagnostics
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Rees, AndreasAndreas.Rees (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4114-636XNICHT SPEZIFIZIERT
Araneo, LuciaPolitecnico di Milano, Energy Department, Milano, INICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Salzmann, HeikoDLR, Institute für Raumfahrtantriebe, Lampoldshausen, DNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Lamanna, G.University of Stuttgart, Inst. of Aerospace Thermodynamics, Stuttgart, DNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sender, JoachimJoachim.Sender (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-7408-1208NICHT SPEZIFIZIERT
Oschwald, MichaelMichael.Oschwald (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9579-9825NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2020
Erschienen in:Experiments in Fluids
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1007/s00348-020-03020-7
Verlag:Springer Nature
ISSN:0723-4864
Status:veröffentlicht
Stichwörter:flash boiling, cryogenic, atomization, sprays, Phase Doppler
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 - Antriebsystemtechnik - Schubkammertechnologie (alt)
Standort: Lampoldshausen
Institute & Einrichtungen:Institut für Raumfahrtantriebe > Raketenantriebe
Hinterlegt von: Hanke, Michaela
Hinterlegt am:25 Nov 2020 11:47
Letzte Änderung:23 Okt 2023 12:39

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