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Liquid Nitrogen Experiments and Simulations using a large-scale Aluminum Test Tank

Konopka, Martin und Stark, Anton und Gerstmann, Jens (2021) Liquid Nitrogen Experiments and Simulations using a large-scale Aluminum Test Tank. In: AIAA Propulsion and Energy Forum, 2021. AIAA Propulsion and Energy 2021 Forum, August 9-11 2021, Virtual Event. doi: 10.2514/6.2021-3560. ISBN 978-162410611-8.

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Kurzfassung

A new 800 l aluminum test tank built by ArianeGroup for liquid nitrogen and liquid hydrogen experiments was established at the Cryo-Lab at DLR, Bremen. The purpose is to have a liquid hydrogen test tank of future upper stages to conduct cryogenic propellant management experiments. First liquid nitrogen filling, boil-off, and stratification experiments were performed to assess the thermal performance of the tank and investigate the liquid nitrogen behavior in the aluminum test tank. The current boil-off experiment with liquid nitrogen showed a heat flow of about 220 W into the tank. The stratification experiments were conducted at a system pressure of 0.4 MPa and evidenced that the top of the tank was only 23 K warmer than the liquid body, re-creating the unique thermal stratification conditions inside a cryogenic aluminum tank used for upper stages. Detailed transient temperature measurements of the liquid, vapor and tank wall temperature were performed. The stratification experiments were simulated using an in-house 1D tank flow solver. The computations show a good agreement with the temperature measurements with a maximum deviation of 1.8 %. Furthermore, stratification experiments with heating blankets with a power of 240 W were conducted which showed S-shaped temperature profiles consistend with turbulent natural thermal startification.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/143500/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Liquid Nitrogen Experiments and Simulations using a large-scale Aluminum Test Tank
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Konopka, MartinMartin.Konopka (at) ariane.groupNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Stark, AntonAnton.Teichler (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gerstmann, JensJens.Gerstmann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:28 Juli 2021
Erschienen in:AIAA Propulsion and Energy Forum, 2021
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.2514/6.2021-3560
ISBN:978-162410611-8
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Cryogenics, Tank demonstrator, stratification, boil-off
Veranstaltungstitel:AIAA Propulsion and Energy 2021 Forum
Veranstaltungsort:Virtual Event
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsdatum:August 9-11 2021
Veranstalter :American Institute of Aeronautics and Astronautics
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 - Leitprojekt - Forschungsverbund Oberstufe
Standort: Bremen
Institute & Einrichtungen:Institut für Raumfahrtsysteme > Transport- und Antriebssysteme
Hinterlegt von: Gerstmann, Dr.-Ing. Jens
Hinterlegt am:09 Sep 2021 09:41
Letzte Änderung:16 Nov 2023 14:39

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