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Heat and mass transfer in a cryogenic tank in case of active-pressurization

Scheufler, Henning und Gerstmann, Jens (2022) Heat and mass transfer in a cryogenic tank in case of active-pressurization. Cryogenics, 121, Seite 103391. Elsevier. doi: 10.1016/j.cryogenics.2021.103391. ISSN 0011-2275.

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Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0011227521001491

Kurzfassung

Predicting the pressurant requirements is one of the key challenges for cryogenic propulsion systems. In this context, a numerical model to simulate the tank pressurization that considers evaporation and condensation phenomena was developed and applied. The novel solver combines a gradient-based phase change model with a weakly compressible multiphase solver of OpenFOAM based on the pressure implicit method with splitting of operator (PISO) algorithm. To maintain a sharp interface the mass source terms are applied to the cells adjacent to the interface. First, the model is validated against two analytical solutions: the one-dimensional phase change problem and secondly, the growth of a vapor bubble in a superheated liquid in the absence of gravity. In a second step, the validated model was applied to a cryogenic pressurization experiment. The measured pressure behavior could be confirmed with the numerical model being in a good approximation. With the numerical model further insights into the physical behavior could be achieved. The condensation and evaporation effects have a significant impact on the pressure development during and after the pressurization. The mass flows due to phase change occurring at the vapor-liquid interface depend on interface location and time. Directly at the wall, evaporation becomes dominant while condensation occurs at the center area of the liquid surface.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/147819/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Heat and mass transfer in a cryogenic tank in case of active-pressurization
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Scheufler, HenningHenning.Scheufler (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Gerstmann, Jensjens.Gerstmann (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Januar 2022
Erschienen in:Cryogenics
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:121
DOI:10.1016/j.cryogenics.2021.103391
Seitenbereich:Seite 103391
Verlag:Elsevier
ISSN:0011-2275
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Pressurization, Phase change, CFD, Propellant management
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 TRANSIENT, R - Leitprojekt - Forschungsverbund Oberstufe
Standort: Bremen
Institute & Einrichtungen:Institut für Raumfahrtsysteme > Transport- und Antriebssysteme
Hinterlegt von: Scheufler, Henning
Hinterlegt am:21 Dez 2021 09:43
Letzte Änderung:04 Nov 2022 09:03

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