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Transpiration Cooling in Hypersonic Flow and Mutual Effect on Turbulent Transition and Cooling Performance

Cerminara, A. und Nayak, R. und Potts, J. und Tanno, Hideyuki und Kloker, Markus J. und Saikia, B. und Brehm, C. und Ponchio Camillo, Giannino und Wagner, Alexander (2025) Transpiration Cooling in Hypersonic Flow and Mutual Effect on Turbulent Transition and Cooling Performance. Physics of Fluids, 37 (026139), Seiten 1-20. American Institute of Physics (AIP). doi: 10.1063/5.0253164. ISSN 1070-6631.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich bis 24 Februar 2026 - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
10MB

Offizielle URL: https://pubs.aip.org/aip/pof/article/37/2/026139/3337252/Transpiration-cooling-in-hypersonic-flow-and

Kurzfassung

This work presents recent advancements in the study of film cooling in hypersonic flows, considering experimental and numerical investigations, with the aim to characterize the wall-cooling performance in different coolant injection and baseflow conditions in a Mach number range 2-7.7. The study explores the mutual interaction between the injected coolant film and the boundary-layer flow, with emphasis on the effects of wall blowing on the boundary-layer characteristics, stability, and transition to turbulence, as well as the effect of transition on wall-cooling performance. Considered flow configurations include cases of effusion cooling in both wall-normal or slightly inclined and wall-parallel blowing, different types of coolant, cases of favorable pressure gradient compared to zero pressure gradient, as well as transpiration cooling cases at different blowing ratios and surface geometries. For the transpiration cooling case, experiments in different hypersonic wind tunnel facilities are presented for flat plate and cone geometries, with coolant injected through C/C porous samples, whereas numerical simulations of modeled porous injection are presented for a flat plate and a blunt cone, showing results for the boundary-layer receptivity with coolant injection and the associated effects on transition and cooling performance. A summary of the main findings is provided along with a critical analysis based on a comparative study to evaluate the effect of each configuration, injection strategy, and key parameters on the boundary-layer flow and the feedback on wall-cooling performance. Conclusions are drawn about potential directions of study for the further development and optimization of the film cooling technique for future hypersonic vehicles.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/209049/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Transpiration Cooling in Hypersonic Flow and Mutual Effect on Turbulent Transition and Cooling Performance
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Cerminara, A.A.Cerminara (at) shu.ac.ukNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Nayak, R.Sheffield Hallam UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Potts, J.Sheffield Hallam UniversityNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Tanno, HideyukiJAXANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kloker, Markus J.University of Stuttgart, Institute of Aerodynamics and Gas DynamicsNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Saikia, B.University of MarylandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Brehm, C.University of MarylandNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ponchio Camillo, GianninoGiannino.PonchioCamillo (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2178-0777195395066
Wagner, AlexanderAlexander.Wagner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9700-1522NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:25 Februar 2025
Erschienen in:Physics of Fluids
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:37
DOI:10.1063/5.0253164
Seitenbereich:Seiten 1-20
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
NICHT SPEZIFIZIERTAIP PublishingNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:American Institute of Physics (AIP)
Name der Reihe:Measurement, Modelling and Prediction of Hypersonic Turbulence
ISSN:1070-6631
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Heating and cooling systems, Heat transfer, Fluid mechanics, Fluid dynamics, Aerodynamics, Hypersonic flows, Boundary layer flow, Turbulent flows
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: Göttingen
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Raumfahrzeuge, GO
Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Hochgeschwindigkeitskonfigurationen, GO
Hinterlegt von: Ponchio Camillo, Giannino
Hinterlegt am:28 Okt 2025 16:09
Letzte Änderung:28 Okt 2025 16:09

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