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Impact of Turbulent Prandtl and Schmidt Numbers on Numerical Heat Flux Predictions in the LUMEN Thrust Chamber

Morris, Clara und Schneider, Dirk und Dos Santos Hahn, Robson Henrique und Horchler, Tim und Hardi, Justin und Thornber, Ben (2025) Impact of Turbulent Prandtl and Schmidt Numbers on Numerical Heat Flux Predictions in the LUMEN Thrust Chamber. In: 76th International Astronautical Congress. International Astronautical Federation. 76th International Astronautical Congress IAC, 2025-09-29 - 2025-10-03, Sydney, Australien.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich
5MB

Kurzfassung

Results from ongoing modelling of the thrust chamber of the 25-kN, LOX-LNG, demonstrator rocket engine "LUMEN" of the German Aerospace Center (DLR) are presented. The DLR's computational fluid dynamics (CFD) code, TAU, is used to conduct three Favre-averaged Navier-Stokes (RANS) numerical simulations where the turbulent Prandtl and Schmidt number are set equal, and varied between values of 0.4, 0.7, and 1.0. CFD results are compared to two different Ievlev correlations and the Bartz correlation for heat flux. A calorimetric version of the LUMEN thrust chamber provides experimental heat flux data for comparison. In the cylindrical section of the chamber, the simulations with a turbulent Schmidt and Prandtl number of 1.0 provide the closest agreement with the experimental data, while a value of 0.7 yields the best match for the heat flux in the throat region. Two opposing limitations are acknowledged: the boundary conditions may have overestimated the heat flux, while the omission of recombination reactions and radiation may have underestimated it. Across the three tested correlations, the differential Ievlev correlation most closely reproduces the experimental data, however the heat flux values within the experimental measurement uncertainty are limited to regions near the nozzle throat.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/218274/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Impact of Turbulent Prandtl and Schmidt Numbers on Numerical Heat Flux Predictions in the LUMEN Thrust Chamber
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Morris, Claraclara.morris (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-7831-8332195850278
Schneider, DirkDirk.Schneider (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4785-4244NICHT SPEZIFIZIERT
Dos Santos Hahn, Robson HenriqueRobson.DosSantosHahn (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2389-2043NICHT SPEZIFIZIERT
Horchler, TimTim.Horchler (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-8439-8786NICHT SPEZIFIZIERT
Hardi, JustinJustin.Hardi (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3258-5261NICHT SPEZIFIZIERT
Thornber, Benb.thornber (at) qub.ac.ukNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Oktober 2025
Erschienen in:76th International Astronautical Congress
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Verlag:International Astronautical Federation
Status:veröffentlicht
Stichwörter:LUMEN, LOX/LNG, CFD, heat flux
Veranstaltungstitel:76th International Astronautical Congress IAC
Veranstaltungsort:Sydney, Australien
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:29 September 2025
Veranstaltungsende:3 Oktober 2025
Veranstalter :International Astronautical Federation
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 | NOVASIM | Numerical Tool Optimization and Verification for the Analysis of Propulsion Systems and Impact of Methane Combustion, R - Projekt LUMEN (Liquid Upper Stage Demonstrator Engine)
Standort: Lampoldshausen
Institute & Einrichtungen:Institut für Raumfahrtantriebe > Raketenantriebstechnologie
Institut für Raumfahrtantriebe > Raketenantriebssysteme
Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Raumfahrzeuge, GO
Hinterlegt von: Morris, Clara
Hinterlegt am:03 Nov 2025 08:11
Letzte Änderung:03 Nov 2025 08:11

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