Stabilität eines Flüssigkeitsstrahls in Hinblick auf die Treibstoffaufbereitung in Raketentriebwerken

Kurzfassung

Injektion, Zerstaeubung und Vermischung der Treibstoffpartner in kryogenen H2/O2-Raketentriebwerken erfolgt mittels Koaxialinjektoren. Dabei wird ein runder, flüssiger Sauerstoffstrahl, dessen Verhalten Gegenstand der hier angestellten Betrachtungen ist, von einem schnellen, gasförmigen Wasserstoff-Mantelstrahl zerstäubt. Das Verhalten des Flüssigkeitsstrahls unter dem Einfluß aerodynamischer Kräfte ist für den Gesamtprozeß der Treibstoffaufbereitung von entscheidender Bedeutung. Unter der Annahme, daß die Strömungen am Strahl infinitesimal klein sind, lassen sich analytische Ansätze für die Beschreibung des Strahlverhaltens finden. Die Auswirkung realer Effekte wie endliche Amplitude und Deformation von Oberflächenwellen sowie die Ablösung von Tropfen werden mit einem zweidimensionalen, numerischen Verfahren erfaßt. Die Ergebnisse der Simulationen, die diese nichtlinearen Effekte beruecksichtigen, sind im Einklang mit dem experimentellen Erscheinungsbild und bilden damit einen wertvollen Beitrag zum Verständnis des Zerfallsvorgangs.Die Untersuchungen dienen als Grundlage fuer die Entwicklung eines Modelles der Treibstoffaufbereitung mit dem Ziel, dieses in Modelle fuer uebergeordnete Prozesse wie z.B. der Brennkammerströmung zu integrieren.