- Tytuł:
-
Numerical study of an isothermal slush flowfor aerospace propulsion applications
Analiza numeryczna izotermicznego przepływu sluszu na potrzeby zastosowań w napędach lotniczych i kosmicznych - Autorzy:
-
Di Batista, Ruben
Scelzo, Maria Teresa
Vetrano, Maria Rosaria - Powiązania:
- https://bibliotekanauki.pl/articles/36403926.pdf
- Data publikacji:
- 2019
- Wydawca:
- Sieć Badawcza Łukasiewicz - Instytut Lotnictwa
- Tematy:
-
fluid dynamics
space propulsion
multiphase flows
CFD
cryogenics
slush flows
dynamika płynów
napęd kosmiczny
przepływy wielofazowe
kriogenika
przepływy niejednorodnej mieszaniny - Opis:
-
Slushes are two-phase solid-liquid single-species cryogenic fluids that exhibit an increased density and a greater heat capacity with respect to the corresponding normal boiling point liquids. These promising features are of large interest for applications that exploit slush as a thermal fluid, like super magnets refrigeration, cryogenic cooling of bio-materials or air conditioning, and for aerospace systems that use slush fluids as fuel or oxidizer. Several programs in the frame of the research on Slush Hydrogen (SLH2) as a new-generation fuel for aerospace propulsion have been started in the past. This work was carried out in the framework of a VKI research activity promoted by the Predict ESA Technology Research Programme, to investigate experimentally and numerically the behavior of slush flows in a representative upper stage feeding line. In this paper, we present a simulation based on a granular two-fluid model on an isothermal solid liquid mixture (slurry) and a Nitrogen slush (SLN2) fluid flowing in a horizontal pipe. A finite-volumes discretization using the software library OpenFOAM was benchmarked against experimental and numerical literature data, to assess the accuracy of the code in predicting pressure drops along the pipe axis and solid particle distribution across the pipe diameter. Moreover, the effects of concentration and inlet velocity are investigated. We show that the numerical model fairly reproduces the literature data in terms of important aspects as the solid volume fraction distribution and the pressure drops, especially for high flow rates.
Niejednorodna mieszanina fazy stałej i ciekłej tego samego składnika (ang. slush) jest dwufazową cieczą kriogeniczną która charakteryzuje się zwiększoną gęstością i pojemnością cieplną w porównaniu z odpowiadającymi im cieczami o normalnej temperaturze wrzenia. Te obiecujące właściwości wzbudzają duże zainteresowanie w aplikacjach wykorzystujących taką mieszaninę jako wymiennik ciepła, w zastosowaniach takich jak: chłodzenie supermagnesów, kriogeniczne chłodzenie biomateriałów lub klimatyzacja. W systemach kosmicznych mieszaninę fazy stałej i ciekłej (ang. slush), wykorzystuje się jako paliwo albo utleniacz. W przeszłości rozpoczęto kilka programów w ramach badań nad slush-em wodorowym (SLH2) jako paliwem nowej generacji dla napędów lotniczych i kosmicznych. Praca opisana w niniejszym artykule została wykonana w ramach działalności badawczej VKI wspieranej przez „Predict ESA Technology Research Programme”. Miała na celu zbadanie, za pomocą eksperymentu i symulacji numerycznych, zachowania przypływów slash-u w modelowej linii zasilania silnika górnego stopnia rakiety. W artykule przedstawiono, opartą na granularnym modelu, symulację przepływu izotermicznego w poziomej rurze dwóch cieczy: mieszaniny ciało stałe – ciecz (klasyczna zawiesina) i slash-u azotowego (SLN2). Użyto dyskretyzacji metodą objętości skończonych oraz programów z biblioteki OpenFoam, otrzymane wyniki zestawiono z danymi eksperymentalnymi i symulacyjnymi dostępnymi w literaturze. W szczególności zbadano jak dokładnie przybliżony model przewiduje spadek ciśnienia wzdłuż rury oraz dystrybucję stałych cząstek w przekrojach poprzecznych rury. Co więcej sprawdzono wpływ warunków 95 brzegowych na wlocie (rozkładu koncentracji cząstek stałych w niejednorodnej mieszaninie oraz prędkości) na wyniki. Pokazano, że zastosowany model numeryczny wykazuje dobrą zgodność opublikowanym już danymi pod względem istotnych aspektów, takich jak udział objętościowy frakcji stałej oraz spadek ciśnienia wzdłuż rury, zwłaszcza dla dużego natężenia przepływu. - Źródło:
-
Transactions on Aerospace Research; 2019, 2 (255); 82-95
0509-6669
2545-2835 - Pojawia się w:
- Transactions on Aerospace Research
- Dostawca treści:
- Biblioteka Nauki
Artykuł