Hyperschallflugzeuge mit Wasserstoff betriebenen Antriebssystemen stellen neue Anforderungen speziell an die thermische Auslegung der Triebwerkskomponenten. Eine mögliche Methode zum Schutz der hochbelasteten Wände ist die Filmkühlung der heißen Wände mit dem kalten Brennstoff. Gesicherte Erkenntnisse über das Reaktionsverhalten des eingeblasenen Wasserstoffs im heißen Abgasstrom liegen bis jetzt nicht vor. Vom besonderen Interesse ist, in welchem Umfang die Umwandlung der chemisch gebundenen Energie in Wärme die Kühlwirkung des Wasserstoffs in Wandnähe beeinflußt. Da die Filmkühlung i.d.R. durch eine Konvektionskühlung auf der Wandinnenseite ergänzt wird, spielt auch die Wärmeleitung in der Düsenwand selbst eine Rolle. Ziel der vorgestellten Untersuchung war die numerische Simulation der Wärmetransportvorgänge in der reagierenden Strömung einerseits und deren Interaktion mit den Wärmeleitungsvorgängen in der Düsenwand andererseits. Das Rechenmodell basiert auf einem Finite Volumen Verfahren, bei dem die Erhaltungsgleichungen durch Flußbilanzierung auf der Oberfläche diskreter Volumina gelöst werden. Ein Programmodul für die Berechnung der Wärmeleitung in festen Wänden erlaubt die voll gekoppelte Untersuchung von Strömungsgebieten und Festkörpern. Durch eine besondere numerische Behandlung der nicht-viskosen Flüsse wird eine genaue Berechnung des Strömungsfeldes auch in Bereichen mit komplexen Strömungsphänomenen möglich. Eine implizite Formulierung des Verfahrens erlaubt eine effektive Berechnung ohne (theoretische) Zeitschrittbeschränkungen. Die Validierung des um Spezieserhaltungsgleichungen und chemische Quelltherme erweiterten Verfahrens für die gekoppelte Berechnung von Filmkühlung und Wärmeleitung in festen Wänden erfolgte anhand von Filmkühlungsexperimenten an einem Hochenthalpiewindkanal. Für die Validierung der Wasserstoffverbrennung wurde ein Testfall für die supersonische Verbrennung in einem divergenten Kanal verwendet. Es wurde bestätigt, daß das numerische Verfahren in der Lage ist, auch komplexe Strömungsfelder mit der dazugehörigen Reaktionskinetik im Rahmen der Meßgenauigkeit zuverlässig zu berechnen.


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    Title :

    Gekoppelte Berechnung sowie Modellierung der Strömungs- und Verbrennungsvorgänge mit Wärmeübergang an einer filmgekühlten Raketendüse


    Contributors:


    Publication date :

    1997


    Size :

    106 Seiten, Bilder, Tabellen, 100 Quellen




    Type of media :

    Theses


    Type of material :

    Print


    Language :

    German