Verfügbarkeit: Simulation turbulenter Verbrennung von Methan und Sauerstoff in Raketenbrennkammern

Simulation turbulenter Verbrennung von Methan und Sauerstoff in Raketenbrennkammern:

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Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser:	Zips, Julian (VerfasserIn)
Format:	Abschlussarbeit Buch
Sprache:	German
Veröffentlicht:	Neubiberg 2019
Schlagworte:	Methan Raketentriebwerk Brennkammer Thermodynamik Kraftstoff Verbrennung Sauerstoff Flamelet-Modell Hochschulschrift
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adam_text	INHALTSVERZEICHNIS INHALTSVERZEICHNIS VIII ABBILDUNGSVERZEICHNIS XIII TABELLENVERZEICHNIS XVII NOMENKLATUR XIX 1 EINLEITUNG 1 1.1 MOTIVATION ............................................................................................................. 1 1.2 ZIEL UND AUFBAU DER ARBEIT ............................................................................... 4 2 STAND DER FORSCHUNG 5 2.1 PHYSIKALISCHE PHAENOMENE UND IHRE MODELLIERUNGEN ....................................... 5 2.1.1 TURBULENTE STROEMUNGEN ......................................................................... 5 2.1.2 REALE FLUIDE ........................................................................................... 7 2.1.3 TURBULENTE VERBRENNUNG ......................................................................... 8 2.1.4 FLAMME-WAND-INTERAKTION ...................................................................... 10 2.2 UNTERSUCHUNGEN BEI RAKETENTYPISCHEN BEDINGUNGEN ....................................... 12 3 THEORETISCHER HINTERGRUND 15 3.1 ERHALTUNGSGLEICHUNGEN REAGIERENDER STROEMUNGEN ............................................. 15 3.2 LARGE-EDDY SIMULATION ........................................................................................ 18 3.2.1 GEFILTERTE ERHALTUNGSGLEICHUNGEN .......................................................... 19 3.2.2 FEINSTRUKTURMODELLIERUNG ...................................................................... 21 3.2.3 ZEITLICHE MITTELUNG .................................................................................. 22 3.3 LES WANDNAHER STROEMUNGEN ............................................................................... 22 3.3.1 BEWERTUNG DER FEINSTRUKTURMODELLE ....................................................... 23 3.3.2 STEIGENDE REYNOLDSZAHL ......................................................................... 24 3.3.3 WANDMODELLIERTE LES ............................................................................ 25 3.4 THERMODYNAMIK IDEALER UND REALER FLUIDE ....................................................... 28 3.4.1 PHAENOMENOLOGISCHES VERHALTEN ............................................................. 28 3.4.2 THERMODYNAMIK IDEALER GASE ................................................................ 29 3.4.3 THERMODYNAMIK REALER FLUIDE ................................................................ 31 3.5 VERBRENNUNGSMODELLIERUNG .................................................................................. 38 3.5.1 LES TURBULENTER VERBRENNUNG ................................................................ 39 3.5.2 REAKTIONSKINETIK ..................................................................................... 40 3.5.3 REDUZIERTE REAKTIONSMECHANISMEN ....................................................... 41 X I NHALTSVERZEICHNIS 3.5.4 FLAMELET-KONZEPT ...................................................................................... 43 3.5.5 NICHT-ADIABATE ERWEITERUNG DES FLAMELET MODELLS ............................... 48 3.5.6 EFFIZIENTES FLAMELET-MODELL FUER TRANSKRITISCHE VERBRENNUNG ................. 55 3.5.7 EULERIAN STOCHASTIC FIELDS METHODE ....................................................... 68 4 NUMERISCHE VERFAHREN 73 4.1 DRUCKBASIERTE STROEMUNGSLOESER ............................................................................. 73 4.2 NUMERISCHE STABILISIERUNG ................................................................................... 74 4.2.1 FLUSSLIMITER ............................................................................................... 74 4.2.2 KUENSTLICHE NUMERISCHE VISKOSITAET .......................................................... 75 4.3 STROEMUNGSLOESER ..................................................................................................... 76 4.3.1 NICHT-ADIABATER FLAMELET-LOESER ............................................................. 76 4.3.2 REALGAS-FLAMELET-LOESER .......................................................................... 76 5 SIMULATIONSERGEBNISSE 79 5.1 SINGLE-ELEMENT GOX/GCH4 SUBSCALE BRENNKAMMER ......................................... 80 5.1.1 BESCHREIBUNG DES EXPERIMENTS ............................................................. 80 5.1.2 BESCHREIBUNG DER NUMERISCHEN SIMULATION ........................................... 81 5.1.3 ERGEBNISSE .................................................................................................. 84 5.1.4 ZUSAMMENFASSUNG ................................................................................... 93 5.2 7-ELEMENT GOX/GCTLJ SUBSCALE BRENNKAMMER .............................................. 95 5.2.1 BESCHREIBUNG DES EXPERIMENTS ............................................................. 95 5.2.2 BESCHREIBUNG DER NUMERISCHEN SIMULATION ........................................... 97 5.2.3 ERGEBNISSE .................................................................................................. 100 5.2.4 ZUSAMMENFASSUNG UND BEWERTUNG ....................................................... 110 5.3 TRANS- UND UEBERKRITISCHE METHAN-KUEHLFILME .................................................... 111 5.3.1 METHAN ALS KUEHLFILMMEDIUM ................................................................ 111 5.3.2 BESCHREIBUNG DES TESTFALLS ...................................................................... 111 5.3.3 BESCHREIBUNG DER NUMERISCHEN SIMULATION ........................................... 112 5.3.4 ERGEBNISSE .................................................................................................. 115 5.3.5 ZUSAMMENFASSUNG ................................................................................... 120 5.4 MASCOTTE SINGLE-ELEMENT LOX/GCH4-BRENNKAMMER ..................................... 122 5.4.1 BESCHREIBUNG DES EXPERIMENTS ............................................................. 122 5.4.2 BESCHREIBUNG DER NUMERISCHEN SIMULATIONEN ........................................ 122 5.4.3 ERGEBNISSE .................................................................................................. 125 5.4.4 ZUSAMMENFASSUNG ................................................................................... 131 6 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 135 A STOFFDATEN 141 B THERMODYNAMISCHE ZUSAMMENHAENGE 143 C VOLUMENKORREKTUR NACH ABUDOUR 147 D VALIDIERUNG THERMODYNAMIK 149 E VALIDIERUNG FLAMELET-LOESER 155 I NHALTSVERZEICHNIS XI F WEITERE ERGEBNISSE 7-ELEMENT-BRENNKAMMER 157 G IMPROVED DELAYED DETACHED EDDY SIMULATION (IDDES) 161 LITERATURVERZEICHNIS 163
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