Atomization of liquid and gelled simulant propellants by impinging jets
Autor(a) principal: | |
---|---|
Data de Publicação: | 2020 |
Tipo de documento: | Dissertação |
Idioma: | eng |
Título da fonte: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPE |
Texto Completo: | http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21c/2020/10.27.18.43 |
Resumo: | This work presents an experimental study of the atomization process by jet impingement of liquid and gelled simulant propellants. Like and unlike jets of liquid water, gelled water, liquid hydrous ethanol and gelled hydrous ethanol were tested for different injection pressures, collision distances and collision angles. Experimental data were given in terms of jet momenta and conventional or generalized non-dimensional numbers, Re, Regen, We and Wegen, for liquids and gels. A power law model was adopted to represent the gelled fluids and to define the generalized parameters. Shadow images of the collision sheets were obtained with help of a high speed camera and droplet velocities were calculated by an open PIV software. A patternator was used to estimate mass flux distributions of the sprays formed. Droplet size distributions and representative droplet diameters (SMD and Dv10) were determined by a laser diffraction system. Collision sheet geometries were compared to theoretical model predictions, showing good agreement for liquids. Experimental spray mass flux distributions presented a good agreement with literature data. Images from a high speed camera showed that gel sprays can form complex structures with presence of holes, rails and/or fishbone geometries. Disturbances and impact waves in the collision sheet produce ligaments from which droplets are detached. Transient behavior was observed in some cases with presence of different geometrical configurations. Long ligaments require larger distances to fragment into drops and even with high injection pressures some ligaments do not break up. Such delay or no ligament disintegration of the gel film probably occurs as consequence of the absence or low intensity of impact waves introduced by the colliding jets. The atomization of gelled fluids was improved by using a colliding liquid jet, which acts as an atomization assistant which generates disturbances to the gel/liquid film. Unlike jet impingement of gels, even with same jet momentum, creates a shear layer in the collision sheet due to the different jet velocities, improving the atomization process. |
id |
INPE_918b6308aa59ef157314e38a4b03a51e |
---|---|
oai_identifier_str |
oai:urlib.net:sid.inpe.br/mtc-m21c/2020/10.27.18.43.37-0 |
network_acronym_str |
INPE |
network_name_str |
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPE |
spelling |
info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisAtomization of liquid and gelled simulant propellants by impinging jetsAtomização por jatos colidentes de simulantes de propelentes líquidos e gelificados2020-10-26Fernando de Souza CostaAdriana Maria da SilvaMárcio Teixeira de MendonçaJoão Andrade de Carvalho JúniorGabriel Silva DiasInstituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)Programa de Pós-Graduação do INPE em Combustão e PropulsãoINPEBRatomizationjet impingementliquid propellantsgelled propellantssprayatomizaçãocolisão de jatopropelentes líquidospropelentes gelificadossprayThis work presents an experimental study of the atomization process by jet impingement of liquid and gelled simulant propellants. Like and unlike jets of liquid water, gelled water, liquid hydrous ethanol and gelled hydrous ethanol were tested for different injection pressures, collision distances and collision angles. Experimental data were given in terms of jet momenta and conventional or generalized non-dimensional numbers, Re, Regen, We and Wegen, for liquids and gels. A power law model was adopted to represent the gelled fluids and to define the generalized parameters. Shadow images of the collision sheets were obtained with help of a high speed camera and droplet velocities were calculated by an open PIV software. A patternator was used to estimate mass flux distributions of the sprays formed. Droplet size distributions and representative droplet diameters (SMD and Dv10) were determined by a laser diffraction system. Collision sheet geometries were compared to theoretical model predictions, showing good agreement for liquids. Experimental spray mass flux distributions presented a good agreement with literature data. Images from a high speed camera showed that gel sprays can form complex structures with presence of holes, rails and/or fishbone geometries. Disturbances and impact waves in the collision sheet produce ligaments from which droplets are detached. Transient behavior was observed in some cases with presence of different geometrical configurations. Long ligaments require larger distances to fragment into drops and even with high injection pressures some ligaments do not break up. Such delay or no ligament disintegration of the gel film probably occurs as consequence of the absence or low intensity of impact waves introduced by the colliding jets. The atomization of gelled fluids was improved by using a colliding liquid jet, which acts as an atomization assistant which generates disturbances to the gel/liquid film. Unlike jet impingement of gels, even with same jet momentum, creates a shear layer in the collision sheet due to the different jet velocities, improving the atomization process.Este trabalho apresenta um estudo experimental do processo de atomização por jatos colidentes de simulantes de propelentes líquidos e gelificados. Jatos de fluidos iguais ou diferentes de água líquida, água gelificada, etanol líquido e etanol gelificado foram testados com diferentes pressões de injeção, distâncias de colisão e ângulos de colisão. Os dados experimentais foram apresentados em termos da quantidade de movimento dos jatos e de números adimensionais convencionais ou generalizados, Re, Regen, We and Wegen, para líquidos e géis. Um modelo de lei de potência foi adotado para representar os fluidos gelificados e definir os parâmetros generalizados. Imagens shadowgraph das folhas de colisão foram obtidas com a ajuda de uma câmera de alta velocidade e um software PIV aberto foi adotado para cálculo das velocidades das gotas. Um paternador foi usado para estimar as distribuições de fluxo de massa dos sprays formados. Distribuições de tamanho de gota e diâmetros de gota representativos (SMD e Dv10) foram determinados por um sistema de difração a laser. As geometrias das folhas de colisão foram comparadas às previsões de um modelo teórico, mostrando boa concordância para líquidos. As distribuições de fluxo de massa dos sprays medidas experimentalmente apresentaram boa concordância com dados da literatura. As imagens shadow obtidas pela câmera de alta velocidade mostraram que os sprays de gel podem formar estruturas complexas com presença de furos, trilhos e/ou geometrias em espinha de peixe. Perturbações e ondas de impacto na folha de colisão produzem ligamentos dos quais as gotas são destacadas. Um comportamento transiente foi observado em alguns casos com presença de diferentes configurações geométricas. Os ligamentos longos requerem distâncias maiores para se fragmentarem em gotas e, mesmo com altas pressões de injeção, alguns ligamentos não se rompem. Esse retardo ou não desintegração ligamentar do filme de gel provavelmente ocorre em decorrência da ausência ou baixa intensidade das ondas de impacto introduzidas pelos jatos em colisão. A atomização dos fluidos gelificados foi melhorada com o uso de um jato colidente de líquido, que atua como um assistente de atomização que gera distúrbios no gel/filme líquido. No caso de colisão de jatos de géis diferentes, mesmo com uma mesma quantidade de movimento dos jatos, forma-se uma camada de cisalhamento na folha de colisão devido às diferentes velocidades dos jatos, facilitando o processo de atomização.http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21c/2020/10.27.18.43info:eu-repo/semantics/openAccessengreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPEinstname:Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)instacron:INPE2021-07-31T06:56:21Zoai:urlib.net:sid.inpe.br/mtc-m21c/2020/10.27.18.43.37-0Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://bibdigital.sid.inpe.br/PUBhttp://bibdigital.sid.inpe.br/col/iconet.com.br/banon/2003/11.21.21.08/doc/oai.cgiopendoar:32772021-07-31 06:56:23.467Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPE - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)false |
dc.title.en.fl_str_mv |
Atomization of liquid and gelled simulant propellants by impinging jets |
dc.title.alternative.pt.fl_str_mv |
Atomização por jatos colidentes de simulantes de propelentes líquidos e gelificados |
title |
Atomization of liquid and gelled simulant propellants by impinging jets |
spellingShingle |
Atomization of liquid and gelled simulant propellants by impinging jets Gabriel Silva Dias |
title_short |
Atomization of liquid and gelled simulant propellants by impinging jets |
title_full |
Atomization of liquid and gelled simulant propellants by impinging jets |
title_fullStr |
Atomization of liquid and gelled simulant propellants by impinging jets |
title_full_unstemmed |
Atomization of liquid and gelled simulant propellants by impinging jets |
title_sort |
Atomization of liquid and gelled simulant propellants by impinging jets |
author |
Gabriel Silva Dias |
author_facet |
Gabriel Silva Dias |
author_role |
author |
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv |
Fernando de Souza Costa |
dc.contributor.referee1.fl_str_mv |
Adriana Maria da Silva |
dc.contributor.referee2.fl_str_mv |
Márcio Teixeira de Mendonça |
dc.contributor.referee3.fl_str_mv |
João Andrade de Carvalho Júnior |
dc.contributor.author.fl_str_mv |
Gabriel Silva Dias |
contributor_str_mv |
Fernando de Souza Costa Adriana Maria da Silva Márcio Teixeira de Mendonça João Andrade de Carvalho Júnior |
dc.description.abstract.por.fl_txt_mv |
This work presents an experimental study of the atomization process by jet impingement of liquid and gelled simulant propellants. Like and unlike jets of liquid water, gelled water, liquid hydrous ethanol and gelled hydrous ethanol were tested for different injection pressures, collision distances and collision angles. Experimental data were given in terms of jet momenta and conventional or generalized non-dimensional numbers, Re, Regen, We and Wegen, for liquids and gels. A power law model was adopted to represent the gelled fluids and to define the generalized parameters. Shadow images of the collision sheets were obtained with help of a high speed camera and droplet velocities were calculated by an open PIV software. A patternator was used to estimate mass flux distributions of the sprays formed. Droplet size distributions and representative droplet diameters (SMD and Dv10) were determined by a laser diffraction system. Collision sheet geometries were compared to theoretical model predictions, showing good agreement for liquids. Experimental spray mass flux distributions presented a good agreement with literature data. Images from a high speed camera showed that gel sprays can form complex structures with presence of holes, rails and/or fishbone geometries. Disturbances and impact waves in the collision sheet produce ligaments from which droplets are detached. Transient behavior was observed in some cases with presence of different geometrical configurations. Long ligaments require larger distances to fragment into drops and even with high injection pressures some ligaments do not break up. Such delay or no ligament disintegration of the gel film probably occurs as consequence of the absence or low intensity of impact waves introduced by the colliding jets. The atomization of gelled fluids was improved by using a colliding liquid jet, which acts as an atomization assistant which generates disturbances to the gel/liquid film. Unlike jet impingement of gels, even with same jet momentum, creates a shear layer in the collision sheet due to the different jet velocities, improving the atomization process. Este trabalho apresenta um estudo experimental do processo de atomização por jatos colidentes de simulantes de propelentes líquidos e gelificados. Jatos de fluidos iguais ou diferentes de água líquida, água gelificada, etanol líquido e etanol gelificado foram testados com diferentes pressões de injeção, distâncias de colisão e ângulos de colisão. Os dados experimentais foram apresentados em termos da quantidade de movimento dos jatos e de números adimensionais convencionais ou generalizados, Re, Regen, We and Wegen, para líquidos e géis. Um modelo de lei de potência foi adotado para representar os fluidos gelificados e definir os parâmetros generalizados. Imagens shadowgraph das folhas de colisão foram obtidas com a ajuda de uma câmera de alta velocidade e um software PIV aberto foi adotado para cálculo das velocidades das gotas. Um paternador foi usado para estimar as distribuições de fluxo de massa dos sprays formados. Distribuições de tamanho de gota e diâmetros de gota representativos (SMD e Dv10) foram determinados por um sistema de difração a laser. As geometrias das folhas de colisão foram comparadas às previsões de um modelo teórico, mostrando boa concordância para líquidos. As distribuições de fluxo de massa dos sprays medidas experimentalmente apresentaram boa concordância com dados da literatura. As imagens shadow obtidas pela câmera de alta velocidade mostraram que os sprays de gel podem formar estruturas complexas com presença de furos, trilhos e/ou geometrias em espinha de peixe. Perturbações e ondas de impacto na folha de colisão produzem ligamentos dos quais as gotas são destacadas. Um comportamento transiente foi observado em alguns casos com presença de diferentes configurações geométricas. Os ligamentos longos requerem distâncias maiores para se fragmentarem em gotas e, mesmo com altas pressões de injeção, alguns ligamentos não se rompem. Esse retardo ou não desintegração ligamentar do filme de gel provavelmente ocorre em decorrência da ausência ou baixa intensidade das ondas de impacto introduzidas pelos jatos em colisão. A atomização dos fluidos gelificados foi melhorada com o uso de um jato colidente de líquido, que atua como um assistente de atomização que gera distúrbios no gel/filme líquido. No caso de colisão de jatos de géis diferentes, mesmo com uma mesma quantidade de movimento dos jatos, forma-se uma camada de cisalhamento na folha de colisão devido às diferentes velocidades dos jatos, facilitando o processo de atomização. |
description |
This work presents an experimental study of the atomization process by jet impingement of liquid and gelled simulant propellants. Like and unlike jets of liquid water, gelled water, liquid hydrous ethanol and gelled hydrous ethanol were tested for different injection pressures, collision distances and collision angles. Experimental data were given in terms of jet momenta and conventional or generalized non-dimensional numbers, Re, Regen, We and Wegen, for liquids and gels. A power law model was adopted to represent the gelled fluids and to define the generalized parameters. Shadow images of the collision sheets were obtained with help of a high speed camera and droplet velocities were calculated by an open PIV software. A patternator was used to estimate mass flux distributions of the sprays formed. Droplet size distributions and representative droplet diameters (SMD and Dv10) were determined by a laser diffraction system. Collision sheet geometries were compared to theoretical model predictions, showing good agreement for liquids. Experimental spray mass flux distributions presented a good agreement with literature data. Images from a high speed camera showed that gel sprays can form complex structures with presence of holes, rails and/or fishbone geometries. Disturbances and impact waves in the collision sheet produce ligaments from which droplets are detached. Transient behavior was observed in some cases with presence of different geometrical configurations. Long ligaments require larger distances to fragment into drops and even with high injection pressures some ligaments do not break up. Such delay or no ligament disintegration of the gel film probably occurs as consequence of the absence or low intensity of impact waves introduced by the colliding jets. The atomization of gelled fluids was improved by using a colliding liquid jet, which acts as an atomization assistant which generates disturbances to the gel/liquid film. Unlike jet impingement of gels, even with same jet momentum, creates a shear layer in the collision sheet due to the different jet velocities, improving the atomization process. |
publishDate |
2020 |
dc.date.issued.fl_str_mv |
2020-10-26 |
dc.type.status.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
dc.type.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/masterThesis |
status_str |
publishedVersion |
format |
masterThesis |
dc.identifier.uri.fl_str_mv |
http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21c/2020/10.27.18.43 |
url |
http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21c/2020/10.27.18.43 |
dc.language.iso.fl_str_mv |
eng |
language |
eng |
dc.rights.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/openAccess |
eu_rights_str_mv |
openAccess |
dc.publisher.none.fl_str_mv |
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) |
dc.publisher.program.fl_str_mv |
Programa de Pós-Graduação do INPE em Combustão e Propulsão |
dc.publisher.initials.fl_str_mv |
INPE |
dc.publisher.country.fl_str_mv |
BR |
publisher.none.fl_str_mv |
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) |
dc.source.none.fl_str_mv |
reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPE instname:Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) instacron:INPE |
reponame_str |
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPE |
collection |
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPE |
instname_str |
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) |
instacron_str |
INPE |
institution |
INPE |
repository.name.fl_str_mv |
Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPE - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) |
repository.mail.fl_str_mv |
|
publisher_program_txtF_mv |
Programa de Pós-Graduação do INPE em Combustão e Propulsão |
contributor_advisor1_txtF_mv |
Fernando de Souza Costa |
_version_ |
1706809364693647360 |