Atomization of liquid and gelled simulant propellants by impinging jets

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Gabriel Silva Dias
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