Thèse Année : 2024

Experimental study of high-pressure (supercritical) fluid injection for rocket engine applications

Etude expérimentale de l'injection de fluides à haute pression (supercritique) pοur une application de type moteurs-fusées

Résumé

A growing number of applications require the injection of liquids above their critical point. However, the physics of such flows is poorly understood, in particular the mechanisms governing the transition from subcritical two-phase injection to single-phase supercritical mixing. The aim of this work is to contribute to the better understanding of these phenomena, by collecting and analyzing qualitative and quantitative experimental data on a multi-species injection (ethane-nitrogen) under transcritical and supercritical conditions. To achieve this, four optical diagnostics are implemented -- shadowgraphy, DBI, Image Correlation Velocimetry and spontaneous Raman spectroscopy -- on two test benches and two injector designs, including a coaxial rocket engine injector. This provides a wide range of information on the jet and its disintegration. In particular, two new injection regimes are formally identified and defined, a complete velocity field database is compiled, and previously unavailable insights are obtained on the Raman spectrum of ethane around its critical point.

Un nombre grandissant d'applications met à profit l'injection de liquides au-dessus de leur point critique. Or, la physique de tels écoulements est mal comprise, en particulier les mécanismes régissant la transition d'une injection diphasique sous-critique à un mélange supercritique monophasique. L'objectif de ces travaux est de contribuer à la compréhension de ces phénomènes, en récoltant et analysant des données expérimentales qualitatives et quantitatives sur une injection multiespèce (éthane-azote) en conditions transcritiques et supercritiques. Pour cela, quatre diagnostics optiques sont implémentés, l'ombroscopie, la DBI, la Vélocimétrie par Corrélation d'Images et la spectroscopie Raman spontanée, sur deux bancs d'essai et deux technologies d'injecteur, dont un injecteur coaxial de type moteurs-fusées. Des informations variées sur le jet et sa désintégration sont ainsi obtenues. En particulier, deux nouveaux régimes d'injection sont formellement identifiés et définis, une base de données complète de champs de vitesse est générée et des renseignements inédits sont obtenus sur le spectre Raman de l'éthane autour de son point critique.

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  • HAL Id : tel-05114174 , version 1

Citer

Téodor Chazelle. Etude expérimentale de l'injection de fluides à haute pression (supercritique) pοur une application de type moteurs-fusées. Mécanique [physics]. Normandie Université, 2024. Français. ⟨NNT : 2024NORMIR41⟩. ⟨tel-05114174⟩
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