[AR] Re: Hypothetical Lox cooling

  • From: "Troy Prideaux" <troy@xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx>
  • To: <arocket@xxxxxxxxxxxxx>
  • Date: Tue, 20 Oct 2020 12:20:16 +1100

This is an answer from Henry Spencer on this list 10 years ago to a similar 
suggestion:

 

[quote]:

Assuming you mean *regenerative* LOX cooling, it's been done, but it's quite 
rare.  The problem is that it works reasonably well only in the supercritical 
regime, which for LOX requires quite high pressures, maybe 1000psi to have some 
margin.  (You don't want your coolant to pass close to its critical point as it 
heats, because many properties change very sharply just there and it's easy to 
get violent flow oscillations.)

 

Regen cooling with LOX at subcritical pressures just doesn't work very well.  
The temperature range over which it is liquid is short, and the latent heat of 
boiling is small, so it *will* boil.  And unless you do something tricky and 
unusual, you'll almost certainly get into the film boiling regime, where heat 
transfer is greatly impeded and wall temperature soars, usually to the point of 
self-destruction.  Even if you somehow get it past the boiling transition, the 
volume flow rate is orders of magnitude higher as a gas, so pressure drop in 
the cooling passages will be large and flow resistance will be high, and things 
get still more awkward if gas flow starts to approach Mach 1...  Basically, you 
really want a regenerative coolant to stay (at least mostly) liquid.

 

There is also some long-standing superstition about oxidizer cooling being 
unwise, but there have been a number of successful oxidizer-cooled rockets 
(mostly using more cooperative oxidizers) and this *is* just superstition.

 

The temperature is a very minor issue by comparison.  Liquid hydrogen makes a 
wonderful coolant despite being even colder, thanks to its very low critical 
pressure and some other helpful properties.  (People have seriously proposed 
unbalanced-tripropellant systems which are mostly LOX/kerosene, but also burn a 
small amount of LH2 so they can cool the chamber with it.)

[end quote]

 

Troy

 

 

From: arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx [mailto:arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx] On ;
Behalf Of Yucca Works
Sent: Tuesday, 20 October 2020 11:32 AM
To: arocket@xxxxxxxxxxxxx
Subject: [AR] Hypothetical Lox cooling

 

I want to get this group's thoughts, experience stories, and possibly advice on 
regenerative cooling with liquid oxygen at the small scale (<500lbf)? I have 
read the public NASA paper that concerns cracking in the chamber and local 
hotspots and have looked into (what little has been released to the public) 
Launcher's work with their small 3d printed copper engines. On paper at least, 
it seems like one can get away with cooling from the throat up (the entirety of 
the combustion chamber). This is just curiosity-sparked research, nothing 
beyond that yet. 

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