[AR] Re: Hypothetical Lox cooling

  • From: Stefan Powell <stefan@xxxxxxxxxxxxxxxxx>
  • To: "arocket@xxxxxxxxxxxxx" <arocket@xxxxxxxxxxxxx>
  • Date: Wed, 21 Oct 2020 09:25:50 +0000

“Definitely want to be clear between nucleate boiling (common in regen) film 
boiling (normally the end of a regen rocket) and the sort of bulk vaporization 
that some people are talking about here for which I'd be surprised if it had 
been used in a production rocket.”
- Good point. With peroxide, I am talking about nucleate boiling for the most 
part. Film boiling does occur when you are getting close to the limit. It goes 
boom long before bulk boiling occurs.

So to answer henrys question: it is absolutely necessary to avoid bulk boiling 
of peroxide in your regen. Nucleate boiling will occur. If film boiling is 
occuring, you had better increase your regen flow velocity.

Stefan Powell
Co-Founder, CTO
+64 (0)275273528
www.dawnaerospace.com<http://www.dawnaerospace.com>

[DA_Logo_Secondary]

From: arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx <arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx> On Behalf Of 
Ben Brockert
Sent: Wednesday, 21 October 2020 10:10 PM
To: arocket@xxxxxxxxxxxxx
Subject: [AR] Re: Hypothetical Lox cooling

Definitely want to be clear between nucleate boiling (common in regen) film 
boiling (normally the end of a regen rocket) and the sort of bulk vaporization 
that some people are talking about here for which I'd be surprised if it had 
been used in a production rocket. You certainly could make an engine with 
geometry such that the propellant was liquid and then became gas at a specific 
place (with an orifice and then larger channel to keep the velocity down) but 
I'm not sure why.

Depending on the propellant you could have an expander engine where it goes 
from liquid to supercritical in the jacket and then supercritical to gas in the 
turbine, but once you're in pump fed land I'd be surprised if it didn't 
optimize to supercritical all the way to the chamber. You practically can't 
make a useful hydrogen engine that isn't supercritical. Oxygen, methane, and 
propane are all under 1000 psi. Ammonia at 1640 psi? I can't think of many 
useful propellants you'd want to vaporize.

In peroxide there's so much cooling capacity that you'd have to have a very 
strange setup to have enough heat on hand to vaporize it all, assuming that you 
can do that without it doing something energetic. There's probably some half 
secret experimental Soviet cycle where you can get it to thermally decompose 
predictably and then have oxygen and steam to run the turbine.

On Wed, Oct 21, 2020 at 11:49 AM Stefan Powell 
<stefan@xxxxxxxxxxxxxxxxx<mailto:stefan@xxxxxxxxxxxxxxxxx>> wrote:
There is proper data from this black arrow/Gamma days. Local boiling can happen 
on the micro scale in the regen boundary layer at temperatures >>150 degC. It’s 
actually unavoidable in high heat flux engines where the hotside wall temp gets 
to >400C. As long as the heatflux/velocity ratio of the coolant is high enough, 
the boiling (decomposing, exothermic!) liquid/vapour mix in the boundary layer 
mixes in with the rest of the coolant flow, recondensing and cooling and RUDs 
are avoided. We found out the hard way a few times.
Stefan

From: arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx<mailto:arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx> 
<arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx<mailto:arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx>> On Behalf 
Of Henry Vanderbilt
Sent: Wednesday, 21 October 2020 12:52 PM
To: arocket@xxxxxxxxxxxxx<mailto:arocket@xxxxxxxxxxxxx>
Subject: [AR] Re: Hypothetical Lox cooling

I was already assuming Black Arrow avoided peroxide boiling in the cooling 
passages.  Sorry my question wasn't clear enough: Does anyone have any informed 
comment on how absolutely necessary, or otherwise, that might be in using h2o2 
as a coolant?  As I said, my limited info on the lower stability of peroxide as 
vapor is anecdotal.

Hmm.  Per Wiki, "The boiling point of H2O2 has been extrapolated as being 150.2 
°C (302.4 °F), approximately 50 °C (90 °F) higher than water. In practice, 
hydrogen peroxide will undergo potentially explosive thermal decomposition if 
heated to this temperature. It may be safely distilled at lower temperatures 
under reduced pressure.[7]"

So, possibly there's a practical upper temperature limit even if you do 
pressurize it to raise the boiling point.

Does anyone know?  Thanks in advance...

Henry
On 10/20/2020 12:05 PM, roxanna Mason wrote:
Maybe boiling, at the feed pressure, was avoided. Possible.

K

[Image removed by 
sender.]<https://www.avast.com/sig-email?utm_medium=email&utm_source=link&utm_campaign=sig-email&utm_content=webmail&utm_term=icon>
Virus-free. 
www.avast.com<https://www.avast.com/sig-email?utm_medium=email&utm_source=link&utm_campaign=sig-email&utm_content=webmail&utm_term=link>

On Tue, Oct 20, 2020 at 11:32 AM Henry Vanderbilt 
<hvanderbilt@xxxxxxxxxxxxxx<mailto:hvanderbilt@xxxxxxxxxxxxxx>> wrote:
Speaking of possibly exciting hobbies, what happens if you boil peroxide in 
cooling passages?  Is that another one of those things one should avoid?

I gather peroxide cooling worked in Black Arrow, but I have the impression from 
various distillation tales of woe that peroxide vapor is much less stable than 
the liquid.  I might guess both that preheating the peroxide could help with 
catalyzing or directly combusting it, and also that making sure it stays liquid 
till then is indicated, but those are just guesses.

Henry
On 10/20/2020 11:09 AM, Doug Jones wrote:
A supercritical positive-heat-of-formation oxidizer with oily contaminants 
leached from every step of the distribution chain. What could possibly go wrong?

On Tue, Oct 20, 2020 at 11:04 AM Bruno Berger 
<bruno.berger@xxxxxx<mailto:bruno.berger@xxxxxx>> wrote:
Am 20.10.2020 um 19:53 schrieb roxanna Mason:

Is your fuel even less satisfactory?
Perhaps it's a LOx/solid fuel hybrid and you want to cool your nozzle.

Yep, we discussed that at ARIS for cooling the nozzle with N2O for their
5kN hybrid. But N2O probably gets super critical which makes me nervous :-(

Bruno


PNG image

JPEG image

Other related posts:

  1. Home
  2. arocket
  3. Archive
  4. 10-2020