[AR] Re: Hypothetical Lox cooling

  • From: Doug Jones <rocketplumber@xxxxxxxxx>
  • To: arocket@xxxxxxxxxxxxx
  • Date: Wed, 21 Oct 2020 12:12:02 -0700

On the 5M15 engine we boiled the LNG dry, with outlet temps well above 200K
at normal O:F. It ran stably with only a low amplitude rumble at 12 Hz.

On Wed, Oct 21, 2020 at 2:10 AM Ben Brockert <wikkit@xxxxxxxxx> wrote:

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>
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 <arocket-bounce@xxxxxxxxxxxxx> *On
Behalf Of *Henry Vanderbilt
*Sent:* Wednesday, 21 October 2020 12:52 PM
*To:* 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: 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> 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>
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






JPEG image

Other related posts:

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