Experimental and numerical study of heat and mass transfer between high temperature supersonic gas flow and liquid water in a cylindrical duct

材料科学 机械 热力学 传热 导管(解剖学) 超音速 传质 混合(物理) 努森数 燃烧 质量流量 喷油器 阻塞流 推进剂 化学 物理 病理 有机化学 医学 量子力学
作者
Young-Lin Yoo,Doo-Hee Han,Sang-Hoon Ahn,Hong-Gye Sung,Seonghyeon Seo,Young-Rok Yang,Hyuck-Soo Jeon,Gook-Hyun Baek
出处
期刊:International Journal of Heat and Mass Transfer [Elsevier]
卷期号:: 122214-122214
标识
DOI:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2021.122214
摘要

• Experiments of mixing process of supersonic hot gas and liquid water. • Unsteady multi-phase numerical analysis using homogeneous mixture equations to achieve detail mixing and mass transfer information. • Analysis of temporal and local mixture properties of water vapor with different amounts of water for fast mixing process. • Suggestion of the corrected evaporation rate of HKS and WFM models for high speed and temperature regime. The mixing process of a high temperature combustion gas and liquid water conveying large amounts of heat and mass transfer in a very short period of time is investigated experimentally and numerically. A solid propellant produces hot gas into a cylindrical duct where water is supplied through water injectors, facilitating instantaneous mixing accompanied by evaporation and condensation along the duct. Gas generator fire tests are carried out to confirm performance. A cylindrical duct is subsequently connected to the rear end of the gas generator with the liquid water supply system, and experiments are performed for three different amounts of water being injected into the supersonic hot gas. A numerical scheme for a homogenous mixture model with Lee's mass transfer model is applied, and comparisons are made with the experiments. Next, both the experimental and numerical results are fairly compared. The empirical coefficients of evaporation rate for the Hertz-Knudsen-Scharage (HKS) and wall film model (WFM) equations are proposed.

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