Paraffin-based fuels : droplets entrainment, mechanical properties and regression rate

This work presents cold-flow investigation of the droplets entrainment of paraffin based fuels. The tested fuel formulations are characterized in terms of their mechanical and ballistic properties. Recently a new type of hybrid rocket fuel has been proposed which uses paraffin as its base. Laboratory study of these formulations have shown regression rates higher than conventional (polyurethane) fuels. This work focus on the materials ranges from a pure crystalline paraffin wax to formulations where the paraffin is blended with a thermoplastic polymers (SEBS). When the fuel melts, it forms a liquid layer on the surface which is unstabilized by the action of the oxidizer stream giving rise to entrainment of melted fuel droplets. The thesis involves a pre-existing experimental system and high speed video recording techniques featuring melting layer viscosity in the range of 0.005 Pa s to 0.04 Pa s. The obtained results confirm the infuence of the liquid layer viscosity and the effects that determines on the development of entrainment phenomena. The ballistic results shows that there is a suppression of entrainment for SEBS (Thermoplastic polymer) loaded fuels is significant with a reduction of the Regression rate for 5% SEBS and the regression rate is poor for 10% SEBS with respect to pure paraffin wax.

Questo lavoro presenta un'indagine a flusso freddo sul trascinamento delle goccioline di carburanti a base di paraffina. Il carburante testato le formulazioni sono caratterizzate in termini di proprietà meccaniche e balistiche. Recentemente un nuovo tipo di è stato proposto un combustibile ibrido per missili che utilizza come base la paraffina. Studio di laboratorio di queste formulazioni hanno mostrato tassi di regressione superiori a quelli convenzionali (poliuretano). Questo lavoro si concentra sui materiali varia da una cera di paraffina cristallina pura a formulazioni in cui la paraffina è miscelata con un termoplastico polimeri (SEBS). Quando il carburante si scioglie, forma uno strato liquido sulla superficie che non è stabilizzato dall'azione del flusso di ossidante che dà luogo a trascinamento di gocce di combustibile fuso. La tesi riguarda un preesistente Sistema sperimentale e tecniche di registrazione video ad alta velocità con viscosità dello strato fuso nell'intervallo da 0,005 Pa s a 0,04 Pa s. I risultati ottenuti confermano l'influenza della viscosità dello strato liquido e il effetti che determinano lo sviluppo dei fenomeni di trascinamento. I risultati balistici mostrano che lì è una soppressione del trascinamento per i carburanti caricati SEBS (polimero termoplastico) è significativo con una riduzione del tasso di regressione per il 5% SEBS e il tasso di regressione è scarso per il 10% SEBS rispetto alla paraffina pura cera.