Entrainment phenomena of paraffin based fuels in hybrid rocket engines combustion

The thesis is intended to investigate the entrainment phenomenon, simulating a flow of air parallel to a paraffin surface, in order to study the effect of different velocity profiles in the formation of droplets of paraffin in the above-mentioned flow. The effect is measured in terms of number of droplets and their sizes, being parameters that determine the regression rate in hybrid rockets which is one of the most important parameters in the performance of the rocket engines. The used tool is Gerris which is a free software program for the solution of the partial differential equations describing a fluid flow and allows the study of multiphase flows through a Volume of Fluid Method which is a numerical technique for tracking and locating interfaces, in particular fluid-fluid ones.

La tesi è rivolta allo studio del fenomeno di cattura di gocce di combustibile liquido da parte di un flusso convettivo in moto sopra una superficie. In particolare l'attenzione è rivolta a uno strato di combustibile liquido a base paraffinica soprastante il combustibile allo stato solido. Vengono considerati diversi profili di velocità e l'effetto risultante è studiato in termini di numero di gocce e relative dimensioni al variare della viscosità dello stato liquido e della velocità del flusso convettivo. Il codice numerico utilizzato per questo studio è Gerris che risolve il sistema di equazioni differenziali alle derivate parziali descriventi il flusso multifase per mezzo di un metodo di tipo Volume di Fluido che rappresenta una tecnica numerica per il tracciamento e posizionamento dell'interfaccia tra gas e liquido. L'obbietivo finale della tesi è rivolto allo studio della velocità di regressione di combustibili basso fondenti, quali le paraffine, che trovano applicazione nella propulsione spaziale di tipo ibrido.