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Metadados

@PhDThesis{Fischer:2019:AtGéIn,
               author = "Fischer, Gustavo Alexandre Achilles",
                title = "Atomiza{\c{c}}{\~a}o de g{\'e}is por injetores 
                         centr{\'{\i}}fugos e jato-centr{\'{\i}}fugos para 
                         aplica{\c{c}}{\~o}es em propuls{\~a}o de foguetes",
               school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
                 year = "2019",
              address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
                month = "2019-03-25",
             keywords = "Injetores centr{\'{\i}}fugos, injetores 
                         jato-centr{\'{\i}}fugos, propelentes gelificados, pressure swirl 
                         injectors, jet-swirl injectors, gelled propellants.",
             abstract = "Esse trabalho apresenta uma investiga{\c{c}}{\~a}o 
                         te{\'o}rico-experimental da atomiza{\c{c}}{\~a}o de propelentes 
                         gelificados por meio de injetores centr{\'{\i}}fugos duais e 
                         jatocentr{\'{\i}}fugos duais, visando aplica{\c{c}}{\~o}es em 
                         propuls{\~a}o de foguetes. Esses injetores proporcionam 
                         atomiza{\c{c}}{\~a}o e mistura eficientes dos propelentes 
                         l{\'{\i}}quidos, al{\'e}m de permitirem o ajuste do {\^a}ngulo 
                         de cone do spray para uma dada queda de press{\~a}o ou 
                         vaz{\~a}o, reduzindo as dimens{\~o}es da c{\^a}mara de 
                         combust{\~a}o. Inicialmente {\'e} feita uma 
                         descri{\c{c}}{\~a}o da utiliza{\c{c}}{\~a}o dos g{\'e}is como 
                         propelentes em motores-foguete e apresentada uma revis{\~a}o da 
                         reologia dos fluidos newtonianos e n{\~a}o newtonianos. Em 
                         seguida s{\~a}o apresentadas as teorias de Abramovich e Klyachko, 
                         para an{\'a}lise do escoamento interno e o projeto dos injetores 
                         centr{\'{\i}}fugos duais, e a abordagem de Bayvel e Orzechowski 
                         com a teoria de Klyachko, para an{\'a}lise do escoamento interno 
                         e o projeto de injetores jato-centr{\'{\i}}fugo duais. A partir 
                         do estudo da reologia e da teoria de injetores 
                         centr{\'{\i}}fugos e jato-centr{\'{\i}}fugos, um modelo 
                         te{\'o}rico {\'e} proposto para o coeficiente de atrito em 
                         injetores centr{\'{\i}}fugos e jato-centr{\'{\i}}fugos com 
                         base na equa{\c{c}}{\~a}o do coeficiente de atrito de Darcy. Em 
                         seguida, s{\~a}o apresentados os projetos dos injetores seguindo 
                         os procedimentos de c{\'a}lculos propostos e considerando o novo 
                         modelo te{\'o}rico, para uso em propulsores bipropelentes 
                         empregando etanol l{\'{\i}}quido ou etanol gelificado (C2H5O) 
                         95% m/m como combust{\'{\i}}vel e per{\'o}xido de 
                         hidrog{\^e}nio (H2O2) 90% m/m como oxidante. As 
                         caracter{\'{\i}}sticas de atomiza{\c{c}}{\~a}o dos injetores 
                         constru{\'{\i}}dos foram estudadas usando {\'a}gua, etanol e 
                         etanol gelificado 72o INPM como fluidos de teste. Os coeficientes 
                         de descarga, os di{\^a}metros representativos de gotas, as 
                         distribui{\c{c}}{\~o}es dos tamanhos de gotas, as uniformidades 
                         das distribui{\c{c}}{\~o}es de massa, os {\^a}ngulos de cone 
                         dos sprays e as vaz{\~o}es m{\'a}ssicas dos propelentes foram 
                         determinados para diferentes press{\~o}es de inje{\c{c}}{\~a}o. 
                         Verifica-se que o etanol gelificado requer press{\~o}es 
                         significativamente maiores para ser atomizado do que o etanol 
                         l{\'{\i}}quido, devido {\`a} sua maior viscosidade. Os 
                         coeficientes de descarga para etanol gelificado s{\~a}o maiores 
                         que o etanol l{\'{\i}}quido e aumentam ligeiramente com o 
                         aumento da press{\~a}o de inje{\c{c}}{\~a}o. Observa-se que a 
                         forma{\c{c}}{\~a}o dos padr{\~o}es de pulveriza{\c{c}}{\~a}o 
                         para etanol gelificado {\'e} significativamente diferente daquela 
                         do etanol l{\'{\i}}quido, mudando de um cone oco largo para um 
                         cone oco estreito com o aumento da press{\~a}o. Com base no 
                         desempenho dos injetores investigados foi apresentado um estudo 
                         inicial de um cabe{\c{c}}ote de inje{\c{c}}{\~a}o visando a 
                         utiliza{\c{c}}{\~a}o de etanol gelificado e per{\'o}xido de 
                         hidrog{\^e}nio l{\'{\i}}quido em um propulsor bipropelente de 
                         baixo empuxo. ABSTRACT: This work presents a 
                         theoretical-experimental investigation of the atomization of 
                         gelled propellants through dual pressure swirl injectors and dual 
                         jet-swirl injectors for applications in rocket propulsion. These 
                         injectors provide efficient atomization and mixing of the liquid 
                         propellants. They also allow adjustment of the spray cone angle 
                         for a given pressure drop or flow rate, reducing the dimensions of 
                         the combustion chamber. Initially a description of the use of gels 
                         as propellants in rocket engines is presented and a revision of 
                         rheology of Newtonian and non-Newtonian fluids is presented. Then 
                         the theories of Abramovich and Klyachko, for analysis of the 
                         internal flow and the design of the dual pressure swirl injectors, 
                         and the approach of Bayvel and Orzechowski with the Klyachko's 
                         theory, for internal flow analysis and the design of dual 
                         jet-swirl injectors. From the study of rheology and the theory of 
                         pressure swirl injectors and jet-swirl injectors, a theoretical 
                         model is proposed for the coefficient of friction in these 
                         injectors based on the Darcys coefficient of friction. Next, the 
                         injector designs are presented following the proposed calculation 
                         procedures and considering the new theoretical model, for use in 
                         bipropellant thrusters using 95% m/m liquid or gelled ethanol 
                         (C2H5O) as fuel and 90% m/m hydrogen peroxide (H2O2) as the 
                         oxidant. The atomization characteristics of the manufactured 
                         injectors were studied using water, ethanol and 72o INPM gelled 
                         ethanol as test fluids. Discharge coefficients, representative 
                         droplet diameters, droplet size distributions, mass distributions 
                         uniformities, spray cone angles and mass flow rates of the 
                         propellants were determined at different injection pressures. It 
                         is found that gelled ethanol requires significantly higher 
                         pressures to be atomized than liquid ethanol because of its higher 
                         viscosity. The discharge coefficients for gelled ethanol are 
                         higher than liquid ethanol and increase slightly with increasing 
                         injection pressure. It is noted that the formation of spray 
                         patterns for gelled ethanol is significantly different from that 
                         of liquid ethanol, changing from a wide hollow cone to a narrow 
                         hollow cone with increasing pressure. Based on the performance of 
                         the investigated injectors, an initial study of an injection plate 
                         was presented aiming the use of gelled ethanol and liquid hydrogen 
                         peroxide in a low thrust bipropellant rocket.",
            committee = "Costa, Fernando de Souza (presidente/orientador) and Savonov, 
                         Roman Ivanovitch and Mendon{\c{c}}a, M{\'a}rcio Teixeira de and 
                         Marques, Rodrigo Intini and Lacava, Pedro Teixeira and Rodriguez, 
                         Christian Jeremi Coronado",
         englishtitle = "Atomization of gels by pressure swirl and jet-swirl injectors for 
                         rocket propulsion applications",
             language = "pt",
                pages = "506",
                  ibi = "8JMKD3MGP3W34R/3SSG9KH",
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           targetfile = "publicacao.pdf",
        urlaccessdate = "05 dez. 2020"
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