@MastersThesis{Dias:2021:AtLiGe,
author = "Dias, Gabriel Silva",
title = "Atomization of liquid and gelled simulant propellants by impinging
jets",
school = "Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)",
year = "2021",
address = "S{\~a}o Jos{\'e} dos Campos",
month = "2020-10-26",
keywords = "atomization, jet impingement, liquid propellants, gelled
propellants, spray, atomiza{\c{c}}{\~a}o, colis{\~a}o de jato,
propelentes l{\'{\i}}quidos, propelentes gelificados, spray.",
abstract = "This work presents an experimental study of the atomization
process by jet impingement of liquid and gelled simulant
propellants. Like and unlike jets of liquid water, gelled water,
liquid hydrous ethanol and gelled hydrous ethanol were tested for
different injection pressures, collision distances and collision
angles. Experimental data were given in terms of jet momenta and
conventional or generalized non-dimensional numbers, Re, Regen, We
and Wegen, for liquids and gels. A power law model was adopted to
represent the gelled fluids and to define the generalized
parameters. Shadow images of the collision sheets were obtained
with help of a high speed camera and droplet velocities were
calculated by an open PIV software. A patternator was used to
estimate mass flux distributions of the sprays formed. Droplet
size distributions and representative droplet diameters (SMD and
Dv10) were determined by a laser diffraction system. Collision
sheet geometries were compared to theoretical model predictions,
showing good agreement for liquids. Experimental spray mass flux
distributions presented a good agreement with literature data.
Images from a high speed camera showed that gel sprays can form
complex structures with presence of holes, rails and/or fishbone
geometries. Disturbances and impact waves in the collision sheet
produce ligaments from which droplets are detached. Transient
behavior was observed in some cases with presence of different
geometrical configurations. Long ligaments require larger
distances to fragment into drops and even with high injection
pressures some ligaments do not break up. Such delay or no
ligament disintegration of the gel film probably occurs as
consequence of the absence or low intensity of impact waves
introduced by the colliding jets. The atomization of gelled fluids
was improved by using a colliding liquid jet, which acts as an
atomization assistant which generates disturbances to the
gel/liquid film. Unlike jet impingement of gels, even with same
jet momentum, creates a shear layer in the collision sheet due to
the different jet velocities, improving the atomization process.
RESUMO: Este trabalho apresenta um estudo experimental do processo
de atomiza{\c{c}}{\~a}o por jatos colidentes de simulantes de
propelentes l{\'{\i}}quidos e gelificados. Jatos de fluidos
iguais ou diferentes de {\'a}gua l{\'{\i}}quida, {\'a}gua
gelificada, etanol l{\'{\i}}quido e etanol gelificado foram
testados com diferentes press{\~o}es de inje{\c{c}}{\~a}o,
dist{\^a}ncias de colis{\~a}o e {\^a}ngulos de colis{\~a}o. Os
dados experimentais foram apresentados em termos da quantidade de
movimento dos jatos e de n{\'u}meros adimensionais convencionais
ou generalizados, Re, Regen, We and Wegen, para l{\'{\i}}quidos
e g{\'e}is. Um modelo de lei de pot{\^e}ncia foi adotado para
representar os fluidos gelificados e definir os par{\^a}metros
generalizados. Imagens shadowgraph das folhas de colis{\~a}o
foram obtidas com a ajuda de uma c{\^a}mera de alta velocidade e
um software PIV aberto foi adotado para c{\'a}lculo das
velocidades das gotas. Um paternador foi usado para estimar as
distribui{\c{c}}{\~o}es de fluxo de massa dos sprays formados.
Distribui{\c{c}}{\~o}es de tamanho de gota e di{\^a}metros de
gota representativos (SMD e Dv10) foram determinados por um
sistema de difra{\c{c}}{\~a}o a laser. As geometrias das folhas
de colis{\~a}o foram comparadas {\`a}s previs{\~o}es de um
modelo te{\'o}rico, mostrando boa concord{\^a}ncia para
l{\'{\i}}quidos. As distribui{\c{c}}{\~o}es de fluxo de massa
dos sprays medidas experimentalmente apresentaram boa
concord{\^a}ncia com dados da literatura. As imagens shadow
obtidas pela c{\^a}mera de alta velocidade mostraram que os
sprays de gel podem formar estruturas complexas com
presen{\c{c}}a de furos, trilhos e/ou geometrias em espinha de
peixe. Perturba{\c{c}}{\~o}es e ondas de impacto na folha de
colis{\~a}o produzem ligamentos dos quais as gotas s{\~a}o
destacadas. Um comportamento transiente foi observado em alguns
casos com presen{\c{c}}a de diferentes configura{\c{c}}{\~o}es
geom{\'e}tricas. Os ligamentos longos requerem dist{\^a}ncias
maiores para se fragmentarem em gotas e, mesmo com altas
press{\~o}es de inje{\c{c}}{\~a}o, alguns ligamentos n{\~a}o
se rompem. Esse retardo ou n{\~a}o desintegra{\c{c}}{\~a}o
ligamentar do filme de gel provavelmente ocorre em
decorr{\^e}ncia da aus{\^e}ncia ou baixa intensidade das ondas
de impacto introduzidas pelos jatos em colis{\~a}o. A
atomiza{\c{c}}{\~a}o dos fluidos gelificados foi melhorada com o
uso de um jato colidente de l{\'{\i}}quido, que atua como um
assistente de atomiza{\c{c}}{\~a}o que gera dist{\'u}rbios no
gel/filme l{\'{\i}}quido. No caso de colis{\~a}o de jatos de
g{\'e}is diferentes, mesmo com uma mesma quantidade de movimento
dos jatos, forma-se uma camada de cisalhamento na folha de
colis{\~a}o devido {\`a}s diferentes velocidades dos jatos,
facilitando o processo de atomiza{\c{c}}{\~a}o.",
committee = "Costa, Fernando de Souza (presidente/orientador) and Silva,
Adriana Maria da and Mendon{\c{c}}a, M{\'a}rcio Teixeira de and
Carvalho J{\'u}nior, Jo{\~a}o Andrade de",
englishtitle = "Atomiza{\c{c}}{\~a}o por jatos colidentes de simulantes de
propelentes l{\'{\i}}quidos e gelificados",
language = "en",
pages = "126",
ibi = "8JMKD3MGP3W34R/43FSSKH",
url = "http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP3W34R/43FSSKH",
targetfile = "publicacao.pdf",
urlaccessdate = "03 maio 2024"
}