Los cohetes modernos y sus vehículos de lanzamiento comúnmente se basan en mezclas de hidrógeno y oxígeno como propulsores, pero esta combinación es altamente explosiva. La catástrofe del transbordador espacial Challenger de 1986 se asocia con el autoencendido de tales mezclas.
Los riesgos de explosión se mitigan con la evaporación y la combustión de las gotas dentro de las mezclas de aerosol de hidrógeno y oxígeno. Dentro de las cámaras de combustión de cohetes, se utiliza el proceso idéntico de evaporación y combustión, por lo que una comprensión sólida de cómo se comportan estos procesos es esencial para evaluar la efectividady seguridad de los motores líquidos de hidrógeno-oxígeno.
En el marco de la investigación motivada por el desastre del Challenger, el Grupo de Física Aplicada en el Centro de Investigación Ames de la NASA, en colaboración con investigadores de la División de Supercomputación en el Centro de Investigación Ames de la NASA, y con físicos del Instituto de Tecnología de Nueva Jersey, Newark, ySouth Dakota School of Mines and Technology, persiguió todos los mecanismos posibles para encender explosiones de hidrógeno líquido y mezclas de oxígeno líquido en situaciones similares. Su análisis reveló nuevos mecanismos, que, a su vez, requirieron una comprensión más profunda de la forma en que las gotas de hidrógeno se queman dentro de estosmezclas
Los físicos del Grupo de Física Aplicada en el Centro de Investigación Ames de la NASA ahora informan letras de física aplicada , por AIP Publishing, que sus hallazgos anteriores los inspiraron a explorar aún más los escenarios de evaporación y quema de gotas de hidrógeno que son inducidas por la radiación infrarroja de un gas caliente que se forma cuando se quema una mezcla de hidrógeno y oxígeno.
Este trabajo es el primer estudio en profundidad conocido que explora las condiciones extremas de evaporación y quema de mezclas de aerosoles de hidrógeno y oxígeno. El grupo, que incluye a Viatcheslav Osipov, Marina Marchenko y Michael Khasin, profundizó en una compleja combinación de radiación, evaporación, temperatura crítica muy baja del hidrógeno líquido y termodifusión negativa moléculas de hidrógeno que se mueven de regiones frías a calientes de hidrógeno gaseoso en una mezcla gaseosa de oxígeno-hidrógeno.
Los principales procesos físicos en juego en este tipo de combustión son una evaporación explosiva, muy rápida, de las gotas de hidrógeno líquido en respuesta al calentamiento radiativo del gas ambiente caliente, seguido de una combustión lenta del hidrógeno gaseoso.
"Nos sorprendió bastante la separación extrema en la escala de tiempo", dijo Michael Khasin, investigador principal y jefe adjunto del Grupo de Física Aplicada del Grupo de Investigación Ames de la NASA. "Estos son los procesos que probablemente fueron responsables de la explosión del Challenger, y se espera que ocurran dentro de la cámara de combustión líquida del motor de los cohetes que usan combustible líquido de hidrógeno-oxígeno ".
Khasin y sus colegas también hicieron el descubrimiento intrigante de que ocurren diferentes mecanismos de combustión, dependiendo del tamaño de las gotas de hidrógeno.
"Una de las aplicaciones para este hallazgo es que ahora permite la optimización de los sistemas de pulverización dentro de los motores de combustión de cohetes de hidrógeno líquido-oxígeno", dijo Khasin.
Una amplia gama de problemas relacionados con la evaporación de las gotas de líquido criogénico y la quema también se beneficiarán del método numérico extremadamente preciso desarrollado por el grupo durante el transcurso de este trabajo.
Luego, el grupo planea explorar "diferentes escenarios de la evaporación de las gotas de hidrógeno mientras se enfría por aspersión el tanque criogénico en condiciones de microgravedad", dijo Khasin. "Este proceso es importante para la gestión segura y eficiente del combustible criogénico en misiones en el espacio profundo".
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Materiales proporcionado por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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