Conceptualisation, Implementation and Commissioning of a Controlled Pyrolysis Rig : KTH Master Thesis Report

Autor: Monga, Arjun
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2023
Předmět:
Druh dokumentu: Text
Popis: Liquid methane has seen popular interest from industry and academia as a next-generation rocket fuel due to its favorable performance characteristics and potential for extra-terrestrial in-situ resource utilisation. Since the rocket combustion chamber and nozzle are subject to high heat loads, regenerative cooling is a standard method to achieve lower temperatures. Hydrocarbon fuels such as methane undergo thermal decomposition when flowing through the regenerative cooling channels resulting in the deposition of a solid carbonlayer along the channel walls. This deposition, which can be catalysed by the channe lmaterial, can lead to reduced engine performance and longevity. An experimental facility equipped with a straight additive-manufactured cooling channel is currently being used at KTH to replicate the phenomena found in real cooling channels. In order to simplify the interpretation of that data and enable rapid characterisation of materials with respect to their deposition behaviour, the current project involves the conceptualisation, implementation and commissioning of a controlled pyrolysis rig. System and sub-system level tests are conducted to characterise and validate the rig’s behaviour and performance. The developed rig is able to pyrolyse methane and deposit solid carbon on heated nickel samples and is able to purge the system with nitrogen. The sample temperature, sample configuration, gas volume flow rate, gas pressure and gas temperature can be measured and all except gas temperature can be actively controlled.
Flytande metan har sett ett populärt intresse från industrin och den akademiska världen som nästa generations raketbränsle på grund av dess gynnsamma prestandaegenskaper och potential för utomjordiskt resursanvändning på plats. Eftersom raketförbränningskammaren och munstycket utsätts för höga värmebelastningar är regenerativ kylning en standardmetod för att uppnå lägre temperaturer. Kolvätebränslen såsom metan genomgår termisk nedbrytning när de strömmar genom de regenerativa kylkanalerna, vilket resulterar i avsättning av ett fast kolskikt längs kanalväggarna. Denna avsättning, som kan katalyseras av kanalmaterialet, kan leda till minskad motorprestanda och livslängd. En experimentanläggning utrustad med en rak additivtillverkad kylkanal används för närvarande på KTH för att replikera de fenomen som finns i riktiga kylkanaler. För att förenkla tolkningen av dessa data och möjliggöra snabb karakterisering av material med avseende på deras deponeringsbeteende, involverar det aktuella projektet konceptualisering, implementering och driftsättning av en kontrollerad pyrolysrigg. Tester på system- och delsystemnivå genomförs för att karakterisera och validera riggens beteende och prestanda. Den utvecklade riggen kan pyrolysera metan och avsätta fast kol på upphettade nickelprover och kan rensa systemet med kväve. Provets temperatur, provkonfiguration, gasvolymflöde, gastryck och gastemperatur kan mätas och alla utom gastemperaturen kan kontrolleras aktivt.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
Externí odkaz: