Auslegung und numerische Simulation zu strömungs- und thermodynamischen Aspekten einer Untersuchungsanlage zur Gasbeschleunigung mittels des Magnet-Gas-Dynamik-Effektes


Design and Numerical Simulation to Flow and Thermodynamical Aspects of an Experimental Facility for Gas Acceleration Using Magneto-Gas-Dynamic-Effects

 

tarik barth

09/05 - 03/06

Inhaltsverzeichnis

1. Übersicht

2. Einführung

3. Zum Stand Der Technik - State of the Art

4. Zur Theorie

5. Ergebnisse

6. Zusammenfassung

7. Ausblick

8. Quellen

9. Originalarbeit

10. Über den Autor

11. Impressum

 

Übersicht

Die vorliegende Masterarbeit widmet sich dem Thema der Auslegung und numerischen Simulation zu strömungs- und thermodynamischen Aspekten einer Versuchsanlage zur Gasbeschleunigung. Unter Anwendung eines Magnet-Gas-Dynamik-Beschleunigers soll die Strömung auf Hyperschallgeschwindigkeit beschleunigt und in einem Kanal untersucht werden. Hierfür wird zunächst Wasserstoff unter Zugabe von Luft in einer Brennkammer verbrannt. Anschließend findet in einer Lavaldüse die Umwandlung der Hochenthalpieströmung in kinetische Energie statt. Danach wird das Gas im MGD-Beschleuniger mittels Elektronenstrahlen und Verkeimung ionisiert, um eine weitere Beschleunigung aufgrund der wirkenden elektromagnetischen Felder (Lorentzkraft) zu ermöglichen. Schlussendlich soll die erzeugte Hyperschallströmung in einem Diagnostikkanal untersucht werden.

Um ein problemloses Ausströmen des Gases in die Umgebung zu ermöglichen, wird die Strömung in einem Diffusor durch gezielt erzeugte Verdichtungsstöße auf Unterschall abgebremst. Als Folge daraus steigt der statische Druck und die Temperatur im Fluid, weshalb das Gas in eine Expansionskammer geleitet und mit Wasser gekühlt wird.

Bei der Auslegung der Anlage wird auf die eindimensionale Stromfadentheorie zurückgegriffen. Das bei der Verbrennung entstehende Rauchgas wird als isentrop, adiabat behandelt. Die Reibungsverluste werden durch Korrekturfaktoren erfasst.

 


 

This Master thesis deals with the design and numerical simulation of flow and thermodynamical aspects of an experimental facility for gas acceleration. Under application of a Magneto-Hydro-Dynamic-accelerator, the flow will be accelerated to hypersonic speeds and will be investigated in a channel. Firstly, for this purpose hydrogen will be burned with air in a combustion chamber. Afterwards, a transformation of the high enthalpy flow to kinetic energy takes place in a Laval nozzle. After this, the gas will be ionised at the MHD-accelerator using e-beams and seeding in order to make possible a further acceleration due to the electromagnetic fields (Lorentz force). Finally, the generated hypersonic flow can be investigated in a diagnostics channel.

In order to enable a smooth escape of the gas in the environment, the flow will be decelerated at the last section of the experimental facility in a diffuser due to purposeful generated shocks. As a consequence of this, the static pressure and temperature of the fluid increases, therefore the gas flows into an expansion chamber and is cooled down with water.

For the design of the facility, one-dimensional streamline theory will be used. The burnt gas, which results from combustion, will be modelled as isentropic and adiabatic. The friction losses will be observed using correction factors.

 

Einführung

Die auf chemischen Treibstoffen beruhende Antriebstechnologie stößt an ihre Grenzen der Entwicklungsmöglichkeiten. Gewisse Potentiale sind noch in der optimierten Treibstoffkombination, Prozessführung sowie in konstruktiven Änderungen zu sehen, doch sind diese bereits weitgehend ausgeschöpft. Um die Einsatzmöglichkeit der Luft- und Raumfahrt zu erweitern und dessen Wirtschaftlichkeit zu steigern, ergibt sich die Notwendigkeit, neue Antriebstechnologien zu konzipieren bzw. die bestehenden (chemischen) Antriebe zu ergänzen. Besonders sei hier auch auf den interkontinentalen Flugverkehr hingewiesen, dessen Einsatz tagtäglich und dessen "`Reisegeschwindigkeit"' mit Hyperschall erfolgen soll.

 

Zum Stand Der Technik - State of the art

Magnethydrodynamik

Die Theorie zur Magnethydrodynamik fußt bereits auf eine 185-jährige Entwicklung, wobei Humhrey und Faraday zu den wissenschaftlichen Pionieren zählen. Zwischenzeitlich sind zahlreiche Untersuchungen bzw. Erkenntnisse gewonnen worden.

Prinzipiell wird die Anwendung des MGD-Effektes in zwei Teilgebiete eingeteilt. (Neben diesen beiden Hauptgruppen gibt es auch noch andere Anwendungsfälle wie die der Plasmachemie, Metallurgie, Lichtbogenschweißen, Bogenlampen, UV-Strahler, Schaltertechnik, usw..) Zum einen ist es die der MHD-Generatoren und zum anderen die der MHD-Beschleuniger. Auf die Generatoren soll nicht näher eingegangen werden, da sie für diese Arbeit nicht von elementarer Bedeutung sind.

Bei den MHD-Beschleunigern wird die Gasströmung wird durch ein sehr starkes elektromagnetisches Feld zusätzlich beschleunigt. Demnach findet eine Umwandlung von elektrischer in kinetische Energie statt.

Love und Park konnten in ihren experimentellen Untersuchungen nachweisen, dass eine Beschleunigung unter Anwendung des MGD-Effektes möglich ist. [Vgl. Love, W. L. u. Park, C.: "An Experiment on the MHD-Driven Rotating Flow for a Gas Core Nuclear Rocket", 1970, S. 1377-1385] Sie zeigten, dass es zu einem Wechselspiel zwischen magnetischem und elektrischem Feld kommt, woraus ein rotierender Volumenstrom resultiert. Aus der Rotation folgen wiederum ein Druckanstieg in Wandnähe und ein entsprechender Druckabfall im Zentrum. Das verwendete Gasgemisch aus Helium und Xenon konnte auf Ma =2.5 beschleunigt werden.

Besonders große Bedeutung hat der MHD-Beschleuniger in der Luft- und Raumfahrttechnik, da er die Möglichkeit bietet, im Vergleich zu den chemischen Antrieben eine größere Schubkraft zu erzeugen. Ferner gibt es hierzu Konzepte, wonach die Anwendung eines MHD-Beschleunigers mit einem MHD-Generator gekoppelt ist. Diese Zusammenfügung wird gegenwärtig als Erweiterungseinheit zu so genannten "Scramjet"-Antrieben untersucht. ("Scramjet"-Antriebe sind luftatmende, mit Verbrennung bei Überschall arbeitende Triebwerke, die vornehmlich den Einsatzbereich bei Ma>5 ermöglichen.)

Durch den MHD-Generator wird der Strömung am Eingang Energie entzogen, die nach der Verbrennung in der Brennkammer durch den MHD-Beschleuniger dem System wieder zugeführt wird. Die Geschwindigkeitsverzögerung im Eintritt hat u.a. den Hintergrund, dass dadurch eine gute Durchmischung von Luft und eingespritztem Brennstoff erzielt werden kann, die zu einem befriedigenden Verbrennungswirkungsgrad führt. Ferner kommt es im Generator zu einem Druckanstieg, wodurch die Ablösung der Strömung verhindert wird.

Ein weiteres Anwendungsgebiet ist der MHD-Kanal, in dem nur eine Beschleunigung des Fluids stattfindet und kein Generator implementiert ist. Diese Methode wird bei der auszulegenden Versuchsanlage eine wichtige Rolle spielen.

Hierzu haben Murray u.a. Untersuchungen in einem MHD-Kanal bei einer Luftströmung von Ma=3 durchgeführt. [S. dazu: Murray, R. C. u.a.: "Investigation of a Mach 3 Cold Air MHD Channel", 2003] Das Experiment beruhte auf einer sehr kurzweiligen und unter hohen Spannung gepulsten Ionisation (t=2 ns, f=100 kHz und U=10 kV/cm) der Luft bei Umgebungsdruck. Damit konnte im Kanal ein volumenfüllendes, kaltes Nichtgleichgewichtsplasma erzeugt werden, welches durch ein Magnetfeld von 5 Tesla beschleunigt wird.

Ergänzend sei auf die Untersuchungen von Palm u.a. hingewiesen, die auf die MHD-Effekte im Überschallbereich einer schwach ionisierten Strömung eingehen. [S. dazu: Palm, P. u.a.: "MHD Effect on a Supersonic Weakly Ionized Flow", 2002] Im Besonderen ist von ihnen der Einfluss der Lorentzkraft auf die Turbulenzen der Strömung in Grenzschichtnähe untersucht worden, deren Ergebnisse an dieser Stelle nicht weiter verfolgt werden sollen. Vielmehr ist hier von Interesse, welche Versuchsparameter gewählt bzw. erreicht werden konnten. So ist ihnen z.B. gelungen, ein Nichtgleichgewichtsplasma für eine Dauer von mehreren Sekunden bei Ma=2-4 aufrecht zu erhalten. Die Elektronendichte ne lag dabei zwischen 10^9 und 10^11 Elektronen pro cm^3. Allerdings befand sich der Versuchsdruck zwischen 0.003 und 0.016 bar (bzw. 2-12 Torr). Mit dieser Untersuchung wird verdeutlicht, welche Vorteile es hat, wenn bei der Plasmaerzeugung ein extremer Unterdruck herrscht. Entsprechend aufwendiger wird die Ionisation bei Atmosphären- oder gar Überdruck.

 

Zur Theorie

Plasma

Das Plasma stellt neben den Zuständen des Festkörpers, der Flüssigkeit und des Gases den so genannten vierten Aggregatzustand der Materie dar. Dabei werden Plasmen als quasineutrale Vielteilchensysteme in Form gasartiger bzw. fluider Mischungen freier Elektronen und Ionen sowie eventuell neutraler Teilchen (Atome, Moleküle, Radikale) mit einer hohen mittleren kinetischen Energie der Elektronen oder aller Plasmakomponenten definiert. [Vgl. Rutscher, A. u. Deutsch, H}: "Plasmatechnik: Grundlagen und Anwendung", 1984, S. 13]

Ein reales Gas besteht aus Atomen und Molekülen, wobei die mittlere kinetische Energie dieser Teilchen im Vergleich zu ihrer potentiellen Energie relativ groß ist. Was die Struktur der Teilchen betrifft, so sind diese keine Punktteilchen, sondern besitzen eine innere Struktur. In diesem Sinne bestehen Moleküle aus Atomen und diese aus einem Atomkern und Elektronen. Bei einer ausreichend großen kinetischen Energie zerbrechen die Teilchen beim Zusammenstoßen in ihre Komponenten - die Moleküle dissoziieren zu Atomen und aus Atomen entstehen Ionen und Elektronen (Ionisation). Das Ion ist ein in der Regel positiv geladenes Atom, oder - mit anderen Worten - ein Atom, dem ein oder mehrere Elektronen fehlen.

Zur Plasmaerzeugung steht eine Vielzahl an Methoden zur Verfügung, von denen hier nur auf die genannt werden sollen, die für diese Arbeit von Interesse sind. Zunächst haben alle Varianten der Plasmaerzeugung gemein, dass sie dem Fluid extrem hohe Energie zuführen, um die Ionisation zu erzielen. Die Energie wird in den meisten Fällen durch Gleichspannungen oder elektromagnetische Felder im Radiofrequenz- und Mikrowellenbereich eingebracht. Außerdem kann das Energieniveau durch eine thermische Energieeinspeisung erhöht werden.

Die folgende Auflistung soll einen Überblick zu den prinzipiellen Ionisations-Verfahren geben:

  • Thermisch
  • Elektronenstrahl
  • Radiofrequenzentladungen
  • Mikrowellen

Magnet-Gas-Dynamik-Effekt

Die Magnet-Gas-Dynamik (MGD) wird des Öfteren auch als Magnethydrodynamik (MHD) bezeichnet. Beide Begriffe stehen für die Dynamik von magnetisierten Fluiden oder Plasmen, wobei als Grundlagen neben der Fluidynamik die Elektrodynamik und die Plasmaphysik dienen.

Grundsätzlich erfordert die MHD-Strömung eine komplexe Modellierung, da bei ihr ergänzend zur konventionellen Strömungsdynamik die Komplexität eines strömenden Plasmas betrachtet werden muss, das zusätzlich der Einwirkung eines starken elektromagnetischen Feldes ausgesetzt ist. Durch die Ionisation des Treibgases ist es möglich, das dynamische Verhalten (Geschwindigkeit und Richtung) des Plasmas mittels Elektromagnetfeldern zu beeinflussen. Dabei wird das erzeugte Plasma beschleunigt und ausgestoßen. Somit trägt der Magnet-Gas-Dynamik-Effekt unterstützend dazu bei, dass das Treibgas auf die zur Schubkrafterzeugung erforderliche hohe Geschwindigkeit (mehrere km/s) beschleunigt wird.

Die treibende Kraft der Gasbeschleunigung ergibt sich aus der Summme aus Coulomb- und Lorentzkraft. Siehe nachstehende Abbildung.

Abb. Darstellung der resultierenden Kraft [Quelle: Wikipedia (mit eigenen Änderungen)]

 

Ergebnisse

Die nachstehende Abbildung zeigt die Entwicklung der Machzahl innerhalb der gesamten Versuchsanlage für einen Massenstrom von 2 kg/s.

Der qualitative Verlauf der Machzahl entspricht den physikalischen Gesetzmäßigkeiten einer Innenströmung mit veränderlichem Querschnitt bei den gegebenen Randbedingungen. Zu Beginn - im Düseneintritt - sind die Machzahl und Strömungsgeschwindigkeit sehr gering, wofür der statische Druck und die Temperatur sehr hoch sind. Durch den sich verkleinernden Strömungsquerschnitt wird das Fluid im engsten Düsenquerschnitt auf Schallgeschwindigkeit (Ma=1) beschleunigt.

Abb. Numerische Simulation zur Machzahlentwicklung in der Versuchsanlage

Anschließend findet eine weitere Machzahlzunahme aufgrund der Querschnittserweiterung statt, wobei sich der Druck und die Temperatur verringern. Die gesamte Strömung ist inneren Reibungsverlusten unterworfen, die vor allem im Isolations- und Diagnostikkanal erkennbar sind (Druck und Temperatur steigen an, Machzahl fällt). Da das Druckniveau im Kanalaustritt größer als der Umgebungsdruck (1 bar) ist, erfolgt im Diffusor eine weitere Expansion des Gases. Dabei entstehen Verdichtungsstöße, die zu einer deutlichen Absenkung der Machzahl und zu einem Anstieg des Druckes sowie der Temperatur beitragen.

 

Vergleich zwischen Simulation und Auslegung

Mit folgender Darstellung soll anhand der Machzahl und Temperatur der Unterschied zwischen einer ein-, zwei- und dreidimensionalen Berechnung veranschaulicht werden. Ferner ist bei den eindimensionalen Ergebnissen der Unterschied zwischen einer Berechnung mit Wandreibungs- und einer ohne Wandreibungseinflüsse dargestellt. Die Simulationen mit dem Tau-Code gehen von hydraulisch glatten Wandverhältnissen aus, wobei nicht die Möglichkeit besteht, diese Annahme zu modifizieren.

 

Abb. Vergleich der Ergebnisse zu den Strömungsparametern

 

Eine Gegenüberstellung der zwei- und dreidimensionalen Ergebnisse lässt erkennen, dass der qualitative Verlauf gut übereinstimmt. Daraus kann geschlussfolgert werden, dass der geometrische Übergang von der zylindrischen zur rechteckigen Querschnittskontur im Düseneintritt keine nennenswerten Strömungsprobleme nach sich zieht und damit ebenso nicht das oszillierende Strömungsverhalten hervorruft. Dies lässt sich daurch begründen, dass die zweidimensionale Berechnung ebenfalls einen wellenförmigen Kurvenverlauf aufweist. Da bei der zweidimensionalen Simulation die Gestalt der exakten Querschnittskontur infolge der einen fehlenden Dimension nicht berücksichtigt wird, werden die Unterschiede zwischen rechteckiger und zylinderförmiger Querschnittskontur nicht erfasst, und dennoch entsteht in beiden Fällen ein wellenförmiger Kurvenverlauf. Diese Erkenntnis ist sehr wichtig, da bei der Auslegung der Lavaldüse ungewiss gewesen ist, ob eine Änderung der Querschnittsgestalt negative Folgen auf den Strömungsverlauf ausübt.

Quantitativ unterscheiden sich die Ergebnisse der zwei- und dreidimensionalen Berechnungen mit zunehmender Strömungslänge. Vor allem im Isolations- und Diagnostikkanal gehen die Resultate beider Verfahren weit auseinander (z.B.: Kanalaustritt: Ma2D=3.0 gegenüber Ma3D=2.1). Zurückzuführen ist dies auf die Reibungsverluste im Fluid, die durch eine zweidimensionale Berechnung nicht vollständig erfasst werden.

Die Erfassung der Wandrauigkeit (k=0.1 mm) trägt gemäß der eindimensionalen Berechnungen im Kanalaustritt zu einer Reduzierung der Machzahl von 28 % bei. Dieses Ergebnis lässt sich für den dreidimensionalen Fall als Richtwert übernehmen, womit der Einfluss der Wandrauigkeit nachträglich erfasst werden kann.

 

Zusammenfassung

Die Vorauslegung kommt zu dem Ergebnis, dass ohne Anwendung des MGD-Effektes im Kanal eine Strömung mit Ma=3 möglich ist. Im Vergleich dazu erhöht sich die Machzahl mit MGD-Einfluss gemäß der eindimensionalen Berechnungen auf Ma=5.

Im Abschnitt zur numerischen Simulation werden zunächst zweidimensionale Voruntersuchungen durchgeführt, deren Ziele es sind, eine günstige Expansionskammergeomtrie sowie ein geeignetes Turbulenzmodell zu ermitteln. Besonders wird dabei auf die Gestaltung der Expansionskammer eingegangen, die anhand vier unterschiedlicher Geometrien analysiert wird. Dazu kann festgestellt werden, dass eine Umlenkung der Strömung in der Kammer eine starke Wirbelbildung hervorruft, die sich negativ auf das Strömungsbild im Diagnostikkanal auswirkt. Infolgedessen wird eine geradförmige, zylindrische Kammergeometrie festgelegt. Die Berechnungen zu den Turbulenzmodellen zeigen, dass das Spalart-Allmaras-Modell (1-Gleichungsmodell) im Vergleich zum k-w-Modell (2-Gleichungsmodell) hinreichend genaue Ergebnisse liefert, weshalb dem 1-Gleichungsmodell aus wirtschaftlichen Gründen dem Vorzug gegeben wird.

Für die dreidimensionalen numerischen Berechnungen werden zwei unterschiedliche Massendurchsätze ohne MGD-Einfluss simuliert. Daraus wird ersichtlich, dass sich für beide Fälle im Beschleuniger und Diagnostikkanal ein oszillierender Verlauf der Zustandsgrößen (Druck, Temperatur usw.) sowie der damit gekoppelten Machzahl ergeben. Der maximale Amplitudenwert tritt dabei stets an den Übergängen der einzelnen Systemkomponenten (Lavaldüse - MHD-Beschleuniger usw.) auf und verringert sich anschließend mit zunehmender Strömungslänge.

Die räumliche Simulation zeigt deutlich, dass die Reibungseffekte (ohne Wandreibung) größer sind als sie durch die eindimensionale Berechnung vorgegeben werden. Die höheren Reibungsverluste rufen größere Temperaturen und statische Drücke hervor. In diesem Zusammenhang empfiehlt es sich, im MGD-Beschleuniger den Anstieg des statischen Druckes aufgrund der Reibungseffekte durch eine erweiterte Querschnittsvergrößerung in kinetische Energie umzuwandeln. Entsprechendes gilt für die Kanalströmung, wobei auch hier eine leichte divergente Geometrie den Druckanstieg kompensieren kann. Prinzipiell sollte die Diagnostik der Strömung im vorderen Kanalbereich erfolgen, da hier der Machzahlabfall gering ausgeprägt ist.

Für eine Wandrauigkeit von k=0.1 mm ergibt sich im Kanal gemäß der eindimensionalen Auslegung eine Machzahlverringerung von etwa 28 %. Da die Wandrauigkeit in der Simulation unberücksichtigt bleibt, lässt sich deren Verlustanteil global erfassen, womit die Machzahl im Kanalaustritt zu Ma=1.9 angenommen werden kann. Aus den Ergebnissen im Beschleuniger-Austritt ohne MGD-Effekt lässt sich zwischen der ein- und dreidimensionalen Berechnung eine Gesamtdifferenz von ca. 6.5 % ableiten. Übertragen auf den Realfall mit MHD-Effekt bedeutet dies überschlägig, dass im Beschleuniger-Austritt mit Ma=4.7 gerechnet werden kann.

 

Ausblick

Weiterführende Untersuchungen sollten zum Inhalt haben, die geometrische Gestaltung der Versuchanlage auf ihren Einfluss zur Entstehung des oszillierenden Kurvenverlaufs hin zu überprüfen und bezüglich der divergenten Kanalgeometrie zu optimieren. Mit abgeschlossener Erweiterung des Tau-Codes auf die Gesetzmäßigkeiten der Magnethydrodynamik sollte außerdem eine gekoppelte Simulation (Strömung + elektromagnetische Felder) durchgeführt werden, um den MHD-Beschleuniger sowie dessen Wirkungsweise näher analysieren zu können.

 

Quellen

  • [1] Adamovich, I.V. u.a.: Analysis of the Power Budget and Stability of High- Pressure Nonequilibrium Air Plasmas, American Institute of Aeronautics and Astronautics, Denver, 2000
  • [2] Aliev, Yu. M.; Schlüter, H. u. Shivarova, A.: Guided-Wave-Produced Plasma, Springer Verlag, Berlin 2000
  • [3] Bauerfeind, K. u. Friedel, L.: Berechnung der dissipationsbehafteten kritischen Düsenströmung realer Gase, Springer Verlag, Berlin 2003
  • [4] Baerns, H.: Chemische Reaktionstechnik – Lehrbuch der Technischen Chemie, Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1987
  • [5] Bityurin, V.A. u.a.: Assessment of Hypersonic MHD Concepts, American Institute of Aeronautics and Astronautics, Tullahoma 1997
  • [6] Bohl, W.: Technische Strömungslehre, Vogel Buchverlag, Würzburg 2002
  • [7] Böckh, von P.: Fluidmechanik, Springer Verlag, Berlin 2004
  • [8] Böswirth, L.: Technische Strömungslehre, Vieweg Verlag, Wiesbaden 2004
  • [9] Bottini, H. u.a.: Is The MHD Scramjet Really An Advantage?, American Institute of Aeronautics and Astronautics, Huntsville, Alabama 2003
  • [10] Burakhanov, A. u.a.: Advancement of Scramjet MHD Concept, Russian Academy of Sciences IVTAN, Moscow 2000
  • [11] Chase, R.L. u.a.: Comments on MHD Energy Bypass Engine Powered Spaceliner, Progress in Astronautics and Aeronautics, Vol. 189, American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2000
  • [12] Colket, M.B.: Scramjet Fuels Autoignition Study, Journal of Propulsion and Power, Vol. 17, No. 2, 2001
  • [13] Curran, E.T. u. Murthy, S.N.B.: Scramjet Propulsion, American Institute of Aeronautics and Astronautics, 1999
  • [14] DLR: Technical Documentation of the DLR TAU-Code, DLR Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik, 2004
  • [15] Dobrovoljski, M.B.: ¡ Zidkostnjie Raketnjie Dvigateli, Maschinostroenie, Moskva 1968
  • [16] Eckelmann, H.: Einführung in die Strömungsmesstechnik, Teubner Verlag, Stuttgart 1997
  • [17] Esakov, I.I. u.a.: Creation of the Thrust and the Lifting Force in a Supersonic Flow with the Help of a Microwave Discharge, Moscow Radiotechnical Institute RAS, Moscow 2002
  • [18] Fraishadt, V.L. u.a.: Use of MHD systems in hypersonic aircraft, American Intitute of Physics, 1998
  • [19] Frey, M.: Behandlung von Strömungsproblemen in Raketendüsen bei überexpansion, Universität Stuttgart, Dissertation, Stuttgart 2001
  • [20] Cap, F.: Lehrbuch der Plasmaphysik und Magnetohydrodynamik, Springer Verlag, Berlin 1994
  • [21] Gaffney, L. u. Korte, J.: Analysis and Design of Rectangular-Cross-Section Nozzles for Scramjet Engine Testing, American Institute of Aeronautics and Astronautics, AIAA-2004-1137, 2004
  • [22] Gersten, K. u. Herwig, H.: Strömungsmechanik, Vieweg Verlag, Wiesbaden 1992
  • [23] Goldston, R.J. u. Rutherford, P.H.: Plasmaphysik, Vieweg Verlag, Wiesbaden 1998
  • [24] Grau, T.: Numerische Untersuchung von Plasmawindkanalströmungen zur Wiedereintrittssimulation, Fortschritt-Berichte VDI, Reihe 7, Nr. 412, Düsseldorf 2001
  • [25] Groß, A.: Numerische Untersuchung abgelöster Düsenströmungen, Technische Hochschule Aachen, Dissertation, Aachen 2002
  • [26] Hagemann, G.: überschallströmungen reagierender Gase in komplexen Düsenkonfigurationen von Hochleistungs-Raketentriebwerken, Universit ät Stuttgart, Dissertation, Stuttgart 1996
  • [27] Hänel, D.: Mathematische Strömungslehre I+II, RWTH Aachen, Aachen 2003
  • [28] Harada, N.: MHD Acceleration Studies at Nagaoka University of Technology, Nagaoka University of Technology, Japan (Nagaoka) 2001
  • [29] Harada, N. u.a.: Basic Studies on an Accelerator, Nagaoka University of Technology, Japan (Nagaoka) 2002
  • [30] Hellborg, R.: Electrostatic Accelerators, Springer Verlag, Berlin 2005
  • [31] Hu, K.: Berechnung reibungsbehafteter, kompressibler Düsenströmungen in der Strömungs- und Verfahrenstechnik, Universität-Gesamthochschule Siegen, Dissertation, Siegen 1997
  • [32] Hübner, K.: Einführung in die Plasmaphysik, Wissenschaftliche Buchgesellschaft, Darmstadt 1982
  • [33] Huzel, D.K. u. Huang, D.H.: Modern Engineering for Design of Liquid- Propellant Rocket Engines, American Institute of Aeronautics and Astronautics, Washington DC, 1992
  • [34] Jones, G.R. u.a.: Aerothermodynamic Issues Associated with Rail Gun Launched to Space Projectiles, American Institute of Aeronautics and Astronautics, Seattle, 1990
  • [35] Kalide, W.: Einführung in die Technische Strömungslehre, Carl Hanser Verlag, München Wien 1990
  • [36] Kathke, M.: Supraleitung - eine Einführung, Fachhochschule Aachen, Aachen 1999
  • [37] Kayukawa, N.: Open-cycle magnetohydrodynamic electrical power generation: a review and future perspectives, Center for Advanced Research of Energy Technology, Hokkaido University, 2003
  • [38] Kegel, W.H.: Plasmaphysik – Eine Einführung, Springer Verlag, Berlin 1998
  • [39] Knothe, K.: Finite Elemente: eine Einführung für Ingenieure, Springer Verlag, Berlin Heidelberg 1999
  • [40] Koschel, W.: Berechnung einer STERN-Düsenströmung unter Berücksichtigung von thermischen und chemischen Nichtgleichgewichtseffekten, Institut für Strahlantriebe und Turbomaschinen RWTH-Aachen, Aachen 2001
  • [41] Kramm, U.: Vorlesungsmanuskript zur Vorlesung Messtechnik, HTWKLeipzig, 1998
  • [42] Krasilnikov, A.V. u.a.: 15. MHD Electrical Power Generation in Result of Hydrogen/Oxygen Combustion, Central Research Institute of Machine Building, Moskau 2003
  • [43] Love, W. L. u. Park, C.: An Experiment on the MHD-Driven Rotating Flow for a Gas Core Nuclear Rocket, American Institute of Aeronautics and Astronautics, AIAA Journal, Vol. 8, No. 8, 1970
  • [44] Minty, M.G. u. Zimmermann, F.: Measurement and Control of Charged Particle Beams, Springer Verlag, Berlin 2003
  • [45] Macheret, S.O.; Shneider, M. S.; Miles, R. B.: Magnetohydrodynamic Power Extraction from Cold Hypersonic Airflows with External Ionizers, Journal of Propulsion and Power, Vol. 18, No. 2, Princeton 2002
  • [46] Macheret, S.O. u.a.: External Supersonic Flow and Scramjet Inlet Control by MHD with Electron Beam Ionization, American Institute of Aeronautics and Astronautics, AIAA-2001-0492, Princeton 2001
  • [47] Mattingly, J.D. u. Heiser, W.H.: Aircraft Engine Design, American Institute of Aeronautics and Astronautics, 1987
  • [48] Murray, R.C. u.a.: Investigation of a Mach 3 Cold Air MHD Channel, Department ofMechanical and Aerospace Engineering Princeton University, AIAA 203-4282, Princeton 2003
  • [49] Netz, H. u. Wagner, W.: Betriebshandbuch Wärme, Resch Verlag, München 1996
  • [50] Oertel, H.: Prandtl - Führer durch die Strömungslehre, Vieweg Verlag, Wiesbaden 2002
  • [51] Oertel, H. u. Laurien E.: Numerische Strömungsmechanik, Vieweg Verlag, Wiesbaden 2003
  • [52] Palm, P. u.a.:MHD Effect on a SupersonicWeakly Ionized Flow, American Institute of Aeronautics and Astronautics, AIAA-2002-2246, Hawaii 2002
  • [53] Paull, a. u. Stalker, R.J.: Scramjet Testing in the T3 and T4 Hypersonic Impulse Facilities, University of Queensland, Australia, 2000
  • [54] Rist, D.: Dynamik realer Gase, Springer Verlag, Berlin 1996
  • [55] Rutscher, A. u. Deutsch, H.: Plasmatechnik: Grundlagen und Anwendung, Carl Hanser Verlag, München 1984
  • [56] Sattelmayer, T.: Vorlesungsmanuskript zur Vorlesung ” Thermodynamik I und II“, TU-München, 2002
  • [57] Sabelnikov, V.A. u. Penzin, V.I.: Scramjet Research and Development in Russia, American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2000
  • [58] Schleichenmaier, R. u. Stix, M.: Magnetohydrodynamik – Teilgebiet der Plasmaphysik, Kiepenheuer-Institut für Sonnenphysik, Freiburg 2003
  • [59] Schesky, E. u. Kral, M.: Flugzeugtriebwerke, Rhombos-Verlag, Berlin 2003
  • [60] Schlichting, H.: Grenzschicht-Theorie, Springer Verlag, Berlin 1997
  • [61] Schmucker, R.: Strömungsvorgänge beim Betrieb überexpandierter Düsen chemischer Raketentriebwerke Report TB-7-10-14, Technische Universit ät München, 1973
  • [62] Schmutzler, R.W.: Vorlesungsmanuskript zur Vorlesung ” Physikalische Chemie I“, Universität Dortmund, 2003
  • [63] Schumacher, U.: Vorlesungsmanuskript zur Vorlesung ” Physik der Materie“, Universität Stuttgart, 2002
  • [64] Sleziona, C.: Hochenthalpieströmungen für Raumfahrtanwendungen, Shaker Verlag, Habilitation, Aachen 1999
  • [65] Schönung, B. E.: Numerische Strömungsmechanik, Springer-Verlag, Berlin 1990
  • [66] Schwarzer, K.: Vorlesungsmanuskript zur Vorlesung ” Technische Thermodynamik“, Fachhochschule Aachen, 2002
  • [67] Spalart, P.R. u. Allmaras, S.R.: A one-equation turbulence model for aerodynamic flows, American Institute of Aeronautics and Astronautics, 1994
  • [68] Spurk, J.H.: Strömungslehre, Springer-Verlag, 1989
  • [69] Strahlenschutzkommission (SSK): Grenzwerte und Vorsorgemaßnahmen zum Schutz der Bevölkerung vor elektromagnetischen Feldern, Urban & Fischer, Heft 29, 2001
  • [70] Truckenbrodt, E.: Fluidmechanik - Band 2, Springer-Verlag, Berlin 1998
  • [71] VDI : VDI-Wärmeatlas, VDI-Verlag, 1991
  • [72] Vujovic, V.; Lekic, A. u. Popovic, A.: Coal Fired Magnetohydrodynamic Energy Conversion, ITEN Energoinvest, Sarajevo 1986
  • [73] Wille, R.: Vorlesungsmanuskript zur Vorlesung ” Strömungslehre“, Technische Universität Berlin, Berlin 2005
  • [74] Winter, R.: SLAN II Großvolumige Plasmaquelle für den industriellen Einsatz, Dissertation Wuppertal, Wuppertal 1997
  • [75] Wilcox, D.C.: Reassesment of the scale determing equation for advanced turbulence models, American Institute of Aeronautics and Astronautics, 1988
  • [76] Winter, W.F.: Technische Wärmelehre, Girardet Verlag, Essen 1984
  • [77] Wörrlein, K.: Vorlesungsmanuskript zur Vorlesung ” Flugantriebe und Gasturbinen“, Technische Universität Darmstadt, Darmstadt 2001
  • [78] Zierep, J.: Theoretische Gasdynamik, G. Braun Verlag, Karlsruhe, 1991

Originalarbeit

Download der Originalarbeit.

Über den autor

Über den Autor


 

Dipl.-Ing. (FH) Tarik Barth , geboren am 20.09.1980 in Leipzig.

 

  • Station 1: Grund- und Oberstufe bis zum Abitur (1987 - 2000)
  • Station 2: Maschinenbaustudium (Diplom) an der HTWK (2000 - 2004)
  • Station 3: Maschinenbaustudium (Master) an der HTWK und University of Paisley (2004 - 2006)

Impressum

Autor
Tarik Barth
Goldacher Str. 9
D-04205 Leipzig
Tarik.Barth(at)dlr.de
Betreuer (HTWK)
Prof. Dr.-Ing. Carsten Klöhn
Technische Mechanik / Rechneranwendung
FB Maschinen- und Energietechnik / HTWK Leipzig
Koburger Str. 62,
D 04416 Markkleeberg
kloehn(at)me.htwk-leipzig.de
Prof. Dr.-Ing. Dieter Schilk
Strömungslehre
FB Maschinen- und Energietechnik / HTWK Leipzig
Koburger Str. 62,
D 04416 Markkleeberg
Betreuer (DLR) Dr.-Ing. Ognjan Bozic
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Raumfahrzeuge
Lilienthalplatz 7
38108 Braunschweig
ognjan.bozic(at)dlr.de