Particle detection & size evaluation in solid propellant flames via experimental image analysis to improve two-phase flow simulation in rocket motors
Détection de particules et évaluation de leur taille dans les flammes de propergol solide par analyse d'images expérimentales, pour l'amélioration de la simulation numérique diphasique dans les moteurs fusées
Résumé
The combustion of aluminum particles is a key factor for rocket motor propulsion in terms of performance and stability. Numerical simulations is a tool enabling complex instabilities study, but input data for the two-phase models in use have an important influence on simulation results. An experimental method is used at ONERA to characterize aluminum particles at the surface of burning propellants based on shadowgraphy. A new detection method based on “Maximally Stable Extremal Regions” is evaluated in the present study on a test case (one propellant composition seeded with inert particles). The method shows good detection performances and more robustness compared to the previous detection method. Detection results were used to improve particles size evaluation and aggregation fraction estimation. A correction of apparent size for unfocused particles is investigated; a shape factor was used to classify particles and aggregates. The results are promising for future applications and should assist developments of accurate two-phase simulations.
La combustion des particules d'aluminium est un facteur important pour la propulsion fusée en terme de performance et stabilité. La simulation numérique est un outil permettant de réaliser des études complexes d'instabilité, mais les données d'entrée utilisées dans les modèles diphasiques ont une influence importante sur les résultats de simulation. Un montage expérimental de visualisation par ombroscopie est utilisé à l'ONERA pour caractériser les particules d'aluminium proche de la surface d'un propergol en combustion. Une nouvelle méthode de détection utilisant la méthode "Maximally Stable Extremal Regions" est évaluée dans cette étude sur un cas test (composition de propergol contenant des particules inertes). La méthode présente une bonne performance de détection en plus d'être plus robuste que les méthodes utilisées par le passé. Les résultats de détection permettent d'améliorer l'évaluation de la taille des particules et de l'estimation de la fraction d'agglomération. La correction de la taille apparente des particules éloignées du point de focalisation est étudiée; un facteur de forme est utilisé pour classer agrégats et particules. Les résultats sont prometteurs pour des applications futures et devraient aider aux réalisation de simulations diphasiques plus précises.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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