A multiphasic continuum mechanical model for design investigations of an effusion-cooled rocket thrust chamber

In der vorliegenden Dissertation wird das neue Konzept des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) für eine effusiv gekühlte keramische Raketenbrennkammer untersucht. Bei Anwendung dieser Kühlmethode wird der innere poröse Mantel der Brennkammer vom Kühlmittel durchströmt und somit gekühlt. Die Beschreibung der Fluid gesättigten deformierbaren porösen Konstruktion unter nichtisothermen Bedingungen führt zu einem gekoppelten Festkörper-Fluid-Modell, das in dieser Dissertation im Rahmen der Theorie Poröser Medien (TPM) formuliert wird. Das erzeugte mehrphasige kontinuumsmechanische Modell erlaubt die Definition mechanischer und thermischer Lasten sowie eines Fluidmassenstroms als Randbedingung. Alle notwendigen konstitutiven Gleichungen sind physikalisch sinnvolle Schlussfolgerungen, die aus der Auswertung der maßgebenden Entropieungleichung resultieren. Als numerischer Löser wird das FE-Programm PANDAS des Instituts für Mechanik (Bauwesen) der Universität Stuttgart verwendet. Die numerischen Simulationen sind in dieser Arbeit auf die qualitative Beschreibung der wichtigsten auftretenden physikalischen Effekte beschränkt. Für eine reale Strukturauslegung müssen Materialparameter in Experimenten ermittelt werden, die nicht in der vorliegenden Dissertation diskutiert werden. Entsprechende Experimente werden derzeit im Rahmen laufender Aktivitäten am DLR durchgeführt. Das hier präsentierte Modell soll als ein allgemeines Werkzeug zur Strukturuntersuchung aktiv gekühlter poröser Konstruktionen verstanden werden.