Date of Award

6-2022

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Mechanical Engineering (MSME)

Department

Mechanical Engineering

First Advisor

Mohamed Younes El Saghir Selim

Second Advisor

Jeongmoo Huh

Abstract

This work investigates experimentally for the first time the performance of two solid biomass wastes as propellants for a Hybrid Rocket Motor based on the combustion and propulsion parameters such as combustion chamber pressure, thrust force, chamber temperature, combustion characteristics, and flame length generated. The main objective of this study is to examine the performance of the proposed biomass fuels (Date stone powder and Jojoba waste powder) in comparison with typical hydrocarbon fuels. To make an accurate comparison, Paraffin Wax-based propellant was used in this study as a reference fuel to compare with biomass performance using the same testing facility and with the same operating conditions. A lab-scale Hybrid Rocket Motor with gaseous oxygen as an oxidizer operated in three ranges of volume flow rates of 80, 110, and 130 lpm. A compression device is introduced to compress the solid biomass fuel grain with a circular port along with a hot surface ignitor to ignite the system. The results suggested the expected gap in performance between biomass and hydrocarbon propellants, where a noticeable difference in performance was observed in favour of the Paraffin Wax-based propellant. However, Date Stone fuel showed slightly better propulsion and combustion characteristics compared to Jojoba. Both biomass fuel propellants have been tested in Hybrid Rocket Engine for the first time paving the way for further developments in biomass propulsion studies to be a potential replacement for high pollutant and expensive hydrocarbon propellants

Arabic Abstract

هذا العمل يُعتبر عملًا للمرة الأولى لأداء وقودين هجينيين في الحالة الصلبة كوقود صاروخي لمحرك صاروخي هجيني، بناءً على عوامل الاحتراق والدفع الصاروخي كضغط وحرارة غرفة الاحتراق، وقوة الدفع الناتج الصاروخي وخصائص الاحتراق، وأيضًا طول اللهب الناتج عن الاحتراق.

الهدف الرئيسي من هذه الدراسة هو اختبار أداء الوقودين المقترحين (وهما بذور التمر المطحونة والهيبولا) ومقارنتها مع الوقود الهيدروكربوني القياسي المستخدم في هذه الدراسة من أجل الحصول على مقارنة دقيقة وسليمة. وقد تم استخدام شمع البرافين في هذه الدراسة كوقود مرجعي مع الوقود الهيدروكربوني ومرجع للمقارنة مع الوقود الجديد.

تم استخدام نفس منصة التجارب ونفس الأدوات ونفس ظروف التجربة في اختبار الوقود الحيوي المقترح وأيضًا الوقود المرجعي. تم استخدام مؤكسدات مختلفة مثل: الأكسجين، والأكسجين النقي، والنيتروز أكسيد، عند ثلاث نسب ضغط مختلفة وهي 80 و110 و130 رطل/بوصة مربعة.

كما تم تجهيز وقود البذور الحيوي ليصبح متماسكًا عند إدخاله إلى غرفة الاحتراق بحيث يكون له فجوة أسطوانية في داخله، بالإضافة إلى استخدام جهاز إشعال السطح الساخن.

أظهرت النتائج تفوقًا ملحوظًا في الأداء بين الوقودين الحيويين المقترحين مقارنةً مع الوقود المرجعي، وهو وقود شمع البرافين، حيث أظهر الوقود الحيوي تحسنًا في الأداء من حيث قوة الدفع الصاروخي وخصائص الاحتراق بالمقارنة مع الهيبولا. كما أظهرت النتائج أن الوقود الحيوي المقترح يمتلك أداءً واعدًا.

تم اختبار وقود صاروخي في محرك صاروخي هجيني للمرة الأولى، مما يمهد الطريق لتطورات جديدة في دراسات الدفع الصاروخي الحيوي ليكون بديلًا محتملاً للوقود البتروكيميائي الملوث للبيئة.

Arabic Comments

مفاهيم البحث الرئيسية: الاحتراق، محرك صاروخي هجيني، الدفع الصاروخي، بذور التمر، الهيبولا.

Download
COinS