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

Comments

ھذا العمل یختبر عملیا للمرة الأولى أداء وقودسن حیویین في الحالة الصلبة كوقود صاروخي لمحرك صاروخي ھجین بناءا على عوامل الاحتراق والدفع الصاروخي كضغط وحرارة غرفة الاحتراق وقوة الدفع الناجم الصاروخي وخصائص الإحتراق وایضا طول اللھب النجم عن الاحتراق. الھدف الرئیسي من ھذه الدراسة ھو اختبار أداء الوقودین المقترحین (وھما بذور التم ر المطحون و الھوبھوبا) ومقارنتھا مع الوقود الھیدروكربوني المتعارف علیھ. من أجل الحصول على مقارنة واضحة وسلیمة، تم استخدام وقود شمع البرافین في ھذه الدراسة كممثل لفئة الوقود الھیدروكربوني ومرجع للمقارنة مع الوقود الجدید. تم استخدام نفس منصة التجارب ونفس الادوا ت ونفس ظروف التجربة في اختبار الوقود الحیوي المقترح وایضا الوقود المرجعي. تم استخدام محرك صاروخي ھجیبن بإضافة الأوكسجین كمؤكسد غازي بثلاث معدلات تدفق حجمي 130 لتر/دقیقة على التوالي. تم تقدیم جھاز ضغط جدید من اجل ضغط ،110 ، مختلفة وھي 80 بودرة الوقود الحیوي لیصبح متماسك عند إدخالھ الى غرفة الإحتراق بحیث یكون لھ فجوة اسطوانیة في داخلھ، بالاضافة لإستخدام جھاز اشعال السطح الساخن. أظھرت النتائج فجوة واضحة في الأداء بین الوقودیین الحیویین المقترح ین بالمقارنة مع الوقود المرجعي وھو وقود شمع البارافین بأفضلیة واضحة للوقود الأخیر. إجمالا، وقود بذور التمر أظھر أفضلیة طفیفة في الدفع الصاروخي وخصائص الإحتراق بالمقارنة مع الھوبھوبا. كلا الوقودین الحیویین المقترحی ن تم اختبارھم كوقود صاروخي في محرك صاروخي ھجین للمرة الأولى معبدة الطریق لتطورات جدیدة في دراسا ت في الدفع الصاروخي الحیوي لتكون لبدیل محتمل للوقود الھیدروكربوني الملوث للبیئة .

Download
COinS