Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Thermodynamic decopmposition of hydrogen peroxide in satellite propulsion

Brian Michael Kinyanjui Muthama

Abstract

Hydrogen peroxide, in a 60% by weight aqueous solution, was first used as an energy source for underground propulsion in the year 1934 in Germany. This led to its subsequent application in higher concentrations in the World War II for auxiliary propulsion as well as gas generation concepts in aircraft and rockets. Its application in these areas came up as a result of its thermal or catalytic initiated exothermic decomposition (with heat release) to yield a gaseous mixture of oxygen and superheated steam. Highly concentrated hydrogen peroxide is an energetic material that has been widely used in the rocket and space engineering. The use of hydrogen peroxide in the past was limited due to its questionable storage stability. Its water solution however can now be stored for extended periods without significant degradation. With improved stability, the applications of the compound have increased and currently it is used as the primary monopropellant in underwater propulsion, aerospace propulsion as well as in auxiliary power concepts. As a monopropellant in the airspace industry, its applications have been widespread in the area of station maintenance, space maneuvering, thrust vector control and power generation. In Operational bipropellant systems, its application has been limited to extremely high performance aircraft rockets. As a result of the above applications, the study of chemical kinetics in thermal decomposition of hydrogen peroxide is very important, which is the subject of this work. Various mechanisms prepared using Cantera software, have been used to come up with a program coded in Python that calculates the reaction course for hydrogen peroxide decomposition. Graphs describing how various parameters relate with each other have been prepared and the results compared with those obtained from experimental data. A preliminary introduction to the compound has also been done and as such, the work has covered topics such as the physical and chemical properties of hydrogen peroxide, its manufacture, general daily uses and its application in Mono and bi propellant systems.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Brian Michael Kinyanjui Muthama (FPAE) Brian Michael Kinyanjui Muthama,, Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Title in Polish
Termodynamiczna analiza rozkładu nadtlenku wodoru w napędach satelitarnych
Supervisor
Arkadiusz Kobiera (FPAE/IHE) Arkadiusz Kobiera,, The Institute of Heat Engineering (FPAE/IHE)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Certifying unit
Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Affiliation unit
The Institute of Heat Engineering (FPAE/IHE)
Study subject / specialization
, Lotnictwo i Kosmonautyka
Language
(en) English
Status
Finished
Defense Date
30-06-2016
Issue date (year)
2016
Pages
83
Internal identifier
MEL; PD-3723
Reviewers
Arkadiusz Kobiera (FPAE/IHE) Arkadiusz Kobiera,, The Institute of Heat Engineering (FPAE/IHE)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE) Piotr Wolański (FPAE/IHE) Piotr Wolański,, The Institute of Heat Engineering (FPAE/IHE)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Keywords in Polish
Termodynamiczne rozkładu nadtlenku wodoru
Keywords in English
Thermodynamic decomposition of Hydrogen Peroxide
Abstract in Polish
Nadtlenek wodoru, w postaci 60% wagowych roztworu wodnego, po raz pierwszy zastosowano jako źródło energii do napędu metra w 1934 roku, w Niemczech. To doprowadziło do jego dalszego stosowania w wyższych stężeniach w II wojnie światowej do napędów pomocniczych, jak i w koncepcji wytwarzania gazu w samolotach i rakietach. Jego zastosowanie w takich obszarach zrodziło sie w wyniku jej termicznie lub katalitycznie zainicjowanego egzotermicznego rozkładu (z uwalniania ciepła) w celu uzyskania gazowej mieszaniny tlenu i pary przegrzanej. Silnie stężony nadtlenek wodoru, to materiał energetyczny, który jest szeroko stosowany w technice rakietowej i kosmicznej. Użycie nadtlenku wodoru w przeszłości było ograniczone ze względu na wątpliwą stabilnośc przechowywania. Jego roztwór wodny może być teraz przechowywany przez dłuższy czas bez znaczącej degradacji. Dzięki zwiększonej trwałości, zastosowanie nadtlenku wodoru wzrosła, a obecnie jest stosowany jako główne paliwo w napędach monopaliwych w systemach podwodnych, napędach lotniczych oraz napędach dodatkowych. W systemach monopaliwowych w branży kosmicznej, jego zastosowanie zostało szeroko rozpowszechnione, jest uzywane w dziedzinie konserwacji stacji kosmicznych, do manewrowania w przestrzeni kosmicznej, sterowania wektorem ciągu i produkcji energii elektrycznej. W systemach dwupaliwowych, jego stosowanie zostało ograniczone do rakiet o bardzo wysokich osiągach. Powyższe zastosowania wskazują że, badanie kinetyki chemicznej w termicznym rozkładzie nadtlenku wodoru, jest bardzo ważne, co jest przedmiotem tej pracy. Różne mechanizmy rozkladu przygotowane z uzyciem oprogramowania Cantera, zostały wykorzystane do opracowania programu zakodowanego w Pythonie, który oblicza przebieg reakcji dla rozkładu nadtlenku wodoru. Zostały przygotowane wykresy pokazujące, jak różne parametry sa powiązane ze sobą, a wyniki porównano z wynikami uzyskanymi z danych eksperymentalnych. Wstępne wprowadzenie na temat związku nadtlenku wodorku zostało również przedstawione, praca objęła takie tematy jak właściwości fizyczne i chemiczne nadtlenku wodoru, jego produkcje, codzienne zastosowania ogólne i jego zastosowanie w systemach zasilania.
File
  • File: 1
    BRIAN MUTHAMA_THESIS JUNE 2016.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 10394

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUT166f30dfc3ce473593ddc65170962bb6/
URN
urn:pw-repo:WUT166f30dfc3ce473593ddc65170962bb6

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page