[AR] Re: Self-pressurization of LOX tank

  • From: Robert Watzlavick <rocket@xxxxxxxxxxxxxx>
  • To: arocket@xxxxxxxxxxxxx
  • Date: Tue, 13 Sep 2016 12:47:28 -0500

Thanks Ben- that's the kind of information I was looking for. I'll try it on my 
upcoming static hot fire and see how the end of the run looks. 

I ran one cold test that way so I'll listen to the audio to see if it sounds 
different at the end squirting through the test orifice (the video was zoomed 
in looking for leaks so you can't see the discharge). 
-Bob

On Sep 13, 2016, at 12:39, Ben Brockert <wikkit@xxxxxxxxx> wrote:

Self pressurizing LOX is more difficult than it seems. The pressure of a LOX 
tank is the vapor pressure of the warmest liquid in the tank. You can easily 
have a situation where a tank seems self-pressurized to say 400 psi, but as 
the liquid flows out the pressure drops to 100 psi as the warm portion boils 
off. If you want it to maintain pressure then the liquid has to be stirred to 
get consistent temperature, and even then it will still drop in pressure as 
it flows because heat is removed to vaporize some of the liquid. Paul Breed 
has posted the math here before. 

Armadillo did a lot of testing with self pressurized propellants but went 
back to helium pressurization. The two phase flow or cavitation in the 
plumbing and injector makes controlling mixture ratio over the burn more 
difficult. The density of LOX also drops really quickly as it gets warmer, so 
you get less performance out of a stage. It took a lot of different injector 
tests to find one that would play nice. 

The only BLEVE concern is if there's too little ullage and the tank bursts 
when full of warm propellant. Vents still vent, though it takes much longer 
for a self pressurized tank of propellant to vent down to atmospheric than 
the same tank and vent geometry with helium pressurization. So it is less 
safe in the situation where venting the tank is the last ditch effort for 
cutting off propellant flow to the engine. 

In your specific situation here you have a helium pressurization system as 
well, if you let it self pressurize somewhat, then helium pressurization, 
then fire, you should expect the end of the burn to be lower performance and 
possibly unstable as the warmest LOX at the top of the tank runs through the 
engine. 

Ben

On Tuesday, September 13, 2016, Robert Watzlavick <rocket@xxxxxxxxxxxxxx> 
wrote:
Just a note- I've been using LOX for many years without incident but only 
within a narrow set of use cases  I just want to be aware of any corner 
cases I hadn't considered as I switch to flight weight tanks and potentially 
different procedures 

-Bob

On Sep 13, 2016, at 11:36, Robert Watzlavick <rocket@xxxxxxxxxxxxxx> wrote:

What does "be ready for the condensation" imply?

-Bob

On Sep 13, 2016, at 10:52, George William Herbert 
<george.herbert@xxxxxxxxx> wrote:


A constant regulated flow of same-material gas (GOX, nitrogen gas etc) can 
hold a constant pressure above its liquid but will be condensing at the 
interface.  If it's the same propellant its harmless and may be taking 
less density / heat out that way.

You just need to be ready for the condensation.

Sent from my iPhone

On Sep 13, 2016, at 8:32 AM, Evan Daniel <evanbd@xxxxxxxxx> wrote:

As the tank warms up, you lose density. So you need more ullage if you 
use warmer lox. Also, your mix ratio will shift slightly, so double check 
that.

If it gets too warm, you'll start to see two phase flow in your injector 
and/or plumbing, which might be undesirable.

That said, plenty of people run self pressurized nitrous oxide, and 
occasionally self pressurized LOX. No reason it can't work. Adding a 
little helium might help, but might not be worth it.

Evan Daniel


On Sep 13, 2016 9:30 AM, "Robert Watzlavick" <rocket@xxxxxxxxxxxxxx> 
wrote:
During my cold water/LN2 tests this last weekend, I wanted to see how 
long the LOX tank could sit with the vent closed prior to the run.  The 
idea was to reduce the amount of helium needed by allowing it to 
self-pressurize for a bit.  After filling, I closed the vent valve on 
the tank and then closed the fill valve per the modified procedure to 
reduce the ullage in the tank.  While sitting there, the tank pressure 
increased about 70 psi per minute and after 5 minutes, it reached 370 
psi which was right around the regulator setpoint of 390 psi.  This 
seems like a good idea to reduce the helium demand but what will happen 
if the test gets delayed and I need to vent the tank?  Is there danger 
of a BLEVE due to the rapid pressure drop?

I suppose I could modify the fill procedure to: 1) close the vent, 2) 
let it sit for a few seconds to compress the ullage, 3) close the fill, 
then 4) reopen the vent.  Then a few minutes prior to launch, close the 
vent to allow the self-pressurization.  Is there any difference between 
allowing the tank to be pressurized with helium vs. boiled off GOX?

-Bob

Other related posts: