Optagelse af spray fra flash-kogende flydende jetfly

Ultrahurtig videooptagelse af dannelse af dråber i skyen skal hjælpe med at minimere risikoen for gaslækageeksplosioner.

Ved hjælp af et ultrahøjhastigheds videokamera, der arbejder med hastigheder på fem millioner billeder i sekundet, KAUST-forskere har fanget optagelser af de hurtigst ekspanderende bobler, der nogensinde er registreret.

Boblerne dannede sig, da et stærkt komprimeret flydende brændstof slap ud gennem en lille dyse for at skabe en fin stråle af overophedet væske, der koger øjeblikkeligt. Optagelser af dette bobledannende fænomen, kendt som flash -kogning, bør forbedre vores forståelse af gaskompressionsprocesser og eksplosionspotentialet i komprimerede gastanke eller rørledningslækager.

"Denne forskning afslører den ansvarlige fysik bag den hurtige faseændring (væske til gas), som mange industrier er afhængige af til processer, såsom køling og køling, elproduktion og termisk vandafsaltning "siger ph.d. -studerende Tariq Alghamdi.

Undersøgelsen blev inspireret af en gaseksplosion på et mexicansk barselshospital i 2015, forårsaget af en utæt gaslagertank, siger postdoc José Federico Hernández-Sánchez, der udførte forskningen med Alghamdi i Sigurdur Thoroddsens laboratorium på KAUST. "Eksplosionen på hospitalet skete langt fra lækagen, hvilket er meget almindeligt i disse typer ulykker, fordi de eksplosive skyer er uforudsigelige og kan bevæge sig gennem vinduer og døre, indtil de finder en gnist, "Siger Hernández-Sánchez.

At forstå de eksplosive skyer, der dannes af flash-kogende brændstoffer, har været svært indtil nu:flash-kogning sker for hurtigt til optagelse af traditionelle højhastighedskameraer, som typisk opererer med op til 12, 500 billeder i sekundet. "I de fleste rapporter om flashkogning, hvert billede af en spray viser sløret bevægelse, "Siger Hernández-Sánchez. Sløret maskerer adfærd med potentielt betydelige konsekvenser, Alghamdi og Hernández Sánchez har nu vist.

"Det tog os tre måneder at designe, konstruere og optimere den eksperimentelle opsætning, "siger Alghamdi, teamet brugte et kamera, der var i stand til at fange fem millioner billeder i sekundet, udstyret med et mikroskopisk objektiv, som de sigtede mod, at en stråle komprimeret væske blev frigivet i et vakuumkammer. Kameraet tog skarpe billeder af flash -kogning, som teamet kunne bruge til nøjagtigt at måle de ultrahurtige fænomener, der finder sted.

"Vi målte bobler, der ekspanderede med op til 140 meter i sekundet. Jeg tror ikke, at der nogensinde er blevet rapporteret højhastighedsudvidelse med denne hastighed for en boble, "Siger Hernández-Sánchez.

Mere markant, teamet kunne også observere, hvad der skete, når boblerne sprængte. "Boblerne, der forstyrrer en flash-kogende jet, er forblevet usynlige på grund af deres ekstremt hurtige ekspansionshastighed. Vi visualiserede dem og observerede, at efter ekspansionen, strålen bryder ind i en polydisperseret spray, "siger Hernández-Sánchez.

Den eksplosive sky af små dråber spredes næsten 360 grader omkring enden af ​​dysen - en meget større sprøjtevinkel end tidligere mistænkt. "Mange numeriske simuleringer har forsøgt at forudsige udbredelsen af ​​eksplosive skyer, "Siger Hernández-Sánchez. Men de har alle mislykkedes, fordi de savnede gasens formeringshastigheder, den rigtige retning, hvor brændstoffet går, og sprøjtens polydispersitet. I vores undersøgelse, vi adresserer alle disse manglende ingredienser. "