En stråle av PFnH flash-boiling som visar fördelningen av väglinjerna. Upphovsman:Elsevier 2018
Ultrasnabb videoinfångning av droppmoln bör hjälpa till att minimera risken för gasläckageexplosioner.
Med hjälp av en ultrahöghastighetsvideokamera som arbetar med hastigheter på fem miljoner bilder per sekund, KAUST-forskare har tagit bilder av de snabbast expanderande bubblorna som någonsin registrerats.
Bubblorna bildades när ett mycket komprimerat flytande bränsle strömmade ut genom ett litet munstycke för att skapa en fin stråle av överhettad vätska som kokar omedelbart. Filmer av detta bubbelbildande fenomen, kallas flashkokning, bör förbättra vår förståelse för gaskompressionsprocesser och explosionspotentialen för komprimerade gastankar eller läckage i rörledningar.
"Denna forskning avslöjar den ansvarsfulla fysiken bakom den snabba fasförändringen (vätska till gas) som många industrier förlitar sig på för processer, såsom kylning och kylning, kraftproduktion och avsaltning av termiskt vatten, säger doktoranden Tariq Alghamdi.
Studien inspirerades av en gasexplosion på ett mexikanskt mödrasjukhus 2015, orsakad av en läckande gaslagringstank, säger postdoc José Federico Hernández-Sánchez, som utförde forskningen med Alghamdi i Sigurdur Thoroddsens labb på KAUST. "Explosionen på sjukhuset skedde långt från läckaget, vilket är mycket vanligt vid dessa typer av olyckor eftersom de explosiva molnen är oförutsägbara och kan röra sig genom fönster och dörrar tills de hittar en gnista, "Säger Hernández-Sánchez.
Den experimentella installationen gjorde det möjligt för forskarna att ta bilder av flytande jetstrålar från olika munstycken. Kredit:Elsevier 2018
Att förstå de explosiva molnen som bildas av snabbkokande bränslen har varit svårt fram till nu:blixtkokning sker för snabbt för att fånga med traditionella höghastighetskameror, som vanligtvis fungerar vid upp till 12, 500 bilder per sekund. "I de flesta rapporter om flashkokning, varje bild av en spray visar suddig rörelse, " säger Hernández-Sánchez. Oskärpan maskerar beteende med potentiellt betydande implikationer, Alghamdi och Hernández Sánchez har nu visat.
"Det tog oss tre månader att designa, konstruera och optimera experimentuppställningen, säger Alghamdi, teamet använde en kamera som kunde fånga fem miljoner bilder per sekund, utrustad med ett mikroskopiskt objektiv, som de siktade på att en stråle av komprimerad vätska släpptes ut i en vakuumkammare. Kameran tog skarpa bilder av blixtkokande, som laget kunde använda för att noggrant mäta de ultrasnabba fenomen som äger rum.
"Vi mätte bubblor som expanderade med upp till 140 meter per sekund. Jag tror inte att höghastighetsutbyggnad någonsin har rapporterats med den här hastigheten för en bubbla, "Säger Hernández-Sánchez.
För vätskor med mycket liten ytspänning, jetplanet var helt atomiserat. Kredit:Elsevier 2018
Mer betydelsefullt, laget kunde också observera vad som hände när bubblorna sprack. "Bubblorna som stör en flashkokande jet har förblivit osedda på grund av deras extremt snabba expansionshastighet. Vi visualiserade dem och observerade att efter expansionen, strålen bryts in i en polydispergerad spray, "säger Hernández-Sánchez.
Det explosiva molnet av små droppar sprider sig nästan 360 grader runt munstyckets ände - en mycket större sprutvinkel än tidigare misstänkt. "Många numeriska simuleringar har försökt förutsäga spridningen av explosiva moln, "Säger Hernández-Sánchez. Men de har alla misslyckats eftersom de missat gasens förökningshastigheter, den riktiga riktningen dit bränslet går, och sprayens polydispersitet. I vår studie, vi tar upp alla dessa saknade ingredienser. "
