Ultrasnelle video-opname van druppelwolkvorming moet het risico op gaslekexplosies helpen minimaliseren.

Met behulp van een ultrasnelle videocamera die werkt met snelheden van vijf miljoen frames per seconde, KAUST-onderzoekers hebben beelden vastgelegd van de snelst groeiende bubbels die ooit zijn geregistreerd.

De bellen vormden zich toen een sterk gecomprimeerde vloeibare brandstof door een klein mondstuk ontsnapte om een ​​fijne straal oververhitte vloeistof te creëren die onmiddellijk kookt. Beelden van dit bellenvormende fenomeen, bekend als flitsend koken, moet ons begrip van gascompressieprocessen en het explosiepotentieel van gecomprimeerde gastanks of pijpleidinglekken verbeteren.

"Dit onderzoek onthult de verantwoordelijke fysica achter de snelle faseverandering (van vloeistof naar gas) waar veel industrieën op vertrouwen voor processen, zoals koeling en koeling, energieopwekking en ontzilting van thermaal water", zegt promovendus Tariq Alghamdi.

Het onderzoek is geïnspireerd op een gasexplosie in een Mexicaans kraamkliniek in 2015, veroorzaakt door een lekkende gasopslagtank, zegt postdoc José Federico Hernández-Sánchez, die samen met Alghamdi het onderzoek uitvoerde in het laboratorium van Sigurdur Thoroddsen in KAUST. "De explosie in het ziekenhuis gebeurde ver van het lek, wat heel gebruikelijk is bij dit soort ongevallen, omdat de explosieve wolken onvoorspelbaar zijn en door ramen en deuren kunnen bewegen totdat ze een vonk vinden, ', zegt Hernández-Sánchez.

Het begrijpen van de explosieve wolken gevormd door flitskokende brandstoffen was tot nu toe moeilijk:flitskoken gebeurt te snel om vast te leggen met traditionele hogesnelheidscamera's, die doorgaans werken tot 12, 500 beelden per seconde. "In de meeste rapporten over snelkoken, elke foto van een spray toont wazige beweging, " zegt Hernández-Sánchez. De vervaging maskeert gedrag met mogelijk significante implicaties, Alghamdi en Hernández Sánchez hebben nu laten zien.

"Het kostte ons drie maanden om te ontwerpen, construeren en optimaliseren van de experimentele opstelling, " zegt Alghamdi, die de opstelling heeft gebouwd. Het team gebruikte een camera die vijf miljoen frames per seconde kon vastleggen, voorzien van een microscopische lens, die ze gericht op een straal van samengeperste vloeistof die wordt vrijgegeven in een vacuümkamer. De camera maakte scherpe beelden van flitsend koken, die het team zou kunnen gebruiken om de ultrasnelle verschijnselen die plaatsvinden nauwkeurig te meten.

"We hebben bellen gemeten die uitzetten met een snelheid tot 140 meter per seconde. Ik denk niet dat snelle expansie ooit is gerapporteerd met dit tempo voor een bel, ', zegt Hernández-Sánchez.

Belangrijker, het team kon ook observeren wat er gebeurde toen de bubbels barsten. "De bubbels die een snelkokende straal verstoren, zijn ongezien gebleven vanwege hun extreem snelle expansiesnelheid. We visualiseerden ze en zagen dat na de expansie, de straal breekt in een polydisperse spray, ", zegt Hernández-Sánchez.

De explosieve wolk van kleine druppeltjes verspreidt zich bijna 360 graden rond het uiteinde van het mondstuk - een veel grotere sproeihoek dan eerder werd vermoed. "Veel numerieke simulaties hebben geprobeerd de verspreiding van explosieve wolken te voorspellen, " zegt Hernández-Sánchez. Maar ze hebben allemaal gefaald omdat ze de voortplantingssnelheden van het gas hebben gemist, de echte richting waar de brandstof naartoe gaat, en de polydispersiteit van de spray. In onze studie, we pakken al deze ontbrekende ingrediënten aan."