La capture vidéo ultrarapide de la formation de nuages ​​de gouttelettes devrait aider à minimiser le risque d'explosion de fuite de gaz.

À l'aide d'une caméra vidéo ultra-rapide fonctionnant à des vitesses de cinq millions d'images par seconde, Les chercheurs de KAUST ont capturé des images des bulles à l'expansion la plus rapide jamais enregistrées.

Les bulles se sont formées lorsqu'un carburant liquide hautement comprimé s'est échappé par une petite buse pour créer un fin jet de liquide surchauffé qui bout instantanément. Images de ce phénomène de formation de bulles, connu sous le nom d'ébullition éclair, devrait améliorer notre compréhension des processus de compression de gaz et du potentiel d'explosion des réservoirs de gaz comprimé ou des fuites de pipelines.

"Cette recherche révèle la physique responsable derrière le changement de phase rapide (liquide en gaz) dont dépendent de nombreuses industries pour les processus, comme le refroidissement et la réfrigération, la production d'électricité et le dessalement de l'eau thermale », explique Tariq Alghamdi, doctorant.

L'étude a été inspirée par une explosion de gaz dans une maternité mexicaine en 2015, causée par une fuite de réservoir de stockage de gaz, dit le postdoctorant José Federico Hernández-Sánchez, qui a effectué la recherche avec Alghamdi dans le laboratoire de Sigurdur Thoroddsen à KAUST. "L'explosion à l'hôpital s'est produite loin de la fuite, ce qui est très fréquent dans ces types d'accidents car les nuages ​​explosifs sont imprévisibles et peuvent se déplacer à travers les fenêtres et les portes jusqu'à trouver une étincelle, ", dit Hernández-Sánchez.

Comprendre les nuages ​​explosifs formés par les carburants à ébullition flash était jusqu'à présent difficile :l'ébullition flash se produit trop rapidement pour être capturée par les caméras haute vitesse traditionnelles, qui fonctionnent généralement jusqu'à 12, 500 images par seconde. "Dans la plupart des rapports sur l'ébullition éclair, chaque image d'un spray montre un mouvement flou, " dit Hernández-Sánchez. Le flou masque un comportement avec des implications potentiellement importantes, Alghamdi et Hernández Sánchez ont maintenant montré.

"Il nous a fallu trois mois pour concevoir, construire et optimiser le dispositif expérimental, " dit Alghamdi, qui a construit la configuration. L'équipe a utilisé une caméra capable de capturer cinq millions d'images par seconde, muni d'une lentille microscopique, qu'ils visaient à un jet de liquide comprimé étant libéré dans une chambre à vide. L'appareil photo a capturé des images nettes du flash en ébullition, que l'équipe pourrait utiliser pour mesurer avec précision les phénomènes ultrarapides en cours.

"Nous avons mesuré des bulles s'étendant jusqu'à 140 mètres par seconde. Je ne pense pas qu'une expansion à grande vitesse ait jamais été signalée à ce rythme pour une bulle, ", dit Hernández-Sánchez.

Plus significativement, l'équipe a également pu observer ce qui s'est passé une fois que les bulles ont éclaté. "Les bulles qui perturbent un jet d'ébullition rapide sont restées invisibles en raison de leur vitesse d'expansion extrêmement rapide. Nous les avons visualisées et avons observé qu'après l'expansion, le jet se brise en un spray polydispersé, " dit Hernández-Sánchez.

Le nuage explosif de minuscules gouttelettes s'étend sur près de 360 ​​degrés autour de l'extrémité de la buse, un angle de pulvérisation beaucoup plus grand qu'on ne le pensait auparavant. « De nombreuses simulations numériques ont tenté de prédire la propagation de nuages ​​explosifs, " dit Hernández-Sánchez. Mais ils ont tous échoué parce qu'ils ont raté les vitesses de propagation du gaz, la vraie direction où va le carburant, et la polydispersité du spray. Dans notre étude, nous nous occupons de tous ces ingrédients manquants."