L'acquisizione video ultraveloce della formazione di nubi di goccioline dovrebbe aiutare a ridurre al minimo il rischio di esplosioni di perdite di gas.

Utilizzando una videocamera ad altissima velocità che funziona a una velocità di cinque milioni di fotogrammi al secondo, I ricercatori KAUST hanno catturato filmati delle bolle in più rapida espansione mai registrate.

Le bolle si sono formate quando un combustibile liquido altamente compresso è uscito attraverso un minuscolo ugello per creare un getto sottile di liquido surriscaldato che bolle istantaneamente. Filmati di questo fenomeno di formazione di bolle, noto come bollitura rapida, dovrebbe migliorare la nostra comprensione dei processi di compressione del gas e del potenziale di esplosione dei serbatoi di gas compresso o delle perdite di tubazioni.

"Questa ricerca rivela la fisica responsabile dietro il rapido cambiamento di fase (da liquido a gas) su cui molte industrie si affidano per i processi, come il raffreddamento e la refrigerazione, produzione di energia e desalinizzazione dell'acqua termale", afferma lo studente di dottorato Tariq Alghamdi.

Lo studio è stato ispirato da un'esplosione di gas in un ospedale di maternità messicano nel 2015, causato da un serbatoio di stoccaggio del gas che perde, afferma il postdoc José Federico Hernández-Sánchez, che ha svolto la ricerca con Alghamdi nel laboratorio di Sigurdur Thoroddsen al KAUST. "L'esplosione in ospedale è avvenuta lontano dalla perdita, che è molto comune in questi tipi di incidenti perché le nuvole esplosive sono imprevedibili e possono attraversare finestre e porte fino a trovare una scintilla, " dice Hernández-Sánchez.

Comprendere le nubi esplosive formate da combustibili flash in ebollizione è stato difficile fino ad ora:l'ebollizione flash si verifica troppo velocemente per essere catturata dalle tradizionali fotocamere ad alta velocità, che in genere operano fino a 12, 500 fotogrammi al secondo. "Nella maggior parte dei rapporti sull'ebollizione rapida, ogni immagine di uno spray mostra un movimento sfocato, " dice Hernández-Sánchez. La sfocatura maschera comportamenti con implicazioni potenzialmente significative, Alghamdi e Hernández Sánchez hanno ora mostrato.

"Ci sono voluti tre mesi per progettare, costruire e ottimizzare il setup sperimentale, "dice Alghamdi, che ha costruito la configurazione. Il team ha utilizzato una fotocamera in grado di catturare cinque milioni di fotogrammi al secondo, dotato di lente microscopica, che miravano a far uscire un getto di liquido compresso in una camera a vuoto. La fotocamera ha catturato immagini nitide di flash in ebollizione, che il team potrebbe utilizzare per misurare con precisione i fenomeni ultraveloci in atto.

"Abbiamo misurato bolle che si espandono fino a 140 metri al secondo. Non credo che l'espansione ad alta velocità sia mai stata segnalata a questa velocità per una bolla, " dice Hernández-Sánchez.

Più significativamente, il team ha anche potuto osservare cosa è successo una volta che le bolle sono esplose. "Le bolle che interrompono un getto a ebollizione rapida sono rimaste invisibili a causa della loro velocità di espansione estremamente rapida. Le abbiamo visualizzate e abbiamo osservato che dopo l'espansione, il getto si rompe in uno spruzzo polidisperso, " dice Hernández-Sánchez.

La nuvola esplosiva di minuscole goccioline si diffonde di quasi 360 gradi intorno all'estremità dell'ugello, un angolo di spruzzo molto più ampio di quanto si sospettasse in precedenza. "Molte simulazioni numeriche hanno tentato di prevedere la propagazione di nubi esplosive, " dice Hernández-Sánchez. Ma hanno fallito tutti perché hanno perso le velocità di propagazione del gas, la vera direzione in cui sta andando il carburante, e la polidispersione dello spray. Nel nostro studio, affrontiamo tutti questi ingredienti mancanti."