بررسي روش‌هاي مادون‌ سرد سازي جت‌ نيتروژن مايع خروجي از انژكتور

Investigation of Sub Cooling Methods for Discharged Liquid Nitrogen Jet from Injector

يكي از مشكلاتي كه در زمينه‌ي آزمايش شكست جت‌هاي مايعات زمستيك وجود دارد، حالت مايعات زمستيك خروجي از انژكتور است. در برخي كاربردها لازم است تا جت در حالت مايع مادون‌سرد باشد. اما در شرايط اتمسفر متعارفي جت خروجي از انژكتور به صورت دوفاز در مي‌آيد. در اين پژوهش سعي گرديد تا روش‌هاي مادون‌سرد سازي نيتروژن خروجي از انژكتور بررسي شود و يك روش ساده براي نيل به اين مقصود ارائه و به كار برده شود. با اين روش كه بر پايه نگهداري در فشار كم استوار است، جت نيتروژن مايع مادون‌سرد با دما حدود 7 كلوين پايين‌تر از دماي اشباع به دست آمد. سپس رفتار جت‌ نيتروژن مايع، در محفظه‌ي آزمايش با فشار اتمسفر آزمايشگاه و بالاتر ارزيابي شد. براي بررسي رفتار جت از عكس‌برداري سريع استفاده شده است. سرعت جت‌هاي نيتروژن مايع از 12 متر بر ثانيه تا 34 متر‌ بر ثانيه منطبق بر عدد رينولدز از 90000 تا 260000 تغيير داده شد. زماني كه جت نيتروژن مايع، در محيط با شرايط استاندارد تخليه مي‌شود، جت خروجي دوفاز و منبسط مي‌گردد. هرچه اختلاف فشار انژكتور بيشتر شود ميزان انبساط جت بيشتر مي‌شود؛ طوري كه در اختلاف فشار 6 و 13 بار قطر جت به ترتيب 1/5 و 3/3 برابر قطر انژكتور است. براي اختلاف فشارهاي كمتر از 6 بار، جت اغلب به صورت بخار وارد محيط مي‌شود. در محدوده‌ي سرعت آزمايش، در شرايط تامين شده براي مايع و محيط، شكست جت مايع مادون‌سرد، منجر به توليد قطرات بسيار ريزي مي‌شود كه منطبق بر انتظار از چنين مايعي است.

One of the problems in the experiment of breakup cryogenic liquid jet is the state of the discharged cryogenic liquid jet from the injector. In some applications, it is necessary jet to be in sub-cooled condition. However, at atmospheric conditions, the discharged cryogenic liquid jet becomes two-phase. In the present article, the methods for sub-cooling of the output nitrogen from the injector are investigated and a simple method to achieve this goal is presented and used. With this method, which is based on holding at low pressure, a subcooled liquid nitrogen jet with a temperature of about 7 K lower than the saturation temperature was obtained. Then, the behavior of the liquid nitrogen jet at high pressure and atmospheric pressure is evaluated. A high-speed camera was used to observe the behavior of the jet. The speed of the liquid jet is changed from 12 m/s to 34 m/s according to the Reynolds number from 90000 to 260000. When the liquid nitrogen jet is discharged into the environment under standard conditions, the jet becomes two-phase and expands. The larger the injector pressure difference, the greater the expansion of the jet; So that in the pressure difference of 6 and 13 bar, the diameter of the jet is 1.5 and 3.3 times the diameter of the injector, respectively. For pressure differences of less than 6 bar, the jet often enters the environment in the form of steam. In the test speed range, under the conditions provided for the liquid and the environment, the breakup of the sub-cooled liquid jet leads to the production of very small droplets that are consistent with the expectation of such a liquid.