بررسی روش‌های مادون‌سردسازی جت‌ نیتروژن مایع خروجی از انژکتور

یکی از مشکلاتی که در زمینه‌ی آزمایش شکست جت‌های مایعات زمستیک وجود دارد، حالت مایعات زمستیک خروجی از انژکتور است. در برخی کاربردها لازم است تا جت در حالت مایع مادون‌سرد باشد. اما در شرایط اتمسفر متعارفی جت خروجی از انژکتور به صورت دوفاز در می‌آید. در این پژوهش سعی گردید تا روش‌های مادون‌سرد سازی نیتروژن خروجی از انژکتور بررسی شود و یک روش ساده برای نیل به این مقصود ارائه و به کار برده شود. با این روش که بر پایه نگهداری در فشار کم استوار است، جت نیتروژن مایع مادون‌سرد با دما حدود 7 کلوین پایین‌تر از دمای اشباع به دست آمد. سپس رفتار جت‌ نیتروژن مایع، در محفظه‌ی آزمایش با فشار اتمسفر آزمایشگاه و بالاتر ارزیابی شد. برای بررسی رفتار جت از عکس‌برداری سریع استفاده شده است. سرعت جت‌های نیتروژن مایع از 12 متر بر ثانیه تا 34 متر‌ بر ثانیه منطبق بر عدد رینولدز از 90000 تا 260000 تغییر داده شد. زمانی که جت نیتروژن مایع، در محیط با شرایط استاندارد تخلیه می‌شود، جت خروجی دوفاز و منبسط می‌گردد. هرچه اختلاف فشار انژکتور بیشتر شود میزان انبساط جت بیشتر می‌شود؛ طوری که در اختلاف فشار 6 و 13 بار قطر جت به ترتیب 1.5 و 3.3 برابر قطر انژکتور است. برای اختلاف فشارهای کمتر از 6 بار، جت اغلب به صورت بخار وارد محیط می‌شود. در محدوده‌ی سرعت آزمایش، در شرایط تامین شده برای مایع و محیط، شکست جت مایع مادون‌سرد، منجر به تولید قطرات بسیار ریزی می‌شود که منطبق بر انتظار از چنین مایعی است.

Investigation of sub-cooling methods for discharged liquid nitrogen jet from injector

One of the problems in the experiment of breakup cryogenic liquid jet is the state of discharged cryogenic liquid jet from injector. In some applications, it is necessary jet to be in the subcooled condition. However, at atmospheric condition, the discharged cryogenic liquid jet becomes twophase. In the present article, the methods for subcooling of the liquid nitrogen jet are investigated and a simple method to achieve this goal is 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. High speed camera was used to observe the behavior of the jet. The speed of 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 twophase 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. In the test speed range, under the conditions provided for the liquid and the environment, the breakup of the subcooled liquid jet leads to the production of very small droplets that are consistent with the expectation of such a liquid.