应用探析|高速摄像机在气体泄漏研究中的应用

1.背景介绍

 当前,世界能源结构趋于多样化.在低碳背景下，液化天然气（LNG）和液氢（LH2）等清洁绿色燃料占据了更大的比例。这些液态燃料由于储存环境温度比大气压下的沸点高，这些低温燃料也被称为过热液体。在工业应用中，它们在运输过程中通常储存在高压罐和管道中。但是，当这些管道或储罐因腐蚀、材料损坏或操作错误而损坏，易燃易爆液体通常会从裂缝中泄漏。典型的泄漏和扩散过程如图1所示。如果泄漏持续发展，会产生二次事故，因此关于液态气体泄漏的研究非常必要。

图1 储罐中危险的低温液体泄漏示意图

2.研究内容

 西南石油大学科研团队研究过热度和射流压力对泄漏特性的影响，相应的液氮（LN2）泄漏实验在不同的条件下进行。在本研究中，矩形喷嘴用于模拟典型释放场景中的裂纹。还研究了射流模式的演化过程。三种喷射模式，包括机械分解射流，部分闪光射流和完全闪转射流。

图2 实验系统示意图

 喷嘴在实验过程中实时参数包括压力、温度和质量流量由数据采集系统收集.采用千眼狼M220款高速摄像机捕获射流形态。

3.研究结论

 结果表明：射流角随过热度的增加而增大；在高过热度下，射流压力对射流角度的影响更大。当过热度降低时，其对射流角度的影响减小。泄漏质量流量随过热度的增加而下降，随射流压力的增加而上升。

图3 数据后处理:（a）射流结构,（b）射流后处理图像

图4 LN2射流过程的瞬态演变

 图4显示了射流形态在整个过程中的瞬态演变。射流形态在0.25s时膨胀，由于流体动力学的不稳定性和热非平衡性，射流形态显示出强烈的脉冲。在此过程中，LN2吸热液相急剧转变为气相。射流形态处于膨胀、收缩和再膨胀的动态状态。

4.行业应用总结

 在低碳的倡议下，清洁的液态燃料愈发重要，液态燃料储存需要低温高压，在常温状态下使用时瞬间气化，过程速度之快必须要用高速摄像机进行协助观测研究。同时，千眼狼高速摄像机在类似的场景，如雾化、烟雾颗粒、微液滴、农药喷洒等领域积累了大量丰富的案例，为广大科研工作者提供助力。（文章摘自Kang Cena, Yixi Wanga, Wenqiang Fanc, Yanling Yanga, Minxue Dai《Experimental study on the flow characteristics during liquidnitrogen leakage》）。