Impact characteristics of liquid nitrogen droplets...แˆถ / แˆถ โ€ข แˆถ ~๐ด รŸ ๐‘‡ โˆ’๐‘‡...

37
Impact characteristics of liquid nitrogen droplets Michiel AJ van Limbeek, Thomas Nes, Marcel ter Brake and Srinivas Vanapalli

Transcript of Impact characteristics of liquid nitrogen droplets...แˆถ / แˆถ โ€ข แˆถ ~๐ด รŸ ๐‘‡ โˆ’๐‘‡...

Page 1: Impact characteristics of liquid nitrogen droplets...แˆถ / แˆถ โ€ข แˆถ ~๐ด รŸ ๐‘‡ โˆ’๐‘‡ ๐›ผ๐‘™ รง โ€ข แˆถ ~๐ฟ แˆถ โ‰ˆ๐ฟ 0.2( โˆ’ รฆ)[1] ๐‘„แˆถ ๐‘„แˆถ ๐‘Ž ~๐ด ๐ฟ ๐‘™

Impact characteristics of liquid nitrogen droplets

Michiel AJ van Limbeek,

Thomas Nes, Marcel ter Brake and Srinivas Vanapalli

Page 2: Impact characteristics of liquid nitrogen droplets...แˆถ / แˆถ โ€ข แˆถ ~๐ด รŸ ๐‘‡ โˆ’๐‘‡ ๐›ผ๐‘™ รง โ€ข แˆถ ~๐ฟ แˆถ โ‰ˆ๐ฟ 0.2( โˆ’ รฆ)[1] ๐‘„แˆถ ๐‘„แˆถ ๐‘Ž ~๐ด ๐ฟ ๐‘™

Spray cooling

๐‘ˆ

Hot plate

Drop

แˆถ๐‘„ ?

2

Page 3: Impact characteristics of liquid nitrogen droplets...แˆถ / แˆถ โ€ข แˆถ ~๐ด รŸ ๐‘‡ โˆ’๐‘‡ ๐›ผ๐‘™ รง โ€ข แˆถ ~๐ฟ แˆถ โ‰ˆ๐ฟ 0.2( โˆ’ รฆ)[1] ๐‘„แˆถ ๐‘„แˆถ ๐‘Ž ~๐ด ๐ฟ ๐‘™

Heat transfer

Phase change

Impact dynamics

Impact Target

โ€ข Roughness

โ€ข Material

โ€ข Geometry

3

Page 4: Impact characteristics of liquid nitrogen droplets...แˆถ / แˆถ โ€ข แˆถ ~๐ด รŸ ๐‘‡ โˆ’๐‘‡ ๐›ผ๐‘™ รง โ€ข แˆถ ~๐ฟ แˆถ โ‰ˆ๐ฟ 0.2( โˆ’ รฆ)[1] ๐‘„แˆถ ๐‘„แˆถ ๐‘Ž ~๐ด ๐ฟ ๐‘™

Frustrated Total Internal Reflection (FTIR)

Camera

Drop

Prism

Laser

ฮธ

Shirota, M., van Limbeek, M. A. J., Lohse, D., & Sun, C. (2017). Measuring thin films using quantitative frustrated total internal reflection (FTIR). The European Physical Journal E, 40(5), 54.

๐‘…๐‘ค๐‘’๐‘ก

4

Page 5: Impact characteristics of liquid nitrogen droplets...แˆถ / แˆถ โ€ข แˆถ ~๐ด รŸ ๐‘‡ โˆ’๐‘‡ ๐›ผ๐‘™ รง โ€ข แˆถ ~๐ฟ แˆถ โ‰ˆ๐ฟ 0.2( โˆ’ รฆ)[1] ๐‘„แˆถ ๐‘„แˆถ ๐‘Ž ~๐ด ๐ฟ ๐‘™

Impact dynamics: short timescales

Ethanol drop impacting at U=2m/s on a cold sapphire surface

Shirota, Minori, et al. "Dynamic Leidenfrost effect: relevant time and length scales." Physical review letters 116.6 (2016): 064501. 5

Page 6: Impact characteristics of liquid nitrogen droplets...แˆถ / แˆถ โ€ข แˆถ ~๐ด รŸ ๐‘‡ โˆ’๐‘‡ ๐›ผ๐‘™ รง โ€ข แˆถ ~๐ฟ แˆถ โ‰ˆ๐ฟ 0.2( โˆ’ รฆ)[1] ๐‘„แˆถ ๐‘„แˆถ ๐‘Ž ~๐ด ๐ฟ ๐‘™

Impact dynamics: heatingLiquid nitrogen on heated sapphire (smooth surface)

6

Page 7: Impact characteristics of liquid nitrogen droplets...แˆถ / แˆถ โ€ข แˆถ ~๐ด รŸ ๐‘‡ โˆ’๐‘‡ ๐›ผ๐‘™ รง โ€ข แˆถ ~๐ฟ แˆถ โ‰ˆ๐ฟ 0.2( โˆ’ รฆ)[1] ๐‘„แˆถ ๐‘„แˆถ ๐‘Ž ~๐ด ๐ฟ ๐‘™

Two types of measurements

โ€ข Single drop โ€ข Drop stream

7

Page 8: Impact characteristics of liquid nitrogen droplets...แˆถ / แˆถ โ€ข แˆถ ~๐ด รŸ ๐‘‡ โˆ’๐‘‡ ๐›ผ๐‘™ รง โ€ข แˆถ ~๐ฟ แˆถ โ‰ˆ๐ฟ 0.2( โˆ’ รฆ)[1] ๐‘„แˆถ ๐‘„แˆถ ๐‘Ž ~๐ด ๐ฟ ๐‘™

Experimental Set-up

8

Page 9: Impact characteristics of liquid nitrogen droplets...แˆถ / แˆถ โ€ข แˆถ ~๐ด รŸ ๐‘‡ โˆ’๐‘‡ ๐›ผ๐‘™ รง โ€ข แˆถ ~๐ฟ แˆถ โ‰ˆ๐ฟ 0.2( โˆ’ รฆ)[1] ๐‘„แˆถ ๐‘„แˆถ ๐‘Ž ~๐ด ๐ฟ ๐‘™

Results

9

U=1.3 m/s T=82 K

Slowed down 500x

Page 10: Impact characteristics of liquid nitrogen droplets...แˆถ / แˆถ โ€ข แˆถ ~๐ด รŸ ๐‘‡ โˆ’๐‘‡ ๐›ผ๐‘™ รง โ€ข แˆถ ~๐ฟ แˆถ โ‰ˆ๐ฟ 0.2( โˆ’ รฆ)[1] ๐‘„แˆถ ๐‘„แˆถ ๐‘Ž ~๐ด ๐ฟ ๐‘™

ResultsIncreasing plate temperature

10

U=1.3 m/s T=92 K

Slowed down 500x

Page 11: Impact characteristics of liquid nitrogen droplets...แˆถ / แˆถ โ€ข แˆถ ~๐ด รŸ ๐‘‡ โˆ’๐‘‡ ๐›ผ๐‘™ รง โ€ข แˆถ ~๐ฟ แˆถ โ‰ˆ๐ฟ 0.2( โˆ’ รฆ)[1] ๐‘„แˆถ ๐‘„แˆถ ๐‘Ž ~๐ด ๐ฟ ๐‘™

ResultsIncreasing plate temperature

11

U=1.3 m/s T=102 K

Slowed down 500x

Page 12: Impact characteristics of liquid nitrogen droplets...แˆถ / แˆถ โ€ข แˆถ ~๐ด รŸ ๐‘‡ โˆ’๐‘‡ ๐›ผ๐‘™ รง โ€ข แˆถ ~๐ฟ แˆถ โ‰ˆ๐ฟ 0.2( โˆ’ รฆ)[1] ๐‘„แˆถ ๐‘„แˆถ ๐‘Ž ~๐ด ๐ฟ ๐‘™

Results

12

Page 13: Impact characteristics of liquid nitrogen droplets...แˆถ / แˆถ โ€ข แˆถ ~๐ด รŸ ๐‘‡ โˆ’๐‘‡ ๐›ผ๐‘™ รง โ€ข แˆถ ~๐ฟ แˆถ โ‰ˆ๐ฟ 0.2( โˆ’ รฆ)[1] ๐‘„แˆถ ๐‘„แˆถ ๐‘Ž ~๐ด ๐ฟ ๐‘™

Ethanol vs LN2

๐‘‡๐‘ก๐‘

๐‘‡๐ฟ

ฮ˜๐‘ก๐‘ โ‰ก๐‘‡๐ฟ โˆ’ ๐‘‡๐‘ก๐‘๐‘‡๐‘๐‘Ÿ๐‘–๐‘ก

13

Page 14: Impact characteristics of liquid nitrogen droplets...แˆถ / แˆถ โ€ข แˆถ ~๐ด รŸ ๐‘‡ โˆ’๐‘‡ ๐›ผ๐‘™ รง โ€ข แˆถ ~๐ฟ แˆถ โ‰ˆ๐ฟ 0.2( โˆ’ รฆ)[1] ๐‘„แˆถ ๐‘„แˆถ ๐‘Ž ~๐ด ๐ฟ ๐‘™

Rescaling

Exp Data from multiple referenced papers14

Page 15: Impact characteristics of liquid nitrogen droplets...แˆถ / แˆถ โ€ข แˆถ ~๐ด รŸ ๐‘‡ โˆ’๐‘‡ ๐›ผ๐‘™ รง โ€ข แˆถ ~๐ฟ แˆถ โ‰ˆ๐ฟ 0.2( โˆ’ รฆ)[1] ๐‘„แˆถ ๐‘„แˆถ ๐‘Ž ~๐ด ๐ฟ ๐‘™

Impact timescale

๐ท = ๐‘ก๐‘ˆโ€ขHow long does the drop take heat?

โ€ข Impact timescale ๐œ = ๐ท/๐‘ˆ

โ€ข Contact time (non LF) drop sticks until evaporated

โ€ข Capillary timescale (LF)

๐‘ˆHot plate

Drop

๐‘ˆHot plate

Drop

๐œ๐‘๐‘Ž๐‘ =๐œŒ๐ท3

8๐›พ

12

15

Page 16: Impact characteristics of liquid nitrogen droplets...แˆถ / แˆถ โ€ข แˆถ ~๐ด รŸ ๐‘‡ โˆ’๐‘‡ ๐›ผ๐‘™ รง โ€ข แˆถ ~๐ฟ แˆถ โ‰ˆ๐ฟ 0.2( โˆ’ รฆ)[1] ๐‘„แˆถ ๐‘„แˆถ ๐‘Ž ~๐ด ๐ฟ ๐‘™

Dominant heat transfer mechanism

16

Page 17: Impact characteristics of liquid nitrogen droplets...แˆถ / แˆถ โ€ข แˆถ ~๐ด รŸ ๐‘‡ โˆ’๐‘‡ ๐›ผ๐‘™ รง โ€ข แˆถ ~๐ฟ แˆถ โ‰ˆ๐ฟ 0.2( โˆ’ รฆ)[1] ๐‘„แˆถ ๐‘„แˆถ ๐‘Ž ~๐ด ๐ฟ ๐‘™

แˆถ๐‘„๐‘๐‘œ๐‘›๐‘‘/ แˆถ๐‘„๐‘’๐‘ฃ๐‘Ž๐‘

โ€ข แˆถ๐‘„๐‘๐‘œ๐‘›๐‘‘~๐ด๐‘ค๐‘’๐‘ก ๐‘˜๐‘™๐‘‡๐‘‘๐‘Ÿ๐‘œ๐‘โˆ’๐‘‡๐‘ 

๐›ผ๐‘™๐‘ก

โ€ข แˆถ๐‘„๐‘’๐‘ฃ๐‘Ž๐‘~๐ฟ๐‘๐‘™ แˆถ๐‘„๐‘๐‘™ โ‰ˆ ๐ฟ๐‘๐‘™0.2 (๐‘‡๐‘‘๐‘Ÿ๐‘œ๐‘ โˆ’ ๐‘‡๐‘ ) [1]

โ€ขแˆถ๐‘„๐‘๐‘œ๐‘›๐‘‘แˆถ๐‘„๐‘’๐‘ฃ๐‘Ž๐‘

~๐ด๐‘ค๐‘’๐‘ก

๐ฟ๐‘๐‘™

๐‘˜๐‘™

0.2 ๐›ผ๐‘™๐‘ก

17

[1] S. Herbert, S. Fischer, T. Gambaryan-Roisman, and P. Stephan, Local heat transfer and phase change phenomena during single drop impingement on a hot surface, IJHMT, vol. 61, 2013

Page 18: Impact characteristics of liquid nitrogen droplets...แˆถ / แˆถ โ€ข แˆถ ~๐ด รŸ ๐‘‡ โˆ’๐‘‡ ๐›ผ๐‘™ รง โ€ข แˆถ ~๐ฟ แˆถ โ‰ˆ๐ฟ 0.2( โˆ’ รฆ)[1] ๐‘„แˆถ ๐‘„แˆถ ๐‘Ž ~๐ด ๐ฟ ๐‘™

Area vs contact line

18

Page 19: Impact characteristics of liquid nitrogen droplets...แˆถ / แˆถ โ€ข แˆถ ~๐ด รŸ ๐‘‡ โˆ’๐‘‡ ๐›ผ๐‘™ รง โ€ข แˆถ ~๐ฟ แˆถ โ‰ˆ๐ฟ 0.2( โˆ’ รฆ)[1] ๐‘„แˆถ ๐‘„แˆถ ๐‘Ž ~๐ด ๐ฟ ๐‘™

Dominant heat transfer mechanism

19

Page 20: Impact characteristics of liquid nitrogen droplets...แˆถ / แˆถ โ€ข แˆถ ~๐ด รŸ ๐‘‡ โˆ’๐‘‡ ๐›ผ๐‘™ รง โ€ข แˆถ ~๐ฟ แˆถ โ‰ˆ๐ฟ 0.2( โˆ’ รฆ)[1] ๐‘„แˆถ ๐‘„แˆถ ๐‘Ž ~๐ด ๐ฟ ๐‘™

Role of impact target: thermal propertiesIs the target isothermal during the impact?

20

Page 21: Impact characteristics of liquid nitrogen droplets...แˆถ / แˆถ โ€ข แˆถ ~๐ด รŸ ๐‘‡ โˆ’๐‘‡ ๐›ผ๐‘™ รง โ€ข แˆถ ~๐ฟ แˆถ โ‰ˆ๐ฟ 0.2( โˆ’ รฆ)[1] ๐‘„แˆถ ๐‘„แˆถ ๐‘Ž ~๐ด ๐ฟ ๐‘™

Thermal timescale

โ€ข 1D Heat equation ๐œ•๐‘ก๐‘‡ = ๐›ผ๐œ•๐‘ฅ

2๐‘‡

โ€ข Heat flux across the vapour layer๐‘˜๐‘ ๐œ•๐‘ฅ๐‘‡ = โ„Ž ๐‘‡ โˆ’ ๐‘‡๐‘ ๐‘Ž๐‘ก

๐‘ฅ๐‘‡ ๐‘ฅ, ๐‘ก

๐‘‡ ๐‘ฅ, 0 = ๐‘‡0๐‘˜๐‘ , ๐œŒ๐‘  , ๐ถ๐‘,๐‘ 

๐‘‡๐‘ ๐‘Ž๐‘ก

ฮ˜ = expt

๐œ๐‘กโ„Žerfc เต—t ๐œ๐‘กโ„Ž

where ฮ˜ =๐‘‡๐‘ฅ=0โˆ’๐‘‡๐‘ ๐‘Ž๐‘ก

๐‘‡0โˆ’๐‘‡๐‘ ๐‘Ž๐‘กand ๐œ๐‘กโ„Ž = ๐‘˜๐‘ ๐œŒ๐‘ ๐ถ๐‘,๐‘ โ„Ž

โˆ’2

0 ๐‘™

21

Page 22: Impact characteristics of liquid nitrogen droplets...แˆถ / แˆถ โ€ข แˆถ ~๐ด รŸ ๐‘‡ โˆ’๐‘‡ ๐›ผ๐‘™ รง โ€ข แˆถ ~๐ฟ แˆถ โ‰ˆ๐ฟ 0.2( โˆ’ รฆ)[1] ๐‘„แˆถ ๐‘„แˆถ ๐‘Ž ~๐ด ๐ฟ ๐‘™

Thermal properties of impactor

โ€ข Thermal timescaleฮค๐‘˜๐œŒ๐ถ๐‘ โ„Ž2~0.1 s โ‰ช ๐ท/๐‘ˆ

โ€ข Isothermal behaviour

MAJ van Limbeek et al. Vapour cooling of poorly conducting hot substrates increases the dynamic Leidenfrost temperatureInt J Heat&Mass Transfer 97 (2016): 101-109

300K

Sapphire100K

22

Page 23: Impact characteristics of liquid nitrogen droplets...แˆถ / แˆถ โ€ข แˆถ ~๐ด รŸ ๐‘‡ โˆ’๐‘‡ ๐›ผ๐‘™ รง โ€ข แˆถ ~๐ฟ แˆถ โ‰ˆ๐ฟ 0.2( โˆ’ รฆ)[1] ๐‘„แˆถ ๐‘„แˆถ ๐‘Ž ~๐ด ๐ฟ ๐‘™

Test setup

J.W. Ekins Experimental Techniques for Low-TemperatureMeasurements Oxford University Press 2006

D

U

TemperatureSensor

30x

23

Page 24: Impact characteristics of liquid nitrogen droplets...แˆถ / แˆถ โ€ข แˆถ ~๐ด รŸ ๐‘‡ โˆ’๐‘‡ ๐›ผ๐‘™ รง โ€ข แˆถ ~๐ฟ แˆถ โ‰ˆ๐ฟ 0.2( โˆ’ รฆ)[1] ๐‘„แˆถ ๐‘„แˆถ ๐‘Ž ~๐ด ๐ฟ ๐‘™

Droplet stream

D

U

24

Page 25: Impact characteristics of liquid nitrogen droplets...แˆถ / แˆถ โ€ข แˆถ ~๐ด รŸ ๐‘‡ โˆ’๐‘‡ ๐›ผ๐‘™ รง โ€ข แˆถ ~๐ฟ แˆถ โ‰ˆ๐ฟ 0.2( โˆ’ รฆ)[1] ๐‘„แˆถ ๐‘„แˆถ ๐‘Ž ~๐ด ๐ฟ ๐‘™

Droplet stream

25

Page 26: Impact characteristics of liquid nitrogen droplets...แˆถ / แˆถ โ€ข แˆถ ~๐ด รŸ ๐‘‡ โˆ’๐‘‡ ๐›ผ๐‘™ รง โ€ข แˆถ ~๐ฟ แˆถ โ‰ˆ๐ฟ 0.2( โˆ’ รฆ)[1] ๐‘„แˆถ ๐‘„แˆถ ๐‘Ž ~๐ด ๐ฟ ๐‘™

Results

26

U=1.6 m/s

Slowdown 5x

Page 27: Impact characteristics of liquid nitrogen droplets...แˆถ / แˆถ โ€ข แˆถ ~๐ด รŸ ๐‘‡ โˆ’๐‘‡ ๐›ผ๐‘™ รง โ€ข แˆถ ~๐ฟ แˆถ โ‰ˆ๐ฟ 0.2( โˆ’ รฆ)[1] ๐‘„แˆถ ๐‘„แˆถ ๐‘Ž ~๐ด ๐ฟ ๐‘™

Results

27

Page 28: Impact characteristics of liquid nitrogen droplets...แˆถ / แˆถ โ€ข แˆถ ~๐ด รŸ ๐‘‡ โˆ’๐‘‡ ๐›ผ๐‘™ รง โ€ข แˆถ ~๐ฟ แˆถ โ‰ˆ๐ฟ 0.2( โˆ’ รฆ)[1] ๐‘„แˆถ ๐‘„แˆถ ๐‘Ž ~๐ด ๐ฟ ๐‘™

Varying the velocity Zoom

28

Page 29: Impact characteristics of liquid nitrogen droplets...แˆถ / แˆถ โ€ข แˆถ ~๐ด รŸ ๐‘‡ โˆ’๐‘‡ ๐›ผ๐‘™ รง โ€ข แˆถ ~๐ฟ แˆถ โ‰ˆ๐ฟ 0.2( โˆ’ รฆ)[1] ๐‘„แˆถ ๐‘„แˆถ ๐‘Ž ~๐ด ๐ฟ ๐‘™

Thermal effect of plate changes ๐‘‡๐ฟ

29

Page 30: Impact characteristics of liquid nitrogen droplets...แˆถ / แˆถ โ€ข แˆถ ~๐ด รŸ ๐‘‡ โˆ’๐‘‡ ๐›ผ๐‘™ รง โ€ข แˆถ ~๐ฟ แˆถ โ‰ˆ๐ฟ 0.2( โˆ’ รฆ)[1] ๐‘„แˆถ ๐‘„แˆถ ๐‘Ž ~๐ด ๐ฟ ๐‘™

Solid properties

Property Sapphire 80K Sapphire 300K Glass 300K unitsDensity ๐œŒ๐‘  4000 4000 2520 kg/m3

Specific heat ๐ถ๐‘,๐‘  100 776 816 kJ/kg K

Thermal conductivity ๐‘˜๐‘  1000 32 1 W/K m

Thermal diffusivity ๐›ผ๐‘  = เต—๐‘˜๐‘ 

๐œŒ๐‘ ๐ถ๐‘,๐‘ 1โˆ™10-3 1โˆ™10-5 4โˆ™10-7 m2/s

Thermal timescale ๐œ๐‘กโ„Ž 100 15 3 ms

30

Page 31: Impact characteristics of liquid nitrogen droplets...แˆถ / แˆถ โ€ข แˆถ ~๐ด รŸ ๐‘‡ โˆ’๐‘‡ ๐›ผ๐‘™ รง โ€ข แˆถ ~๐ฟ แˆถ โ‰ˆ๐ฟ 0.2( โˆ’ รฆ)[1] ๐‘„แˆถ ๐‘„แˆถ ๐‘Ž ~๐ด ๐ฟ ๐‘™

Delayed touchdown on glass

T=292oC U=3.8m/s31

Page 32: Impact characteristics of liquid nitrogen droplets...แˆถ / แˆถ โ€ข แˆถ ~๐ด รŸ ๐‘‡ โˆ’๐‘‡ ๐›ผ๐‘™ รง โ€ข แˆถ ~๐ฟ แˆถ โ‰ˆ๐ฟ 0.2( โˆ’ รฆ)[1] ๐‘„แˆถ ๐‘„แˆถ ๐‘Ž ~๐ด ๐ฟ ๐‘™

32

Page 33: Impact characteristics of liquid nitrogen droplets...แˆถ / แˆถ โ€ข แˆถ ~๐ด รŸ ๐‘‡ โˆ’๐‘‡ ๐›ผ๐‘™ รง โ€ข แˆถ ~๐ฟ แˆถ โ‰ˆ๐ฟ 0.2( โˆ’ รฆ)[1] ๐‘„แˆถ ๐‘„แˆถ ๐‘Ž ~๐ด ๐ฟ ๐‘™

Glass Phase diagram

van Limbeek, Shirota, Sleutel, Prosperetti, Sun and Lohse, IJHMT 2016

Leidenfrost boiling

Transition boiling

Contact boiling

33

Page 34: Impact characteristics of liquid nitrogen droplets...แˆถ / แˆถ โ€ข แˆถ ~๐ด รŸ ๐‘‡ โˆ’๐‘‡ ๐›ผ๐‘™ รง โ€ข แˆถ ~๐ฟ แˆถ โ‰ˆ๐ฟ 0.2( โˆ’ รฆ)[1] ๐‘„แˆถ ๐‘„แˆถ ๐‘Ž ~๐ด ๐ฟ ๐‘™

Surface cooling

๐œ๐‘กโ„Ž = ๐‘˜๐‘ ๐œŒ๐‘ ๐ถ๐‘,๐‘  โ„Žโˆ’2

34

Page 35: Impact characteristics of liquid nitrogen droplets...แˆถ / แˆถ โ€ข แˆถ ~๐ด รŸ ๐‘‡ โˆ’๐‘‡ ๐›ผ๐‘™ รง โ€ข แˆถ ~๐ฟ แˆถ โ‰ˆ๐ฟ 0.2( โˆ’ รฆ)[1] ๐‘„แˆถ ๐‘„แˆถ ๐‘Ž ~๐ด ๐ฟ ๐‘™

Competition of two timescales

โ€ข Impact timescale ๐œ๐‘–๐‘š๐‘ = โ‰ˆ1 ms

represents the contact or residence time of the drop near the surface

โ€ข Cooling effects become relevant when ๐œ๐‘กโ„Ž โ‰ˆ ๐œ๐‘–๐‘š๐‘

which is the case for a glass surface:0.3 ms โ‰ˆ1 ms

Drop diameterImpact velocity

35

Page 36: Impact characteristics of liquid nitrogen droplets...แˆถ / แˆถ โ€ข แˆถ ~๐ด รŸ ๐‘‡ โˆ’๐‘‡ ๐›ผ๐‘™ รง โ€ข แˆถ ~๐ฟ แˆถ โ‰ˆ๐ฟ 0.2( โˆ’ รฆ)[1] ๐‘„แˆถ ๐‘„แˆถ ๐‘Ž ~๐ด ๐ฟ ๐‘™

Micro droplet

T=265oC T=305oC

U=10 m/s, slowed 20k

36

Page 37: Impact characteristics of liquid nitrogen droplets...แˆถ / แˆถ โ€ข แˆถ ~๐ด รŸ ๐‘‡ โˆ’๐‘‡ ๐›ผ๐‘™ รง โ€ข แˆถ ~๐ฟ แˆถ โ‰ˆ๐ฟ 0.2( โˆ’ รฆ)[1] ๐‘„แˆถ ๐‘„แˆถ ๐‘Ž ~๐ด ๐ฟ ๐‘™

Conclusion/Overview

โ€ข We studied the impact of liquid nitrogen drops and obtained the phase diagram for the dynamic Leidenfrost effect

โ€ข The high thermal conductivity of the sapphire impact target enables us to measure the temperature of the plate during spray cooling and relate it to the wetting behavior using FTIR imaging.

โ€ข A strong correlation between the cooling of the sapphire and the wetting behavior was observed.

โ€ข Conductive cooling is stronger than evaporation

37