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SPLASHING AND AEROSOLS : RESUSPENSION OF PARTICLES BY IMPACT OF A LIQUID JET ON A SURFACE

J M. MBAYE (1,2), M. SOW (1), C. JOSSERAND (2)

1. Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN), PSN-RES, SCA, LPMA, Gif-sur-Yvette, France
2. Laboratoire d'Hydrodynamique de l'Ecole polytechnique, Palaiseau, France

[2023]

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Résumé

La littérature concernant la fraction massique d'aérosols remise en suspension dans l'air lors de l'impact d'un jet de liquide est pauvre voire inexistante. Le but de ce travail, novateur sur cette thématique, est de quantifier la génération d'aérosols lorsqu'un jet de liquide circulaire impacte une surface solide, en prenant en compte les caractéristiques du jet en termes de vitesse, de diamètre et de morphologie ainsi que les propriétés physico-chimiques du liquide. Nous montrons que, lorsque le jet de liquide est dans le régime de Rayleigh, c'est-à-dire que le jet est brisé en plusieurs gouttes avant l'impact, l'inertie des gouttes impactantes influence l'amplitude de la distribution granulométrique en masse de la taille des aérosols mais ne change pas sa forme et, par conséquent le diamètre aérodynamique médian en masse. Nous avons également été montré que, lors de l'impact, la génération de particules dans l'air dépend des nombres adimensionnels de Weber et d'Ohnesorge par le biais du paramètre d'éclaboussures K qui caractérise la transition d'éclaboussures lors de l'impact d'une goutte isolée sur une surface. Nous proposons à partir de nos résultats expérimentaux une prédiction quantitative de la fraction mise en suspension lors de l'impact d'un jet de liquide, valable pour 1 000 < Re < 10 000 et 100 < We < 1 000, ouvrant ainsi la voie à un modèle plus général

Mots clés

Impact de jet de liquide, KMES, gouttelettes secondaires.

Abstract

The literature concerning the mass fraction of aerosols resuspended in the air during the impact of a liquid jet is poor. The objective of this work, innovative on this subject, is to quantify the generation of aerosols when a circular liquid jet impacts a solid surface while taking into account the characteristics of the jet in terms of velocity, diameter and morphology as well as the physicochemical properties of the liquid. We found that, the aerosol production is strongly dependent on the morphology of the jet at impact. Moreover, when the liquid jet is in the Rayleigh regime, i.e., the jet is broken into several drops before impact, the inertia of the impacting drops influences the amplitude of the aerosol mass size distribution but does not change its shape and, therefore the aerodynamic mass median diameter. We also show that, during the impact, the particle generation in the air depends on the Weber and Ohnesorge dimensionless numbers through the splash parameter K which characterizes the splash transition upon impact of an isolated drop on a surface. Finally, we propose a quantitative prediction of the airborne resuspension fraction during the impact of a liquid jet, valid for 1 000 < Re < 10 000 and 100 < We < 1 000, thus paving the way for a more general model.

Keywords

Liquid jet impact, splashing, ARF, secondary droplets.

DOI

10.25576/ASFERA-CFA2023-32905

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