In the present study, flash x-ray photography as well as high speed regular photography was used to investigate the fragmentation process during the vapor explosion of single drops of molten metal in water. For drops heated to 700* C, a vapor bubble is formed around the drop after a short induction time of about 80 p.s which grows to a maximum diameter and then collapses. X-ray radiographs, which can "see through" the vapor bubble, show that filaments of metal protruding from the drop surface are produced during the bubble growth. At the time of the bubble collapse, the drop surface is highly convoluted and a second interaction is initiated producing an even larger second bubble in the case of tin drops. A mechanism based on nonuniform superheating and evaporation of the water upon unstable film collapse is proposed to describe the origin of the melt filaments. For liquid drops under isothermal conditions with the water, fragmentation occurs as mass is stripped off the surface due to relative motion of the water. For hot drops at higher flow velocities (i.e., > 45 m/s) initially a vapor bubble forms but it is quicldy displaced downstream. It is proposed that evaporation at the upstream surface of the bubble generates a vapor flow around the drop surface which strips the drop surface. The vapor flow carries the fragments into the bubble region behind the drop. The vapor later condenses leaving a cloud of fragments which are subsequently dispersed by the water. The dynamics of the vapor bubble produced by the explosion of a hot drop under low flow conditions is modeled using a parametric model incorporating the Rayleigh equation for bubble dynamics and an energy equation for the vapor to account for added heat transfer from the distorting drop surface. Estimates of the total heat transferred from the drop show that only 3% of the initial drop thermal energy is converted into work dorib by the vapor bubble.

Au cours de cette étude, des techniques radiographiques à rayons X ainsi que des caméras ultra rapides ont été utilises afin d'examiner le processus de fragmentation d'une gouttelette de métal en fusion, plongée dans de l'eau, au cours d’une explosion de vapeur. Dans le cas de gouttelettes chauffées à 700°C, une bulle de vapeur se forme autour de celle-ci après un délai d'induction de l'ordre de 80 μs, augmente jusqu'à atteindre une taille critique, puis se rétracte. Les radiographies à rayons X, qui permettcnt d'observer à travers la bulle de vapeur, montrent que la formation de protubérances filamentaires s’effectue durant la croissance de la bulle. Lors de l'effondrement de cette dernière, la surface de la goutte ésente des circonvolutions importantes, tandis qu’une deuxième interaction s'initie entraînant, de nouveau, la formation d'une plus grosse bulle, dans le cas de gouttelettes d’étain. Un mécanisme, basé sur une surchauffe et une évaporation non uniforme de l'eau au cours de l'effondrement du film instable, est proposé afin d'expliquer l'origine de ces filaments de métal fondu. Pour des gouttes de liquide en équilibre thermique avec l'eau, la fragmentation s’effectue lorsque la masse est arrachée de la surface du fait du mouvement relatif de l'eau. Pour des vitesses d'écoulement plus élevées (c.à.d. > 45 m/s), la bulle de vapeur se forme, mais est rapidement entraînée en aval. Le schéma proposé suppose que l'évaporation en amont de la surface de la bulle génére un écoulement de vapeur autour de la surface de la gouttelette qui arrache la surface de cette demifcre. L'écoulement de vapeur entraîne les fragments dans la region de la bulle, deinière la goutte. La vapeur se condense, par la suite, laissant un nuage de fragments, qui est alors dispersé par l'eau. La dynamique d’une bulle de vapeur, produite lors de l'explosion d'une goutte chauffée dans un écoulement basse vitesse, a été modelée en utilisant une formulation paramétrique incorporant l'équation de Rayleigh pour la dynamique de la bulle et une équation d'énergie pour la vapeur, afin de tenir compte du transfert de chaleur à la surface ée de la goutte. L'estimation de la quantité totale de chaleur, transférée depuis la goutte, montre que settlement 3% de l'énergie thermique initiale de la gouttelette est converti en travail effectué par la bulle de vapeur.