The authors would like to acknowledge financial support for this work from the Minta Martin Foundation at the University of Maryland, College Park.

1. Planejamento de Experimentos <ol><li> Siga as instruções e precauções de segurança antes de entrar no laboratório de investigação de incêndio e de explosão. treinamento de segurança é geralmente necessária para novos usuários. </li><li> Programar seus experimentos com antecedência para realizar os testes necessários. Considerar os detalhes da experiência, o transporte de combustíveis necessários e os equipamentos necessários. </li><li> Identificar os experimentos a combustíveis líquidos ou sólidos de interesse. Prepare os materiais em conformidade. </li></ol> 2. Preparação de materiais e instrumentação <ol><li> Para experiências de combustível líquido, prepare um pavio de combustível de material não combustível poroso (terroso silicato de lã). Experimentos anteriores 4-6 utilizaram 8 cm x 8 cm x 1,27 cm para os testes de convecção livre e 10 cm x 10 cm x 1,27 cm de espessura folhas para testes de convecção forçada. <ol><li> Asse o dado pavio de combustível para aproximadamente 20 min, expondo-o a uma chama de difusão de uma tocha de propano, a fimpara queimar ligantes orgânicos dentro do pavio. </li><li> A fim de eliminar a fuga de combustível líquido a partir dos lados do pavio, aplicar livremente o silicato de sódio líquido com uma seringa que cobre todas as faces do pavio, excepto a face superior. </li><li> Proteger todos, mas a face superior do pavio com folha de alumínio. Usar um adesivo de alta temperatura para colar a folha de alumínio para os lados do pavio. </li></ol></li><li> Para experiências de combustível sólido, cortar uma folha de combustível sólido. Em anteriores experiências de convecção livre 2, de 8 cm x 8 cm x 1,27 cm de espessura de folha de uma clara fundido polimetil metacrilato (PMMA) foi usado. </li><li> Cortar uma ranhura numa folha de placa de isolamento de fibra de cerâmica igual ao tamanho da amostra de combustível em que a montagem posterior da amostra. Muitas vezes, usar o mesmo não combustível poroso como o pavio de combustível; no entanto selá-lo com alta temperatura pintura preta fosca. </li><li> Verifique o hardware de aquisição de dados dado e software. Abra o software e verificar o temperamentoalgoritmo de mapeamento ature antes da realização de testes necessários. </li></ol> 3. Preparação da instalação experimental <ol><li> Coloque um lado a visão de câmera SLR digital, de modo que esteja alinhado com o eixo central do combustível e longe o suficiente para que a vista lateral completa da chama dado é capturado. <ol><li> Por convecção forçada-fl Ames, uma imagem do campo de vista fi no centro da amostra de combustível com uma área de 16 cm x 8 cm para o cálculo do fl AME stand-off distância na zona de pirólise. </li></ol></li><li> Coloque o mecanismo de avanço acima da amostra de combustível. Anexar um fio de 50 um de diâmetro micro termopar ao eixo horizontal do mecanismo de deslocação com cuidado. </li><li> Ligue o controlador de motor de passo programável. </li><li> No caso de experimentos escoamento forçado, poder-se o ventilador centrífugo do túnel de vento. </li><li> Definir o controlador de largura de pulso modulação (PWM) para uma frequência de 7.000 Hz, com configurações de energia ranging de 16% para 50% para diferentes velocidades do ventilador, verificados com um anemômetro de fio quente. </li><li> Use óculos de segurança e luvas de mão resistentes ao fogo antes de prosseguir com o teste. </li><li> Durante cada ensaio, mergulhar o pavio com o combustível líquido (metanol ou etanol) até ao seu ponto de saturação. Para um cm x 8 cm x 1,27 cm de espessura pavio 8, 90 ml foi suficiente para embeber totalmente o pavio utilizando duas seringas de 60 ml, enquanto para uma 10 cm x 10 cm x 1,27 cm de espessura pavio, 120 ml verificou-se ser suficiente. </li><li> Coloque o pavio placa combustível encharcado de combustível sólido / cuidadosamente no suporte do combustível de pavio. Verifique o nivelamento da superfície do pavio de combustível com um medidor de ângulo. </li><li> Abra o software de balanço de massa e verifique as configurações de interface USB. Verifique o balanço de massa e anotar a sua leitura antes do teste. </li></ol> 4. Experimentos em execução em uma combustão ou Lab fogo <ol><li> Garantir a ventilação adequada da instalação experimental ligando o escape, após a conclusão de cada conjunto de experiências. Exhaust deve ser tão mínima quanto possível ou isolado durante os experimentos para ajudar a eliminar perturbações de fluxo. </li><li> Antes de uma amostra é inflamada, calibre a câmera digital de visão lateral de tirar uma foto de uma folha de papel milimetrado ou governante que está alinhado ao longo do eixo central da superfície de combustível. Obter uma contagem média de pixels / mm a partir das imagens de calibração. Utilize este valor de pixels / mm durante o pós-processamento das imagens (para configurar a escala de medição no ImageJ). </li><li> Inflamar o combustível com um maçarico de propano, momentaneamente tocá-lo para um pavio de combustível líquido e passando a chama de modo uniforme sobre a superfície de 50-60 seg com um combustível sólido. </li><li> Hora de início experimental imediatamente após a ignição uniforme. Use um cronômetro para indicar o tempo de queima. </li><li> Pressione o botão de aquisição de dados no software de equilíbrio de massa. </li><li> Monitorar a perda de massa do pavio queimando ao longo de um intervalo de tempo e escrevê-lo para um arquivo de medição. Use o software de equilíbrio de massa para o gfinalidade Iven. </li><li> Repita os passos 4.3 a 4.6 para múltiplos testes sob as mesmas condições para garantir a repetibilidade. </li><li> Utilizar a perda de massa em função da curva do tempo para determinar o regime de queima constante, em que um ajuste linear da perda de massa tem um elevado valor de R2. </li><li> Para os combustíveis sólidos instáveis, gravar amostras em 50 incrementos seg de ignição para a neutralização de medir regressão superfície (por exemplo, por 50 segundos, 100 segundos, 150 segundos, etc.). </li><li> Corte queimados combustíveis sólidos ao longo do eixo, depois de arrefecimento para testes de regressão. </li><li> Tome de visão lateral fotografias de combustíveis sólidos cortar e carga em ImageJ. Meça a regressão em locais streamwise através da conversão de pixels para cm com uma régua. Procedimento passo a passo para processar uma determinada imagem em ImageJ é listado abaixo. <ol><li> Abrir vista lateral fotografia da amostra de combustível sólido em ImageJ via Selecione Arquivo → Abrir imagem. </li><li> Abra a imagem de calibração (com régua) da amostra de combustível sólido em ImageJvia Selecione Arquivo → Abrir Calibração da imagem. </li><li> Empilhar até a imagem da amostra de combustível sólida imagem de calibração e. Vá em Image → Pilhas → Imagens de empilhar. </li><li> Definir escala de medição: Desenhar uma linha entre dois pontos de distância conhecida, como uma régua na fotografia. Ir para Analisar → Scale Set. Na janela Conjunto Escala do comprimento da linha, em pixels, será exibido. Digite a distância conhecida e unidades de medida nas caixas apropriadas e clique em OK. </li><li> Desenhar uma nova linha e confirmar que a escala de medição está correta. </li><li> distância entre dois pontos de medição no dado da fotografia da amostra: Desenhar uma linha entre dois pontos. A barra de status mostrará o ângulo (a partir da horizontal) eo comprimento. Analisar → Medida (ou Ctrl + M ou simplesmente digite M no teclado) transfere os valores para uma janela de dados. </li><li> Medir a regressão em cada local streamwise X através da medição da espessura da amostra esgotamento e subtraindo-o do initial espessura da amostra. </li></ol></li><li> Nota o intervalo de tempo durante o qual a superfície de combustíveis sólidos permanecem aproximadamente plana e usar-se para a temperatura de mapeamento, ou ajustamentos de posições termopar feitas para compensar a superfície de regressão. </li><li> Defina o intervalo de mapeamento de temperatura para capturar as medições durante o regime de queima constante, cerca de 150 seg para PMMA sólida e 400 seg para mechas encharcadas de líquidos. Defina o intervalo de mapeamento de temperatura com base no intervalo de tempo de queima constante de combustíveis líquidos e sólidos. Um tamanho de passo recomendado perto da superfície é 0,25 milímetros 4-6. </li><li> Alinhar um micro termopar cuidadosamente com a superfície do combustível utilizando um UniSlide XY. Colocar o termopar dada no centro da largura da amostra. </li><li> Mova o micro termopar atentamente a ponta do pavio de combustível usando o UniSlide XY. </li><li> Executar um programa de aquisição de dados em um computador e ler o algoritmo de varredura rede a partir de uma pasta no desktop. Nota: Uma vez que o experimento está em curso, a coleta de dados é automático, eo usuário só precisa supervisionar-lo para garantir que o experimento está indo como planejado. </li><li> Usando um programa de aquisição de dados em um computador, adquirir dados e escrevê-lo para um arquivo de medição. Nota, taxas de amostragem de 100 a 500 4-5 6 Hz foram utilizados em experiências anteriores. </li><li> Quando terminar, extinguir a chama. Desligue o controlador PWM e desligar a ficha do ventilador da tomada de energia de 3 fases 240 VAC. </li><li> Desligue o controlador de motor de passo. </li><li> Repita os passos de 4,12-4,18 para experimentos adicionais em condições de fluxo semelhantes ou diferentes com o mesmo termopar. Um mínimo de 5 testes devem ser repetidos para cada dada condição de escoamento (por exemplo, velocidade de fluxo forçado ou orientação vertical). </li><li> Repita os passos de 4,12-4,18 para um 75 um micro termopar. Travessia dois termopares (50 um e 75 um fio de diâmetro) ao longo do same caminho no centro da chama para correções de radiação precisas. termopares menores podem também ser utilizados, no entanto, muitas vezes a ruptura ocorreu por fios abaixo de 50 mm. </li></ol> Análise 5. Os dados <ol><li> Leia os dados processados ​​a partir do arquivo LVM em Matlab ou outro software analítico. </li><li> Calcular a média dos dados de temperatura em cada ponto do espaço a partir de testes diferentes. </li><li> Calcular uma correcção da radiação a partir dos dados de termopares em média em cada local streamwise, seguindo a correlação de Collis e Williams 10 descrito em detalhe abaixo. </li><li> Calcular medições de temperatura compensada pela adição de correção de radiação para os dados de temperatura crus. </li><li> Não dimensionalize os dados de temperatura e localização espacial. </li><li> Ajustar os dados de temperatura não-dimensionais na superfície do combustível com um ajuste polinomial de ordem superior apropriado usando um algoritmo de ajuste de curva em Matlab ou outro software dedicado. 4 a 6 pontos perto da superfícieforam encontrados para funcionar bem em estudos anteriores 4-6. </li><li> Calcular os gradientes de temperatura não-dimensionais normais na superfície do combustível a partir do declive da ordem de ajuste polinomial maior para a distribuição de temperatura adimensional na superfície do combustível (y = 0). </li><li> Calcular a taxa de queima de massa local do gradiente de temperatura correspondente organizações não-dimensional na superfície do combustível usando uma correlação teórico baseado na analogia Reynolds 4. </li><li> Calcular o fluxo de calor por convecção a partir do gradiente de temperatura na superfície do combustível 5-6. </li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

O objetivo deste estudo foi desenvolver uma nova metodologia para a estimativa das taxas de queima de massa locais para ambos os combustíveis líquidos e sólidos sob uma variedade de condições de fluxo de campo. O estudo considerou dois casos, a convecção natural chama de difusão camada limite e convecção de fronteira chamas de difusão camada forçados estabelecidos em diferentes condições de livre-fluxo, usando combustíveis líquidos e sólidos. As taxas de combustão locais medidos através de medições de termopares de arame fino sobre ambos os pavios encharcado de combustível líquido e mais de lajes maciças de PMMA foram encontrados para coincidir com outros meios de estimativa, designadamente medidas de regressão de combustível. Estes gradientes de temperatura perto da superfície do combustível foram determinados usando uma correlação com base na analogia de Reynolds 12-13 que, embora exigindo constante, a combustão laminar, funcionou muito bem para amostras de pequenas dimensões, em última análise, resultando em dados dentro de 15% de precisão de resultados médios e muito mais mais por measurem locaisentos 4-6. O factor de correlação para estas medições da taxa de perda de massa locais depende do número de transferência de massa do combustível Spalding representativa e outras propriedades termofísicas do combustível que pode ser calculada a priori. Os resultados sugerem que esta técnica pode ser útil para extrair estas quantidades e compreender a queima de combustíveis de pequena escala em maior detalhe no futuro. Outros estudos na literatura têm expandido o trabalho representativo aqui incorporando simulações numéricas 4 e experimentos em amostras orientadas na vertical, queima livre 4,5, e as amostras horizontalmente montado sob ventos ambiente 6. Por estas configurações, os componentes de fluxo de calor foram também determinados localmente sobre a superfície de combustível usando a mesma técnica de termopar de fio fino muito perto da superfície de combustível condensado. Embora os componentes de fluxo de calor foram medidos no passado através da utilização de manómetros incorporados, this técnica é minimamente invasiva e oferece medição direta do fluxo de calor convectivas, o que não foi possível antes. Um cuidado especial deve ser tomado durante as experiências na escolha de configurações e configuração do aparelho específicos. Nestas experiências, os termopares escolhida para o passo 3.2 saliente a partir de um pequeno tubo de cerâmica, mantendo a tensão sobre o fio e fazer a localização do termopar relativamente fixo. Usando um fio termopar suspensa ao longo de todo o tubo de chama sem um reduziria as eventuais perturbações do tubo de cerâmica, no entanto, faria localizar a localização específica do termopar muito mais variável como o fio tende a expandir-se com o aumento das temperaturas. Por vezes, as mudanças na configuração poderia induzir efeitos em toda a largura da amostra (por exemplo, inclinadas a amostra). Se a configuração é modificada a partir dos estudados no passado 4-6, em torno etapa 4.14 controlos ocasionais que o mea temperatura da chamasurements em toda a largura da amostra não mostram variação significativa deve ser feita (ou seja, um pressuposto 2-D ainda detém). Caso contrário, um sistema de mapeamento 3-D terão de ser implementadas. Os passos mais críticos durante a execução dos experimentos tem a ver com a preparação do combustível e uso adequado de termopares. Mesmo pequenos desvios no posicionamento dos termopares pode causar erros, portanto, é preciso ter cuidado ao posicionar o termopar em passos 3.2, 4.13 e 4.14. A mecha de combustível também deve ser colocada de modo que como uma superfície plana quanto possível, é mantida (passo 2.1) e todo o material de enchimento deve ser cozida de mechas (passo 2.1.1). O sistema de escape, ativada na etapa 4.1 também deve ser mantido o mínimo ou isolado quanto possível perto da experiência para ajudar a eliminar perturbações de fluxo. Isto deve ser verificado, garantindo uma pequena vela não é soprado em que o teste será realizado (sem vento). Defletores, telas, Uma instalação em separado ou testes em um grande espaço pode ser usado para fazer isso. No passo 4.2, o combustível sólido deve ser inflamado o mais uniformemente possível. Enquanto o maçarico não é a fonte mais ideal de fazer isso, as experiências não foram encontrados para ser sensível à fonte de ignição, em trabalhos anteriores 4-6. Sensibilidade para a fonte de ignição deve ser documentado durante as experiências, variando o tempo ou a intensidade da exposição e observando os resultados da velocidade de queima em massa constante. Se a sensibilidade é observado um painel radiante deve ser, alternativamente, usado para inflamar amostras. combustíveis sólidos, ou qualquer combustível que não tem um grande (&gt; 300 s) região constante queima como observado por taxas de perda de massa deve ter mapeamento de temperatura tomada durante uma curta região. Por exemplo, no passo 4.13 do mapeamento é recomendado para o PMMA de ser assumido o primeiro 150 seg, enquanto que o combustível é ainda relativamente plana e a superfície de regressão tem sido bem documentada. medições de regressão da superfície pode I utilizarmageJ ou outro software de imagem similar para medir pixels nas fotografias e converter em comprimento. Alternativamente, um micrómetro digital pode ser utilizado para medir a regressão da superfície da placa de sólido depois arrefece (notar a superfície de materiais de &quot;borbulhante&quot;, tal como PMMA deve ser lixado primeiro). A correlação da velocidade de combustão proposto é baseado em hipóteses laminares, no entanto, é a hipótese de que esta técnica deve seguir uma forma semelhante para a queima turbulenta de uma superfície de combustível, se bem que com uma relação funcional modificado que deve ser determinada experimentalmente. O trabalho aqui apresentado pode ser posteriormente alargado a turbulento combustão camada limite e interações associadas entre turbulência e liberação de calor em fase gasosa que dirigem o fluxo de calor incidente a superfície do combustível pode ser investigado. A teoria sobre a qual a correlação velocidade de queima é baseado também negligencia radiação. A teoria é simplista leading para a incerteza em suas capacidades de previsão em circunstâncias que não são abrangidos pelo presente trabalho. Por exemplo, a metodologia descrita pode não funcionar para altas chamas onde a deposição de fuligem o fluxo de calor para a superfície é em grande parte por radiação. Para grandes chamas parede turbulentos, em que o fluxo de calor por radiação à superfície de combustível condensada é alta, a queima de correlação taxa proposta pode ou não funcionar. Inclusão de efeitos de radiação na correlação proposta é, assim, a pesquisa desejável e ainda devem ser realizadas a fim de determinar esta relação funcional. Esta área exige melhorias no modelo se os métodos de previsão confiantes devem ser atingidos por tais chamas.

Enquanto avanços críticas têm sido feitas na área de pesquisa de segurança contra incêndio ao longo do século passado, prevendo taxas de propagação das chamas continua a ser um desafio para muitos materiais em diversas configurações. A propagação das chamas, muitas vezes prossegue em ambos os ambientes construídos ou naturais como uma série de ignições de novos elementos, emanadas de uma fonte inicial de ignição. O conhecimento das características de combustão de materiais de queima individuais é fundamental, a fim de prever essas taxas de propagação das chamas, porque este contribui para taxas de aquecimento para elementos unignited. A taxa de libertação de calor (FCR) de um elemento de combustível Por conseguinte, foi citado como a quantidade mais fundamental na pesquisa de fogo 1, sendo aproximadamente igual à velocidade de combustão (perda de massa) do combustível de fase condensada, ou seja, a taxa de evaporação de uma taxa de combustível ou pirólise líquida de um combustível sólido. A velocidade de combustão pode ser pensado como uma medida da inflamabilidade de um material e é um parâmetro crítico na análise de risco de incêndio e a concepção de sistemas de extinção de incêndios. A perda local de massa (ou queima) taxa, M &quot;f, de uma parede vertical é, em particular, uma variável importante em muitos problemas relacionados com o fogo, tais como a propagação das chamas em uma parede, o crescimento fogo, e as taxas de libertação de energia dentro um fogo gabinete, e a propagação de fumos e gases quentes plumas Para previsão de propagação das chamas para cima em uma parede vertical, a altura da chama deve ser calculado, o que depende da taxa de libertação de energia total;. que, por sua vez, é diretamente influenciada pela a taxa de perda de massa local integrado em toda a área pirólise da parede 2-3. Enquanto o conhecimento destas taxas de perda de massa integrados são relativamente bem conhecidos, o conhecimento das taxas de queima de massa em locais incrementais ao longo de uma superfície de combustível não são bem conhecidos porque as técnicas experimentais para medir essas taxas são extremamente limitados. Uma técnica que fornece esta taxa de queima de massa &quot;local&quot;informação poderia proporcionar uma maior visão para a queima de combustíveis condensado, permitindo aos pesquisadores entender melhor os mecanismos que distinguem diferentes combustíveis ou configurações de um outro. Como a maioria dos materiais são em primeiro lugar avaliadas no pequena escala (por exemplo, num calorímetro de cone 1), um primeiro passo lógico é proporcionar uma técnica para medir as taxas de queima em massa local, em pequenas chamas de difusão laminar sobre superfícies de combustível condensadas. O trabalho aqui apresentado discute a metodologia experimental e protocolos para a realização de experimentos em chamas laminares estáveis ​​estabelecidas sobre superfícies combustíveis condensadas. Estimativa de gradientes de temperatura locais usando micro termopares é uma técnica particularmente útil para a estimativa das taxas de queima de massa locais e fluxos de calor nestas chamas 4-6. Uma análise dos dados da literatura mostra a dificuldade de determinar de transferência de calor, combustão e de fricção coeficientes locais no condensuperfície de combustível sed, que são importantes para compreender a física e os mecanismos subjacentes que impulsionam um incêndio em particular e sua propagação 4-6. Componentes de fluxos de calor, que permaneceram talvez o elemento fogo mais bem medidos em locais locais sobre uma superfície de combustível, têm-se revelado difícil de medir. Efeitos como a variabilidade de combustíveis, escalabilidade fluxo de calor, dificuldade de alcançar o estado de equilíbrio e as diferentes tecnologias de calibre de fluxo de calor têm contribuído para uma vez dispersão dos dados disponíveis na literatura 4. Medidas de gradientes de temperatura locais com alta precisão vai ajudar a aliviar esta variabilidade e também fornecer correlações de transferência de calor que poderiam ser usados ​​para a validação numérica de fogos de parede laminar, um problema de pesquisa fogo canônico. Tais experiências também são úteis em explorar a relação dinâmica entre a combustíveis chamas superfície de combustível condensado e gás de fase em laminar e camada limite turbulentas. Métodos para a captura com precisão estes gradientes de temperatura de uma forma precisa e repetível são descritos abaixo.

<table><tbody><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Thermocouples with connectors and clamps&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>Unsheathed Fine Gauge T/C</td><td>P13R-002</td><td>Omega Engineering, Inc.</td><td>Fine wire microthermocouples (R-type)</td></tr><tr><td>Unsheathed Fine Gauge T/C</td><td>P13R-003</td><td>Omega Engineering, Inc.</td><td>Fine wire microthermocouples (R-type)</td></tr><tr><td>Ceramic 2 hole round - 5 pk</td><td>TRX-010364-6</td><td>Omega Engineering, Inc.</td><td>Ceramic tubes to hold the fine wire thermocouples</td></tr><tr><td>Thermocouple extension wire</td><td>EXTT-RS-24-100</td><td>Omega Engineering, Inc.</td><td>Thermocouple extension wire</td></tr><tr><td>Male Female Connectors</td><td>SHX-R/S-MF</td><td>Omega Engineering, Inc.</td><td>Connectors for R-type thermocouples&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Accessories</td><td>MSRT-116-10</td><td>Omega Engineering, Inc.</td><td>Rubber tubes for maintaining grip for the ceramic tubes at the connectors&#039;s end</td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Traverse mechanism&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>X slide, travel = 10 inch, 0.025 in/rev, limits, NEMA 17</td><td>XN10-0100-E25-71</td><td>Velmex Inc.</td><td>Velmex unislide</td></tr><tr><td>Vexta type 17, 1.8 deg/step 2phase, single shaft stepper motor</td><td>PK245-01AA</td><td>Velmex Inc.</td><td>Stepper motor&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Mounting cleat, standard using 6-32 bolts</td><td>XMC-2</td><td>Velmex Inc.</td><td>Mounting accessories for the given Velmex unislide</td></tr><tr><td>6-32 x 7/16 SH Cap Screw for Xslide in X &amp;amp; Y axis</td><td>XMB-1</td><td>Velmex Inc.</td><td>Mounting accessories for the given Velmex unislide</td></tr><tr><td>X slide, travel = 10 inch, 0.025 in/rev, limits, NEMA 17</td><td>XN10-0100-E25-71</td><td>Velmex Inc.</td><td>Velmex unislide</td></tr><tr><td>Vexta type 17, 1.8 deg/step 2phase, single shaft stepper motor</td><td>PK245-01AA</td><td>Velmex Inc.</td><td>Stepper motor&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Mounting cleat, standard using 6-32 bolts</td><td>XMC-2</td><td>Velmex Inc.</td><td>Mounting accessories for the given Velmex unislide</td></tr><tr><td>6-32 x 7/16 SH Cap Screw for Xslide in X &amp;amp; Y axis</td><td>XMB-1</td><td>Velmex Inc.</td><td>Mounting accessories for the given Velmex unislide</td></tr><tr><td>Control, 2 Axis programmable stepping motor control, 1 motor at a time</td><td>VXM-2</td><td>Velmex Inc.</td><td>Stepper motor controller</td></tr><tr><td>USB to RS232 DB9 Serial Communication cable 10 ft</td><td>RPC-USB-RS232-3M</td><td>Velmex Inc.</td><td>Serial communication cable between the stepper motor controller and&amp;nbsp; computer</td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Data acquisition hardware&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>NI 9214 16-Ch Isothermal TC, 24-bit C Series Module for high accuracy thermocouple measurements (includes terminal block)</td><td>781510-01</td><td>National Instruments</td><td>Thermocouple data acquistion card</td></tr><tr><td>Power Cord, AC, U.S., 120 VAC, 2.3 meters</td><td>763000-01</td><td>National Instruments</td><td>Power cord for the 8 slot C-DAQ chassis</td></tr><tr><td>cDAQ-9178, CompactDAQ chassis (8 slot USB)</td><td>781156-01</td><td>National Instruments</td><td>C-DAQ chassis for NI 9214 and NI 9239</td></tr><tr><td>EMI Suppression Ferrite for NI 9229/39 BNC</td><td>782801-01</td><td>National Instruments</td><td>Accessories for NI 9239 data acquistion card</td></tr><tr><td>NI 9239 BNC, 4-Ch +/-10&amp;nbsp;V, 50&amp;nbsp;kS&amp;#8288;/&amp;#8288;s per channel</td><td>780181-01</td><td>National Instruments</td><td>Data acquistion card for hot wire anemometer system</td></tr><tr><td>cDAQ-9171, CompactDAQ chassis (1 slot USB)</td><td>781425-01</td><td>National Instruments</td><td>C-DAQ chassis for NI 9214&amp;nbsp;</td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Cameras&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>Nikon D7100 24.1 MP DX-Format CMOS Digital SLR with 18-105&amp;nbsp;mm f/3.5-5.6 AF-S DX VR ED Nikkor Lens</td><td>Nikon D7100</td><td>Amazon</td><td>Digital SLR camera for taking top-view flame photographs</td></tr><tr><td>Canon EOS Rebel T5 DSLR CMOS Digital SLR Camera and DIGIC Imaging with EF-S 18-55&amp;nbsp;mm f/3.5-5.6 IS Lens</td><td>Canon EOS Rebel T5 DSLR&amp;nbsp;</td><td>Amazon</td><td>Digital SLR camera for taking side-view flame photographs</td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Mass balance&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>Mettler-Toledo, MS32001L Balance Prec 32,200&amp;nbsp;g x 0.1&amp;nbsp;g</td><td>97035-654</td><td>VWR</td><td>Precision electronic mass balance for measuring average mass burning rate</td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Mini CTA system&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>MiniCTA Anemometer Package for wire- and film-probes</td><td>9054T0461</td><td>Dantec Dynamics</td><td>Hot wire system for measuring velocities and turbulence intesity at the wind tunnel outlet</td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Wind tunnel equipment&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>1/2 in. x 4 ft. x 8 ft. C-3 Whole Piece Birch Domestic Plywood</td><td>Model # 833185</td><td>Home Depot</td><td>Used to make the laboratory scale wind tunnel</td></tr><tr><td>Woodgrain Millwork WM 206 11/16 in. x 11/16 in. x 96 in. Wood Pine Corner Moulding</td><td>Model # 109610</td><td>Home Depot</td><td>Used to make the laboratory scale wind tunnel</td></tr><tr><td>Extension Spring, Loop Ends, 6.562&quot; Overall Length, Pack of 6</td><td>1330K26</td><td>McMaster-Carr</td><td>Used to make the laboratory scale wind tunnel</td></tr><tr><td>Strainer Grade Wire Cloth, 30x30 Mesh, 0.0130&quot; wire diameter. 12&quot;x12&quot; sheet</td><td>9241T41</td><td>McMaster-Carr</td><td>Used to make the laboratory scale wind tunnel</td></tr><tr><td>Strainer Grade Wire Cloth, 40x40 Mesh, 0.0065&quot; wire diameter. 12&quot;x12&quot; sheet</td><td>9241T42</td><td>McMaster-Carr</td><td>Used to make the laboratory scale wind tunnel</td></tr><tr><td>Mobile Lift Table Foot-Operated, 600# Capacity, 10&quot; - 33&quot; Table Height</td><td>2791T22</td><td>McMaster-Carr</td><td>Table to hold the experimental setup</td></tr><tr><td>ebm-papst p/n: G3G250-MW75-05 (EC Centrifugal blower, 200-240&amp;nbsp;V, 3-phase, 50/60&amp;nbsp;Hz, M3G112-EA motor, 2.2&amp;nbsp;kW)</td><td>G3G250-MW75-05</td><td>Ebm papst</td><td>Blower for the wind tunnel</td></tr><tr><td>ebm-papst p/n: HX0C-003-000-04 (Controller)</td><td>HX0C-003-000-04</td><td>Ebm papst</td><td>Pulse width modulation controller for controlling the speed of the blower</td></tr><tr><td>8020 1&amp;rdquo; X 1&amp;rdquo; T-SLOTTED PROFILE&amp;nbsp;</td><td>8020-1010</td><td>80/20 (Rankin Automation)</td><td>Used to create a framework for the wind tunnel</td></tr><tr><td>Momentive/GE Silicone Sealant RTV108, 10.1-oz Cartridge, Semi-Clear</td><td>7545A472</td><td>McMaster Carr</td><td>Sealant for the wood</td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Software&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>LabVIEW</td><td>Contact vendor</td><td>National Instruments</td><td>Used for continuous temperature data acquistion and analysis. Alternatively used for positioning the thermocouple.</td></tr><tr><td>Mettler Toledo mass balance software</td><td>Contact vendor</td><td>Mettler Toledo</td><td>Used for measuring the mass loss rate of the condensed fuel wick / solid plate with time</td></tr><tr><td>ImageJ</td><td>Free download</td><td>NIH, http://imagej.nih.gov/ij/</td><td>Used for measuring the flame standoff distance and surface regression of the solid fuel plate</td></tr><tr><td>Matlab</td><td>Contact vendor</td><td>Mathworks</td><td>Used for post-processing of data</td></tr><tr><td>Fortran 90/95</td><td>Contact vendor</td><td>The Fortran company</td><td>Used for post-processing of data</td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Materials&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>Methanol&amp;nbsp;</td><td>UMD Chem Store</td><td>NA</td><td>Liquid fuel</td></tr><tr><td>Ethanol&amp;nbsp;</td><td>UMD Chem Store</td><td>NA</td><td>Liquid fuel</td></tr><tr><td>safety glasses</td><td>UMD Chem Store</td><td>NA</td><td>Used for safety purpose</td></tr><tr><td>spray bottle</td><td>UMD Chem Store</td><td>NA</td><td>Used for carrying water in case of emergency</td></tr><tr><td>Syringe 60 cc</td><td>UMD Chem Store</td><td>NA</td><td>Used for soaking the liquid fuel wick with liquid fuels</td></tr><tr><td>Optically Clear Cast Acrylic Sheet, 1/8&quot; Thick, 24&quot; x 48&quot;</td><td>Mc master carr</td><td>8560K262</td><td>Solid fuel PMMA</td></tr><tr><td>Loctite Proxy Pak (Hi-temp adhesive)</td><td>Mc master carr</td><td>7556A33</td><td>Used for covering the sides of the wick with aluminum foil</td></tr><tr><td>Hi-Temp Aerosol Spray Paint (Black)</td><td>Mc master carr</td><td>7832T1</td><td>Used for painting the insulation&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Self-Igniting Economy Propane Gas Torch Adjustable Flame, 4,179&amp;nbsp;Btu/hr</td><td>Mc master carr</td><td>78245A3</td><td>Propane torch for igniting the solid fuel plate</td></tr><tr><td>Heat-Resistant Cotton Glove W/Nitrile Coating, 400 Deg F Max Temp, 10&quot; Lg, Large</td><td>Mc master carr</td><td>56025T1</td><td>Used for safety purpose</td></tr><tr><td>Modular Protective Screen with Tie-on Curtain, 6&#039;&amp;nbsp;Height x 4&#039;&amp;nbsp;Width Abrasion-Resistant Fiberglass</td><td>Mc master carr</td><td>9145T84</td><td>Fire-resistant curtain for the background</td></tr><tr><td>Multipurpose Aluminium Alloy 6061 .125&quot; thick, 12&quot; x 24&quot;</td><td>Mc master carr</td><td>89015K28</td><td>Used for holding the insulation</td></tr><tr><td>Marine grade plywood 1/2&quot; thick, 12&quot; x 24&quot;</td><td>Mc master carr</td><td>1125T32</td><td>Used for holding the experimental setup</td></tr><tr><td>Multipurpose Aluminium Alloy 6061 U-channel, 2&quot; base x 1-1/4&quot; legs, 1&#039; length</td><td>Mc master carr</td><td>1630T473</td><td>Used for holding the aluminum plate, insulation and wick</td></tr><tr><td>Architectural Anodized Aluminium (Alloy 6063) 90 deg angle, 1/8&quot; Thk, 1/2&quot; x 1/2&quot; legs, 6&#039; L</td><td>Mc master carr</td><td>4630T21</td><td>Used for holding the aluminum plate, insulation and wick</td></tr><tr><td>Aluminium Inch T-Slotted Framing System Concealed 90 degree connector, for 1&quot; extrusion</td><td>Mc master carr</td><td>47065T155</td><td>Used for holding the aluminum plate, insulation and wick</td></tr><tr><td>Aluminium Inch T-Slotted Framing System Extended 90 degree bracket, Single, 4 Hole, for 1&quot; extrusion</td><td>Mc master carr</td><td>47065T175</td><td>Used for holding the aluminum plate, insulation and wick</td></tr><tr><td>Aluminium Inch T-Slotted Framing System Four-Slot single, 1&quot; solid extrusion, 4&#039; length</td><td>Mc master carr</td><td>47065T101</td><td>Used for holding the aluminum plate, insulation and wick</td></tr><tr><td>1/2&quot; x 48&quot; x 36&quot; (Superwool 607 insulation board) 1 carton containing 12 sheets</td><td>Mccormick Insulation</td><td>Superwool 607&amp;nbsp;</td><td>Insulation material for making the wick and the wick holder</td></tr></tbody></table>

experimental methodology for estimation of local heat fluxes and burning rates in steady laminar boundary layer diffusion flames

Modelando o comportamento ao fogo realista de combustíveis de fase condensada manteve-se fora do alcance, em parte devido a uma incapacidade para resolver as complexas interações que ocorrem na interface entre chamas em fase gasosa e combustíveis de fase condensada. A pesquisa atual fornece uma técnica para explorar a relação dinâmica entre a combustíveis chamas superfície de combustível condensado e gás de fase na camada limite laminar. Experimentos têm sido realizados em ambos os ambientes de convecção forçada e livres sobre ambos os combustíveis sólidos e líquidos. Uma metodologia única, com base na analogia de Reynolds, foi utilizada para estimar as taxas de queima em massa local e fluxos de calor da chama para estas limite laminar chamas de difusão camada utilizando gradientes de temperatura locais na superfície do combustível. As taxas de combustão de massa locais e feedback de calor por convecção e radiação das chamas foram medidos em ambas as regiões de pirólise e pluma, utilizando gradientes de temperatura mapeados perto da parede por um traver de dois eixosSE sistema. Estas experiências são demorados e pode ser um desafio para projetar como a superfície de combustível condensada queima de forma constante por apenas um período limitado de tempo após a ignição. Os perfis de temperatura perto da superfície do combustível precisam ser mapeados durante a queima constante de uma superfície de combustível condensada a uma resolução espacial muito elevada, a fim de capturar as estimativas razoáveis ​​de gradientes de temperatura locais. correções cuidadosas para perdas de calor por radiação dos termopares são também essenciais para medições precisas. Por estas razões, toda a montagem experimental precisa ser automatizada com um mecanismo de avanço controlado por computador, eliminando a maioria dos erros devido ao posicionamento de um micro-termopar. Um esboço de passos para capturar reproducibly gradientes de temperatura próxima da parede e usá-los para avaliar as taxas de queima e fluxos de calor local é fornecido.

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Experimental Methodology for Estimation of Local Heat Fluxes and Burning Rates in Steady Laminar Boundary Layer Diffusion Flames

We describe the use of micro-thermocouples to estimate local temperature gradients in steady laminar boundary layer diffusion flames. By extension of the Reynolds Analogy, local temperature gradients can be further used to estimate the local mass burning rates and heat fluxes in such flames with high accuracy.

Metodologia experimental para Estimativa do local fluxos de calor e queima Tarifas em estacionário limite laminar Chamas camada de difusão

Modeling the realistic burning behavior of condensed-phase fuels has remained out of reach, in part because of an inability to resolve the complex ...

experimental-methodology-for-estimation-local-heat-fluxes-burning

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Engineering

11.7K visualizações.  University of Maryland. We describe the use of micro-thermocouples to estimate local temperature gradients in steady laminar boundary layer diffusion flames. By extension of the Reynolds Analogy, local temperature gradients can be further used to estimate the local mass burning rates and heat fluxes in such flames with high accuracy. 

Vídeo: Experimental Methodology for Estimation of Local Heat Fluxes and Burning Rates in Steady Laminar Boundary Layer Diffusion Flames

Flame Experiments at the Advanced Light Source: New Insights into Soot Formation Processes

The following experimental protocols and the accompanying video are concerned with the flame experiments that are performed at the Chemical Dynamics Beamline of the Advanced Light Source (ALS) of the Lawrence Berkeley National Laboratory1-4. This video demonstrates how the complex chemical structures of laboratory-based model flames are analyzed using flame-sampling mass spectrometry with tunable synchrotron-generated vacuum-ultraviolet (VUV) radiation. This experimental approach combines isomer-resolving capabilities with high sensitivity and a large dynamic range5,6. The first part of the video describes experiments involving burner-stabilized, reduced-pressure (20-80 mbar) laminar premixed flames. A small hydrocarbon fuel was used for the selected flame to demonstrate the general experimental approach. It is shown how species&#8217; profiles are acquired as a function of distance from the burner surface and how the tunability of the VUV photon energy is used advantageously to identify many combustion intermediates based on their ionization energies. For example, this technique has been used to study gas-phase aspects of the soot-formation processes, and the video shows how the resonance-stabilized radicals, such as C3H3, C3H5, and i-C4H5, are identified as important intermediates7. The work has been focused on soot formation processes, and, from the chemical point of view, this process is very intriguing because chemical structures containing millions of carbon atoms are assembled from a fuel molecule possessing only a few carbon atoms in just milliseconds. The second part of the video highlights a new experiment, in which an opposed-flow diffusion flame and synchrotron-based aerosol mass spectrometry are used to study the chemical composition of the combustion-generated soot particles4. The experimental results indicate that the widely accepted H-abstraction-C2H2-addition (HACA) mechanism is not the sole molecular growth process responsible for the formation of the observed large polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs).

Gas sampling from laboratory-scale flames with online analysis of all species by mass spectrometry is a powerful method to investigate the complex mixture of chemical compounds occurring during combustion processes. Coupled with tunable soft ionization via synchrotron-generated vacuum-ultraviolet radiation, this technique provides isomer-resolved information and potentially fragment-free mass spectra.

Experimentos chama na fonte luminosa avançada: novos insights sobre processos de formação de fuligem

The following experimental protocols and the accompanying video are concerned with the flame experiments that are performed at the Chemical Dynamics ...

Engenharia

Emission Spectroscopic Boundary Layer Investigation during Ablative Material Testing in Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution for future high-speed reentry missions. But despite the advancements made since Apollo, heat flux prediction remains an imperfect science and engineers resort to safety factors to determine the TPS thickness. This goes at the expense of embarked payload, hampering, for example, sample return missions. 
Ground testing in plasma wind-tunnels is currently the only affordable possibility for both material qualification and validation of material response codes. The subsonic 1.2MW Inductively Coupled Plasmatron facility at the von Karman Institute for Fluid Dynamics is able to reproduce a wide range of reentry environments. This protocol describes a procedure for the study of the gas/surface interaction on ablative materials in high enthalpy flows and presents sample results of a non-pyrolyzing, ablating carbon fiber precursor. With this publication, the authors envisage the definition of a standard procedure, facilitating comparison with other laboratories and contributing to ongoing efforts to improve heat shield reliability and reduce design uncertainties.
The described core techniques are non-intrusive methods to track the material recession with a high-speed camera along with the chemistry in the reactive boundary layer, probed by emission spectroscopy. Although optical emission spectroscopy is limited to line-of-sight measurements and is further constrained to electronically excited atoms and molecules, its simplicity and broad applicability still make it the technique of choice for analysis of the reactive boundary layer. Recession of the ablating sample further requires that the distance of the measurement location with respect to the surface is known at all times during the experiment. Calibration of the optical system of the applied three spectrometers allowed quantitative comparison. At the fiber scale, results from a post-test microscopy analysis are presented.

Development of new ablative materials and their numerical modeling requires extensive experimental investigation. This protocol describes procedures for material response characterization in plasma flows with the core techniques being non-intrusive methods to track the material recession along with the chemistry in the reactive boundary layer by emission spectroscopy.

Emissão espectroscópica Boundary Investigation Camada durante ablativo Teste de material em Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution ...

Combustion Characterization and Model Fuel Development for Micro-tubular Flame-assisted Fuel Cells

Combustion based power generation has been accomplished for many years through a number of heat engine systems. Recently, a move towards small scale power generation and micro combustion as well as development in fuel cell research has created new means of power generation that combine solid oxide fuel cells with open flames and combustion exhaust. Instead of relying upon the heat of combustion, these solid oxide fuel cell systems rely on reforming of the fuel via combustion to generate syngas for electrochemical power generation. Procedures were developed to assess the combustion by-products under a wide range of conditions. While theoretical and computational procedures have been developed for assessing fuel-rich combustion exhaust in these applications, experimental techniques have also emerged. The experimental procedures often rely upon a gas chromatograph or mass spectrometer analysis of the flame and exhaust to assess the combustion process as a fuel reformer and means of heat generation. The experimental techniques developed in these areas have been applied anew for the development of the micro-tubular flame-assisted fuel cell. The protocol discussed in this work builds on past techniques to specify a procedure for characterizing fuel-rich combustion exhaust and developing a model fuel-rich combustion exhaust for use in flame-assisted fuel cell testing. The development of the procedure and its applications and limitations are discussed.

A protocol for creating a model fuel-rich combustion exhaust is developed through combustion characterization and is applied for micro-tubular flame-assisted fuel cell testing and research.

Pilhas de Combustível assistida por chama de combustão Caracterização e Modelo de Desenvolvimento Combustível para Micro-tubulares

Combustion based power generation has been accomplished for many years through a number of heat engine systems. Recently, a move towards small scale power ...

Reaction Kinetics and Combustion Dynamics of I4O9 and Aluminum Mixtures

Tetraiodine nonoxide (I4O9) has been synthesized using a dry approach that combines elemental oxygen and iodine without the introduction of hydrated species. The synthesis approach inhibits the topochemical effect promoting rapid hydration when exposed to the relative humidity of ambient air. This stable, amorphous, nano-particle material was analyzed using differential scanning calorimetry (DSC) and thermal gravimetric analysis (TGA) and showed an exothermic energy release at low temperature (i.e., 180 &#176;C) for the transformation of I4O9 into I2O5. This additional exothermic energy release contributes to an increase in overall reactivity of I4O9 when dry mixed with nano-aluminum (Al) powder, resulting in a minimum of 150% increase in flame speed compared to Al + I2O5. This study shows that as an oxidizer, I4O9 has more reactive potential than other forms of iodine(V) oxide when combined with Al, especially if I4O9 can be passivated to inhibit absorption of water from its surrounding environment.

Reaction Kinetics and Combustion Dynamics of I4O9 and Aluminum Mixtures

A protocol for measuring flame speeds of a reactive mixture composed of tetraiodine nonoxide (I4O9) and aluminum (Al) is presented. A method for resolving reaction kinetics using differential scanning calorimetry (DSC) is also presented. It was found that I4O9 is 150% more reactive than other iodine(V) oxides.

Cinética de reação e Combustão Dinâmica de I<sub&gt; 4</sub&gt; ó<sub&gt; 9</sub&gt; E misturas de alumínio

Tetraiodine nonoxide (I4O9) has been synthesized using a dry approach that combines elemental oxygen and iodine without the introduction of hydrated ...

Combustion Chemistry of Fuels: Quantitative Speciation Data Obtained from an Atmospheric High-temperature Flow Reactor with Coupled Molecular-beam Mass Spectrometer

This manuscript describes a high-temperature flow reactor experiment coupled to the powerful molecular beam mass spectrometry (MBMS) technique. This flexible tool offers a detailed observation of chemical gas-phase kinetics in reacting flows under well-controlled conditions. The vast range of operating conditions available in a laminar flow reactor enables access to extraordinary combustion applications that are typically not achievable by flame experiments. These include rich conditions at high temperatures relevant for gasification processes, the peroxy chemistry governing the low temperature oxidation regime or investigations of complex technical fuels. The presented setup allows measurements of quantitative speciation data for reaction model validation of combustion, gasification and pyrolysis processes, while enabling a systematic general understanding of the reaction chemistry. Validation of kinetic reaction models is generally performed by investigating combustion processes of pure compounds. The flow reactor has been enhanced to be suitable for technical fuels (e.g. multi-component mixtures like Jet A-1) to allow for phenomenological analysis of occurring combustion intermediates like soot precursors or pollutants. The controlled and comparable boundary conditions provided by the experimental design allow for predictions of pollutant formation tendencies. Cold reactants are fed premixed into the reactor that are highly diluted (in around 99 vol% in Ar) in order to suppress self-sustaining combustion reactions. The laminar flowing reactant mixture passes through a known temperature field, while the gas composition is determined at the reactors exhaust as a function of the oven temperature. The flow reactor is operated at atmospheric pressures with temperatures up to 1,800 K. The measurements themselves are performed by decreasing the temperature monotonically at a rate of -200 K/h. With the sensitive MBMS technique, detailed speciation data is acquired and quantified for almost all chemical species in the reactive process, including radical species.

An investigation of the oxidative combustion chemistry of novel biofuels, fuel components, or jet fuels by comparison of quantitative speciation data is presented. The data can be used for kinetic model validation and enables fuel assessment strategies.This manuscript describes the atmospheric high-temperature flow reactor and demonstrates its capabilities.

Química de combustão de combustíveis: especiação quantitativa de dados obtidos de um reator de fluxo de alta temperatura atmosférica com acoplado a espectrômetro de massa Molecular-feixe

This manuscript describes a high-temperature flow reactor experiment coupled to the powerful molecular beam mass spectrometry (MBMS) technique. This ...

Química

Wind Tunnel Experiments to Study Chaparral Crown Fires

The present protocol presents a laboratory technique designed to study chaparral crown fire ignition and spread. Experiments were conducted in a low velocity fire wind tunnel where two distinct layers of fuel were constructed to represent surface and crown fuels in chaparral. Chamise, a common chaparral shrub, comprised the live crown layer. The dead fuel surface layer was constructed with excelsior (shredded wood). We developed a methodology to measure mass loss, temperature, and flame height for both fuel layers. Thermocouples placed in each layer estimated temperature. A video camera captured the visible flame. Post-processing of digital imagery yielded flame characteristics including height and flame tilt. A custom crown mass loss instrument developed in-house measured the evolution of the mass of the crown layer during the burn. Mass loss and temperature trends obtained using the technique matched theory and other empirical studies. In this study, we present detailed experimental procedures and information about the instrumentation used. The representative results for the fuel mass loss rate and temperature filed within the fuel bed are also included and discussed.

This protocol describes wind tunnel experiments designed to study the transition of a fire from the ground to the canopy of chaparral shrubs.

Experiências de túnel de vento para estudar Chaparral coroa fogos

The present protocol presents a laboratory technique designed to study chaparral crown fire ignition and spread. Experiments were conducted in a low ...

Experimental Procedure for Laboratory Studies of In Situ Burning : Flammability and Burning Efficiency of Crude Oil

A new method for the simultaneous study of the flammability and burning efficiency of fresh and weathered crude oil through two experimental laboratory setups is presented. The experiments are easily repeatable compared to operational scale experiments (pool diameter &#8805;2 m), while still featuring quite realistic in situ burning conditions of crude oil on water. Experimental conditions include a flowing water sub-layer that cools the oil slick and an external heat flux (up to 50 kW/m2) that simulates the higher heat feedback to the fuel surface in operational scale crude oil pool fires. These conditions enable a controlled laboratory study of the burning efficiency of crude oil pool fires that are equivalent to operational scale experiments. The method also provides quantitative data on the requirements for igniting crude oils in terms of the critical heat flux, ignition delay time as a function of the incident heat flux, the surface temperature upon ignition, and the thermal inertia. This type of data can be used to determine the required strength and duration of an ignition source to ignite a certain type of fresh or weathered crude oil. The main limitation of the method is that the cooling effect of the flowing water sub-layer on the burning crude oil as a function of the external heat flux has not been fully quantified. Experimental results clearly showed that the flowing water sub-layer does improve how representative this setup is of in situ burning conditions, but to what extent this representation is accurate is currently uncertain. The method nevertheless features the most realistic in situ burning laboratory conditions currently available for simultaneously studying the flammability and burning efficiency of crude oil on water.

Experimental Procedure for Laboratory Studies of In Situ Burning : Flammability and Burning Efficiency of Crude Oil

Here, we present a protocol to simultaneously study the flammability and burning efficiency of fresh and weathered crude oil under conditions that simulate in situ burning operations on the sea.

Procedimento Experimental para Estudos Laboratoriais de Queima In Situ: Inflamabilidade e Eficiência de Queima do Petróleo Bruto

A new method for the simultaneous study of the flammability and burning efficiency of fresh and weathered crude oil through two experimental laboratory ...

Measurements of Local Instantaneous Convective Heat Transfer in a Pipe - Single and Two-phase Flow

This manuscript provides step by step description of the manufacturing process of a test section designed to measure the local instantaneous heat transfer coefficient as a function of the liquid flow rate in a transparent pipe. With certain amendments, the approach is extended to gas-liquid flows, with a particular emphasis on the effect of a single elongated (Taylor) air bubble on heat transfer enhancement. A non-invasive thermography technique is applied to measure the instantaneous temperature of a thin metal foil heated electrically. The foil is glued to cover a narrow slot cut in the pipe. The thermal inertia of the foil is small enough to detect the variation in the instantaneous foil temperature. The test section can be moved along the pipe and is long enough to cover a considerable part of the growing thermal boundary layer.
At the beginning of each experimental run, a steady state with a constant water flow rate and heat flux to the foil is attained and serves as the reference. The Taylor bubble is then injected into the pipe. The heat transfer coefficient variations due to the passage of a Taylor bubble propagating in a vertical pipe is measured as function of the distance of the measuring point from the bottom of the moving Taylor bubble. Thus, the results represent the local heat transfer coefficients. Multiple independent runs preformed under identical conditions allow accumulating sufficient data to calculate reliable ensemble-averaged results on the transient convective heat transfer. In order to perform this in a frame of reference moving with the bubble, the location of the bubble along the pipe has to be known at all times. Detailed description of measurements of the length and of the translational velocity of the Taylor bubbles by optical probes is presented.

This manuscript describes methods aimed at measuring the local instantaneous convective heat transfer coefficients in a single or two-phase pipe flow. A simple optical method to determine the length and the propagation velocity of an elongated (Taylor) air bubble moving at a constant velocity is also presented.

Medições de transferência de calor convectiva instantânea Local em uma tubulação - fluxo único e duas fases

This manuscript provides step by step description of the manufacturing process of a test section designed to measure the local instantaneous heat transfer ...

Thermal Diffusivity and the Laser Flash Method

Source: Elise S.D. Buki, Danielle N. Beatty, and <a href="https://jove.unicartagenaproxy.elogim.com/author/Taylor+D._Sparks">Taylor D. Sparks</a>, Department of Materials Science and Engineering, The University of Utah, Salt Lake City, UT
The laser flash method (LFA) is a technique used to measure thermal diffusivity, a material specific property. Thermal diffusivity (&#945;) is the ratio of how much heat is conducted relative to how much heat is stored in a material. It is related to thermal conductivity (<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/10488/10488eq1v2.jpg" />), how much heat is transferred through a material due to a temperature gradient, by the following relationship:
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/10488/10488eq2v2.jpg" /> (Equation 1)
where &#9076; is the density of the material and Cp is the specific heat capacity of the material at the given temperature of interest. Both thermal diffusivity and thermal conductivity are important material properties used to assess how materials transfer heat (thermal energy) and react to changes in temperature. Thermal diffusivity measurements are obtained most commonly by the thermal or laser flash method. In this technique a sample is heated by pulsing it with a laser or xenon flash on one side but not the other, thus inducing a temperature gradient. This temperature gradient results in heat propagating through the sample towards the opposite side, heating the sample as it goes. On the opposite side an infrared detector reads and reports the temperature change with respect to time in the form of a thermogram. An estimate of the thermal diffusivity is obtained after these results are compared and fit to theoretical predictions using a least squares model.
The laser flash method is the only method that is supported by multiple standards (ASTM, BS, JIS R) and is the most widely used method for determining thermal diffusivity.

Laser Flash Method for Measuring Thermal Diffusivity

Difusividade Térmica e Método do Flash de Laser

Source: Elise S.D. Buki, Danielle N. Beatty, and Taylor D. Sparks, Department of Materials Science and Engineering, The University of Utah, Salt Lake ...

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Constant Temperature Anemometry: A Tool to Study Turbulent Boundary Layer Flow

Source: Xiaofeng Liu, Jose Roberto Moreto, and Jaime Dorado, Department of Aerospace Engineering, San Diego State University, San Diego, California
A boundary layer is a thin flow region immediately adjacent to the surface of a solid body immersed in flow field. In this region, viscous effects, such as the viscous shear stress, dominate, and the flow is retarded due to the influence of friction between the fluid and the solid surface. Outside of the boundary layer, the flow is inviscid, i.e., there is no dissipative effects due to friction, thermal conduction or mass diffusion.
The boundary layer concept was introduced by Ludwig Prandtl in 1904, which enables significant simplification to the Navier-Stokes (NS) equation for the treatment of flow over a solid body. Inside the boundary layer, the NS equation is reduced to the boundary layer equation, while outside of the boundary layer, the flow can be described by the Euler equation, which is a simplified version of the NS equation.
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Figure 1. Boundary layer development over a flat plate.
The simplest case for boundary layer development occurs on a flat plate at zero angle of incidence. When considering boundary layer development on a flat plate, the velocity outside of the boundary layer is constant so that the pressure gradient along the wall is considered to be zero.
The boundary layer, which naturally develops on a solid body surface, typically undergoes the following stages: first, the laminar boundary layer state; second, the transition state, and third, the turbulent boundary layer state. Each state has its own law(s) describing the flow structure of the boundary layer.
The research into the development and structure of boundary layer is of great importance for both theoretical study and practical applications. For example, boundary layer theory is the basis for calculating the skin friction drag on ships, aircraft and the blades of turbomachines. Skin friction drag is created on the body surface within the boundary layer and is due to the viscous shear stress exerted on the surface through fluid particles in direct contact with it. The skin friction is proportional to the fluid viscosity and the local velocity gradient on the surface in the surface normal direction. Skin friction drag is present on the entire surface, thus it becomes significant over large areas, such as an airplane wing. Additionally, turbulent fluid flow creates more skin friction drag. The macro-turbulent fluid motion enhances the momentum transfer within the boundary layer by bringing fluid particles with high momentum down to the surface.
This demonstration focuses on the turbulent boundary layer over a flat plate, in which the flow is irregular, such as in mixing or eddying, and the fluctuations are superimposed on the mean flow. Thus, the velocity at any point in a turbulent boundary layer is a function of time. In this demonstration, constant temperature hot-wire anemometry, or CTA, will be used to conduct a boundary layer survey. Then, the Clauser chart method will be used to calculate the skin friction coefficient in a turbulent boundary layer.

Constant Temperature Anemometry: Turbulent Boundary Layer Flow Study

Anemometria de temperatura constante: uma ferramenta para estudar o fluxo em camada limite turbulenta

Source: Xiaofeng Liu, Jose Roberto Moreto, and Jaime Dorado, Department of Aerospace Engineering, San Diego State University, San Diego, California
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