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

Deney 1. Planlama <ol><li> Yangın veya yanma araştırma laboratuarı girmeden önce talimatları ve güvenlik önlemlerine uyun. Güvenlik eğitimi genellikle yeni kullanıcılar için gereklidir. </li><li> Gerekli testleri yürütmek için önceden deneyler planlayın. deney, gerekli yakıt ve gerekli ekipman taşıma ayrıntıları düşünün. </li><li> ilgi sıvı veya katı yakıt deneyleri belirleyin. buna göre malzemeleri hazırlayın. </li></ol> Malzeme ve Enstrümantasyon 2. Hazırlık <ol><li> akaryakıt deneyler için, gözenekli yanmaz malzemeden (toprak alkali silikat yün) bir yakıt fitili hazırlamak. Önceki deneyler 4-6 kullanmış olması 8 cm x 8 cm x serbest konveksiyon testleri için 1,27 cm ve 10 cm x 10 cm x 1,27 cm zorlanmış konveksiyon testleri için kalın levhalar. <ol><li> için bir propan meşalesi bir difüzyon aleve maruz kaldığında, yaklaşık 20 dakika boyunca verilen yakıt fitil fırındafitil içinde organik bağlayıcıların yakmak için. </li><li> fitilin iki sıvı yakıt sızmasını ortadan kaldırmak için, bolca üst yüz hariç fitilin bütün yüzeyleri kapsayan bir şırınga ile sıvı sodyum silikat uygulanmaktadır. </li><li> alüminyum folyo ile fitilin üst yüzüne ama kalkan. fitilin kenarlarına alüminyum folyo yapıştırmak için bir yüksek sıcaklık yapışkan kullanın. </li></ol></li><li> Katı yakıt deneyler için, katı yakıt bir yaprak kesip. Önceki serbest konveksiyon deneylerinde 2, içinde bir 8 cm x 8 cm x net bir döküm polimetil metakrilat (PMMA) 1.27 cm kalınlığında levha kullanılmıştır. </li><li> Daha sonra örnek monte etmek hangi yakıt numunesi boyutuna eşit seramik elyaf yalıtım kurulu bir levha bir yuva kesin. Genellikle, yakıt fitili aynı gözenekli yanmaz kullanın; Ancak yüksek sıcaklık mat siyah boya ile mühür. </li><li> Verilen veri toplama donanım ve yazılım kontrol edin. yazılımını açın ve öfke kontrolGerekli testleri yapılmadan önce çalıçtırdıgınızda haritalama algoritması. </li></ol> Deneysel Kur&#39;un 3. hazırlanması <ol><li> o yeterince uzakta verilen alevin tam yan görünüm yakalanır ve böylece yakıt merkez ekseni ile aynı hizada ve böylece bir yan görünüm dijital SLR fotoğraf makinesi yerleştirin. <ol><li> zorunlu konveksiyon için fl ames, görüntü piroliz bölgesinde fl ame stand-off mesafesini hesaplamak için 16 cm x 8 cm lik bir alanı kaplayan akaryakıt numunenin merkezinde görüş saha. </li></ol></li><li> yakıt numunesi üzerinde hareket mekanizması yerleştirin. dikkatle travers mekanizması yatay eksene 50 mikron tel çapı mikro termokupl takın. </li><li> Programlanabilir step motor kontrolörü açın. </li><li> zorla akış deneyleri, güç yukarı rüzgar tünelinin santrifüj blower durumunda. </li><li> güç ayarları Rangi ile 7.000 Hz frekansa darbe genişliği modülasyonu (PWM) denetleyicisi olarak ayarlayın% 16 den sıcak telli anemometre ile doğrulanmış farklı fan hızları için% 50 ng. </li><li> Test başlamadan önce koruyucu gözlük ve yangına dayanıklı elle eldiven giyiniz. </li><li> Her test sırasında, doygunluk onun noktasına kadar sıvı yakıt (metanol veya etanol) ile fitil ıslatın. 8 cm x 8 cm x 1.27 cm kalınlığında fitil için, 90 mi, tam da 10 cm x 10 cm x 1.27 cm kalınlığında fitil iki 60 ml şırıngalar kullanılarak fitil emmek için yeterli, 120 mi yeterli olduğu bulunmuştur. </li><li> yakıt fitil tutucu içine dikkatlice yakıt batırılmış fitil / katı yakıt plaka koyun. Bir açı ölçer ile yakıt fitil yüzey düzgünlüğünü kontrol edin. </li><li> kütle denge yazılımını açın ve USB arayüz ayarlarını kontrol edin. kütle dengesi kontrol ve test öncesi okuma unutmayın. </li></ol> Bir Yanma veya yangın Lab 4. Koşu Deneyleri <ol><li> Deneylerin her set tamamladıktan sonra egzoz açarak deneysel tesisin uygun havalandırma sağlayın. Exhaust olarak minimal veya akış bozuklukları ortadan kaldırmak için deneyler sırasında mümkün olduğunca izole olmalıdır. </li><li> Bir örnek ateşlendiğinde önce, yakıt yüzeyinin merkez ekseni boyunca hizalanmış grafik kağıdına veya cetvel yaprağının bir resim alarak yan görünüm dijital kamera kalibre. Kalibrasyon görüntülerden bir ortalama piksel / aa sayısını edinin. görüntülerin post-processing sırasında piksel / mm bu değeri kullanın (ImageJ ölçüm ölçeği kurmak için). </li><li> anlık bir akaryakıt fitil için dokunarak ve katı yakıt ile 50-60 saniye boyunca yüzey üzerinde eşit alevi geçen bir propan meşale ile yakıt tutuşturmak. </li><li> hemen üniform kontak sonrası deneysel başlangıç ​​zamanı. yanan zamanı belirtmek için kronometre kullanın. </li><li> kütle denge yazılım üzerinde veri toplama düğmesine basın. </li><li> Bir zaman aralığı üzerinde yanan fitilin kütle kaybı izlemek ve ölçüm dosyasına yazmak. g kütle denge yazılımını kullanıniven amaç. </li><li> Tekrarlayın tekrarlanabilirliği sağlamak için aynı koşullar altında 4.3 çoklu testler için 4.6 için yineleyin. </li><li> Kütle kaybı doğrusal bir uygunluğu yüksek R2 değerine sahip sürekli yanan rejimi belirlemek için karşılık zaman eğrisi kütle kaybı kullanın. </li><li> Kararsız katı yakıtlar için, yüzey gerileme ölçmek için tükenmişlik kontaktan 50 sn aralıklarla numuneler yanık (örneğin, 50 saniye, vb 100 sn, 150 sn için). </li><li> Kesme regresyon test için soğutulduktan sonra merkez hattı boyunca katı yakıtları yandı. </li><li> ImageJ oyulmuş katı yakıtlar ve yükün yan bakışı fotoğraflarını çekin. bir cetvel ile cm piksel dönüştürerek akım içerisinde yerlerde regresyon ölçün. adım prosedürü adım ImageJ belirli bir görüntü aşağıda listelenmiştir işlemek için. <ol><li> Açık Görüntü → Dosyayı Seç aracılığıyla ImageJ katı yakıt numunesinin Açık yan görünüm fotoğraf. </li><li> ImageJ katı yakıt numunesinin (cetvel) ile kalibrasyon görüntüyü açmakAçık Kalibrasyon Görüntü → Dosyayı Seç yoluyla. </li><li> Kalibrasyon görüntü ve katı yakıt numunesi görüntü biriktirecek. Yığınları → Görüntüler yığını → Görüntü git. </li><li> Set ölçüm ölçeği: Böyle fotoğrafta bir cetvel olarak bilinen mesafe iki nokta arasındaki bir çizgi çizin. → Set Ölçeği Analiz gidin. Set Ölçeği penceresinin hattının uzunluğu ise, piksel cinsinden görüntülenir. uygun kutulara bilinen mesafeyi ve ölçü birimleri yazın ve Tamam&#39;a tıklayın. </li><li> Yeni bir çizgi çizin ve ölçüm skalası doğru olduğunu onaylayın. </li><li> Verilen örnek fotoğrafta iki nokta arasındaki mesafeyi ölçerek: İki nokta arasında bir çizgi çizin. Durum çubuğu (yatay) açısını ve uzunluğunu gösterecektir. → ölçün Analiz (veya Ctrl + M veya basitçe klavyede M tipi) bir veri penceresine değerleri aktarır. </li><li> burn-out numunenin kalınlığının ölçülmesi ve i çıkarılmadan her akım içerisinde konum x regresyon ölçünNumunenin nitial kalınlığı. </li></ol></li><li> Katı yakıtların yüzeyi yaklaşık düz kaldığı zaman aralığını Not ve sıcaklık haritalama için kullanmak ya da yüzey gerileme telafi etmek için yapılan termokupl pozisyonları ayarlamaları. </li><li> Kararlı yanma rejimi sırasında katı PMMA için yaklaşık 150 sn ve sıvı bulanmış fitiller için 400 sn ölçümleri yakalamak için sıcaklık haritalama aralığını ayarlayın. Sıvı ve katı yakıtların sürekli yanma zaman aralığına dayalı sıcaklık haritalama aralığını ayarlayın. Yüzeye yakın bir tavsiye adım boyu 0.25 mm 4-6. </li><li> XY UniSlide kullanarak yakıt yüzeyi ile dikkatlice bir mikro termokupl hizalayın. numunenin genişlik merkezi, verilen termokupl yerleştirin. </li><li> XY UniSlide kullanarak yakıt fitil ön kenarına dikkatlice mikro termokupl taşıyın. </li><li> Bir bilgisayarda bir veri toplama programını çalıştırın ve d bir klasörden ızgara tarama algoritması okumakesktop. Not: Deneme sürüyor sonra, veri toplama otomatik ve kullanıcı sadece deneme planlandığı gibi gidiyor emin olmak için nezaret etmek gerekiyor. </li><li> Bir bilgisayarda bir veri toplama programı kullanarak, veri elde ve bir ölçüm dosyasına yazmak. Not 100 4-5 Hz 6 500 örnekleme oranları son deneylerde kullanıldı. </li><li> Bittiğinde, alevi söndürmek. PWM kontrol kapatın ve 3 fazlı 240 VAC güç çıkışından üfleyici elektrik fişini çekin. </li><li> step motor kontrolörü kapatın. </li><li> Tekrarlayın 4.12 Aynı termokupl ile benzer veya farklı akış koşullarında ek deneyler için 4.18 için yineleyin. 5 deneyden en az, verilen her akım durumunda (örneğin, zorunlu akış hızı ya da dikey yönde) için tekrarlanmalıdır. </li><li> Tekrarlayın 75 mikron mikro termokupl için 4.18 ile 4.12 arasındaki adımları. sam boyunca iki termokupl (50 mikron ve 75 mikron tel çapı) TraverseDoğru radyasyon düzeltmeler için alev merkezinde e yolu. Daha küçük termokupl da kullanılabilir, ancak genellikle 50 mikron altındaki teller için meydana kırılması olabilir. </li></ol> 5. Veri Analizi <ol><li> Matlab içine LVM dosya veya diğer analitik yazılımı işlenen verileri okuyun. </li><li> farklı testler her uzamsal noktada sıcaklık verilerini ortalama. </li><li> Aşağıda detaylı bir şekilde tarif Collis ve Williams 10 korelasyon, aşağıdaki her bir akım içerisinde yerde ortalama termokupl verilerinden bir radyasyon düzeltme hesaplama. </li><li> Ham sıcaklık verilerine radyasyon düzeltmesi ekleyerek telafi sıcaklık ölçümleri hesaplayın. </li><li> Sıcaklık veri ve mekansal konumu olmayan boyutlandırmak. </li><li> Matlab veya diğer özel yazılım bir eğri fit algoritma kullanarak uygun bir üst dereceden çok terimli oturuş yakıt yüzeyinde boyutsuz sıcaklık verilerine uyacak. yüzeye yakın 4 ila 6 puanDaha önceki çalışmalarda 4-6 iyi iş gördüğü bulunmuştur. </li><li> Yakıt yüzeyi (y = 0) sigara boyutlu sıcaklık dağılımı yüksek mertebeden polinom uyum eğiminden yakıt yüzeyinde normal boyutsuz sıcaklık farkları hesaplayın. </li><li> Reynolds Analoji 4 dayalı bir teorik korelasyon kullanılarak yakıt yüzeyinde karşılık gelen yerel boyutsuz sıcaklık gradyanı yerel kitle yanan hızını hesaplayınız. </li><li> Yakıt 5-6 yüzeyindeki sıcaklık degrade konvektif ısı akışını hesaplayın. </li></ol>

<ol>
	<li>Babrauskas, V., Peacock, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heat+release+rate:+the+single+most+important+variable+in+fire+hazard.">Heat release rate: the single most important variable in fire hazard.</a> Fire Safety J. 18 (3), 255-272 (1992).</li><li>Pagni, P., Shih, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Excess+pyrolyzate.">Excess pyrolyzate.</a> Proc. Combust. Inst. 16 (1), 1329-1343 (1977).</li><li>Orloff, L., Modak, A. T., Alpert, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Burning+of+large-scale+vertical+surfaces.">Burning of large-scale vertical surfaces.</a> Proc. Combust. Inst. 16 (1), 1345-1354 (1977).</li><li>Singh, A. V., Gollner, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Estimation+of+local+mass+burning+rates+for+steady+laminar+boundary+layer+diffusion+flames.">Estimation of local mass burning rates for steady laminar boundary layer diffusion flames.</a> Proc. Combust. Inst. 35 (3), 2527-2534 (2015).</li><li>Singh, A. V., Gollner, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+methodology+for+estimation+of+local+heat+fluxes+in+steady+laminar+boundary+layer+diffusion+flames.">A methodology for estimation of local heat fluxes in steady laminar boundary layer diffusion flames.</a> Combust. Flame. 162 (5), 2214-2230 (2015).</li><li>Singh, A. V., Gollner, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Local+burning+rates+and+heat+flux+for+forced+flow+boundary-layer+diffusion+flames.">Local burning rates and heat flux for forced flow boundary-layer diffusion flames.</a> AIAA J. 54 (2), 408-418 (2016).</li><li>Collis, D., Williams, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-dimensional+convection+from+heated+wires+at+low+Reynolds+numbers.">Two-dimensional convection from heated wires at low Reynolds numbers.</a> J. Fluid Mech. 6 (3), 357-384 (1959).</li><li>Jakob, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Heat Transfer. , (1967).</li><li>Sforza, P., Steiger, M., Trentacoste, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Studies+on+three-dimensional+viscous+jets.">Studies on three-dimensional viscous jets.</a> AIAA J. 4 (5), 800-806 (1966).</li><li>Pizzo, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+observations+on+the+steady-state+burning+rate+of+a+vertically+oriented+PMMA+slab.">Experimental observations on the steady-state burning rate of a vertically oriented PMMA slab.</a> Combust. Flame. 152 (3), 451-460 (2008).</li><li>Chilton, T. H., Colburn, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mass+transfer+(absorption)+coefficients+prediction+from+data+on+heat+transfer+and+fluid+friction.">Mass transfer (absorption) coefficients prediction from data on heat transfer and fluid friction.</a> Ind. Eng. Chem. 26 (1), 1183-1187 (1934).</li><li>Silver, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+the+Reynolds+analogy+to+combustion+of+solid+fuels.">Application of the Reynolds analogy to combustion of solid fuels.</a> Nature. 165, 725-726 (1950).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Bu araştırmanın amacı, akış alan çeşitli koşullar altında sıvı ve katı yakıtlar hem yerel kitle yanan oranlarının tahmini için yeni bir metodoloji geliştirmekti. Çalışma sıvı ve katı hem de yakıt kullanan, iki olgu, bir serbest taşınım sınır tabakası difüzyon alevi ve farklı serbest akışı koşulları altında kurulan zorlanmış konveksiyon sınır tabaka difüzyon alevleri düşündü. hem sıvı yakıt batırılmış fitiller üzerinde ve PMMA katı plakalar üzerinde ince telli termokupl ölçümleri ile ölçülen yerel yanma oranları tahmini başka yollarla, yani yakıt regresyon ölçümleri maç bulundu. Yakıt yüzeyinin yakınındaki bu sıcaklık değişimleri sonuçta ortalama sonuçları ve çok% 15 doğruluk içinde veri sonuçlanan sabit gerektiren süre, laminer yanma, küçük ölçekli örnekleri için çok iyi çalıştı, Reynolds analoji 12-13 dayalı bir ilişki kullanılarak belirlendi yerel measurem daha fazlaveliler 4-6. Bu yerel kütle kaybı hızı ölçümleri için korele faktörü Örnek yakıt ve önsel hesaplanabilir diğer yakıt termo-fiziksel özelliklerinin Spalding kütle transferi sayısına bağlıdır. Sonuçlar, bu teknik, bu miktarları özü ve ileride daha ayrıntılı olarak küçük çaplı yakıt yakılmasının anlamak için yararlı olabileceğini düşündürmektedir. Literatürde Diğer çalışmalar serbestçe 4,5 yanma, dikey yönelimli numuneler üzerinde sayısal simülasyonlar 4 ve deneyler içeren burada temsili çalışmalarını genişletti ve ortam rüzgarlar 6. maddesine örnekleri yatay monte var. Bu yapılandırmalar için, ısı akıları bileşenleri de yoğunlaştırılmış yakıt yüzeye çok yakın, aynı ince telli termokupl tekniği kullanılarak yakıt yüzey üzerinde yerel belirlenmiştir. ısı akışının bileşenlerin gömüldüğü ölçme kullanımı geçmişte ölçülmüştür birlikte, this tekniği minimal invaziv ve daha önce mümkün olmamıştır konvektif ısı akıları, direkt ölçümü sunuyor. belirli yapılandırmalar ve cihazların kurulumu seçerken özellikle dikkatli deneyler sırasında alınmalıdır. Bu deneylerde, termokupl tel üzerindeki gerilimi tutmak ve termokupl yeri nispeten sabit hale küçük bir seramik tüp fırlamıştı adım 3.2 için seçilen. , Seramik tüp olası rahatsızlıkları azaltacak bir tüp olmadan tüm alev üzerinde asılı duran bir termokupl tel kullanarak ancak tel sıcaklık artışı ile genişletmek eğilimi çok daha değişken termokupl belirli bir konuma yerini yapacak. Bazen yapılandırmada bir değişiklik (örnek eğimli örneğin) Numunenin genişliği boyunca etkilere neden olabilir. Kurulum aşamasında etrafında, son 4-6 okudu olanlardan 4.14 arada kontrolleri değiştirilirse o alev sıcaklığı meaNumunenin genişliği boyunca ümler anlamlı değişim (yani, bir 2-D varsayım hala tutan) alınmalıdır göstermektedir. Aksi takdirde, bir 3-D haritalama sistemi uygulanacak gerekecektir. deneyler yaparken en kritik adımlar yakıt hazırlanması ve termokupl doğru kullanımı ile yapmak zorundayız. Termokuplelerin konumlandırma bile hafif sapmalar adımlarla 3.2, 4.13 ve 4.14 olarak termokupl konumlandırırken, bu nedenle dikkat edilmelidir, hatalara neden olabilir. mümkün olduğunca düz bir yüzeye (adım 2.1) korunur ve tüm dolgu malzemesi fitilleri (adım 2.1.1) dışında pişmiş gerektiğini, böylece yakıt fitil de yerleştirilmelidir. Adım 4.1 aktive egzoz sistemi, aynı zamanda en az olarak tutulan ya da akış bozuklukları ortadan kaldırmaya yardımcı deney mümkün yakın olarak izole edilmelidir. Bu test (Rüzgar olmadan) gerçekleşecek nerede şişmiş olmayan küçük bir mum sağlayarak kontrol edilmelidir. Saptırma plakaları, ekranlar, Geniş bir alanda ayrı bir kapalı tesisi veya test Bunu gerçekleştirmek için kullanılabilir. Aşama 4.2, katı yakıt mümkün olduğu kadar homojen bir alev gerekir. Propan meşale bunu yapmak için en ideal kaynak olmasa da, deneyler geçmiş iş 4-6 ateşleme kaynağına karşı duyarlı olduğu tespit edilmemiştir. Ateşleme kaynağına Duyarlılık zaman ya da maruz kalma şiddeti değişen ve sürekli kitle yanma oranı sonuçları gözlemleyerek deneyler sırasında dokümante edilmelidir. hassasiyet gözlenirse bir ışıma paneli, alternatif örnekleri tutuşturmak için kullanılmalıdır. Katı yakıtlar, ya da kısa bir bölgeye alınan sıcaklık haritalama olmalıdır kütle kaybı oranları ile görüldüğü gibi bir büyük (&gt; 300 sn) sürekli yanan bölgeye sahip olmayan herhangi bir yakıt. Yakıt hala nispeten düz ve yüzey regresyon iyi belgelenmiş iken Örneğin, adım 4.13 eşleştirme, ilk 150 saniye boyunca alınacak PMMA için tavsiye edilir. Yüzey regresyon ölçümleri I kullanabilirsinizmageJ ya da diğer benzer görüntü yazılımı fotoğrafları pikselleri ölçmek ve uzunluğuna dönüştürmek. Seçenek olarak ise, bir dijital mikrometre Soğuduktan sonra, katı levha yüzeyi gerilemesini ölçmek için kullanılabilir (örneğin, PMMA olarak &quot;kabarcıklanma&quot; malzeme yüzeyi dikkat ilk kumlanmalıdır). Önerilen yanma hızı korelasyon laminer varsayımlara dayanmaktadır, ancak bu teknik deneysel olarak tespit edilmelidir değiştirilmiş fonksiyonel bir ilişki ile de olsa, bir yakıt yüzeyinin türbülanslı yakma için de benzer bir formu uygun olmalıdır varsayılmaktadır. Burada sunulan çalışma, daha sonra sınır tabakası yanma ve daha fazla araştırılması olabilir yakıt yüzeyine olay ısı akışını sürücü türbülans ve gaz fazında ısı salınımı arasındaki ilişkili etkileşimleri türbülanslı uzatılabilir. yanma hızı ilişki dayandığı teori de radyasyon ihmal. teori basitleştirilmiş bir leBu çalışmada yer almayan durumlarda kendi öngörü yetenekleri belirsizlik ading. yüzeye ısı akışı büyük ölçüde ışınım olduğu Örneğin, verilen metodoloji yüksek sooting alevler için çalışmayabilir. yoğunlaştırılmış yakıt yüzeyine ışınım ısı akısı yüksek olduğu büyük çalkantılı duvar alevler için, önerilen yanma hızı ilişki ya da çalışmıyor olabilir. Önerilen korelasyon radyasyon etkileri dahil edilmesi dolayısıyla, arzu ve daha fazla araştırma bu işlevsel ilişkiyi belirlemek amacıyla yapılmalıdır vardır. kendine güvenen tahmin yöntemleri, alevler için elde edilecekse bu alanda modelinde iyileştirmeler gerektirir.

Kritik gelişmeler son yüzyıl içinde yangın güvenliği araştırma alanında yapılmış olmasına rağmen, alev yayılma oranları tahmin hala farklı konfigürasyonlarda birçok malzeme için bir sorun olmaya devam etmektedir. Alev yayılma sık sık ateşleme ilk kaynağından çıkan yeni unsurların ateşleme bir dizi olarak inşa ya da doğal ortamlarda ya ilerler. Bu unignited elemanlara ısıtma oranları katkıda çünkü bireysel yanan malzemelerin yanma özelliklerinin Bilgi, alev yayılması bu oranları tahmin etmek için kritik öneme sahiptir. Bir yakıt elemanının ısı salınım oranı (HRR) dolayısıyla yangın araştırma 1 en temel miktar olarak gösterildi olmuştur, yoğunlaştırılmış faz yakıt yakma (kütle kaybı) oranı, yani buharlaşma oranına yaklaşık olarak eşit olmak bir katı yakıt, sıvı yakıt veya piroliz oranı. yanma oranı mater yanıcılık bir ölçüsü olarak düşünülebilirial ve yangın risk analizi kritik bir parametre ve yangın söndürme sistemleri tasarımıdır. Dikey duvarın yerel kütle kaybı (veya yakma) oranı, m &quot;f, özellikle, bu gibi bir duvara alev yayılması, yangın büyüme ve enerji serbest bırakma oranları dahilinde birçok yangın ile ilgili sorunlar, önemli bir değişken bir kasa yangın ve duman ve sıcak gaz tüyleri yayılması dikey duvar üzerinde yukarı alev yayılması öngörülmesi ile, alev yüksekliği hesaplanması gerekir, toplam enerji salım hızına bağlıdır. bu da, doğrudan doğruya etkilenir duvarın 2-3 tüm tesiriyle alanı üzerinde entegre yerel kütle-kayıp oranı. bu entegre kütle kaybı oranları bilgisi oldukça iyi bilinmesine rağmen, yakıt yüzeyi boyunca artan yerlerde kitlesel yakan oranları bilgisi iyi bilinen değildir deneysel teknikler ölçmek için, çünkü bu oranlar son derece sınırlıdır. Bu &quot;yerel&quot; kitle-yanma hızını sağlayan bir tekniktirbilgiler daha farklı yakıtlar veya birbirlerinden konumları ayırt mekanizmaları anlamak için araştırmacılar sağlayan, yoğunlaştırılmış yakıtların yakılması ile artan fikir verebilir. En malzemeler ilk küçük ölçekte değerlendirilir olarak (örneğin, bir koni kalorimetre 1), mantıklı bir ilk adım yoğunlaştırılmış yakıt yüzeyleri üzerinde küçük, laminer difüzyon alevler içinde yerel kitle yanan oranlarını ölçmek için bir teknik sağlamaktır. Burada sunulan çalışma yoğunlaştırılmış yakıt yüzeyler üzerinde kurulan sabit laminer alevler üzerinde deneyler yürütmek için deneysel metodoloji ve protokollerini tartışır. Mikro termokupl kullanarak yerel sıcaklık değişimleri tahmini bu alevler 4-6 yerel kitle yanan oranları ve ısı akıları tahmini için özellikle yararlı bir tekniktir. Literatür verilerinin analizi conden yerel ısı transferi, yanma ve sürtünme katsayılarının belirlenmesi zorluğunu göstermektedirfizik anlamak ve belirli bir yangın ve yayılmasını 4-6 sürücü altında yatan mekanizmalar için önemli olan sed yakıt yüzeyi. belki kalan yakıt yüzeyi üzerinde yerel yerlerde en iyi ölçülen ateş özelliği var ısı akıları, bileşenleri ölçmek zordur kanıtlamıştır. Bu tür yakıtların değişkenliği, ısı akış ölçeklenebilirlik, ısı akış ölçer teknolojileri kararlı durum şartlarının sağlanması ve farklı zorluk olarak etkileri literatürde 4 mevcuttur verilerin oldukça geniş bir dağılım katkıda bulunmuştur. yüksek doğrulukta yerel sıcaklık değişimleri ölçümleri bu değişkenliği hafifletmek ve aynı zamanda laminer duvar yangınları, bir kanonik yangın araştırma probleminin sayısal doğrulama için kullanılan olabilir ısı transfer korelasyon sağlamak için yardımcı olacaktır. Bu tür deneyler ayrıca Laminer ve türbülanslı sınır tabakası içinde bir yanıcı yoğunlaştırılmış yakıt yüzeyi ve gaz fazı alevler arasındaki dinamik ilişkiyi inceleyen yararlıdırs. doğru doğru ve tekrarlanabilir bir şekilde, bu sıcaklık farkları yakalamak için yöntemler aşağıda anlatılmıştır.

<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

yoğunlaşmış faz yakıtların gerçekçi yanma davranışını modelleme, çünkü gaz fazı alevler ve yoğunlaştırılmış faz yakıtlar arasındaki kesişme noktasında meydana gelen karmaşık etkileşimlerin çözmek için bir yetersizlik kısmen ulaşamayacağı kalmıştır. Mevcut araştırma laminer sınır tabaka içinde yanıcı yoğunlaştırılmış yakıt yüzeyi ve gaz fazı alevler arasındaki dinamik ilişkiyi keşfetmek için bir teknik sağlar. Deneyler önceden Katı ve sıvı yakıtların hem üzerinde hem zorunlu ve ücretsiz konvektif ortamlarda yapılmıştır. Reynolds Analoji dayanan eşsiz bir metodoloji, yakıt yüzeyinde yerel sıcaklık değişimleri kullanan bu laminer sınır tabaka difüzyon alevler yerel kitle yanan oranları ve alev ısı akısı tahmin etmek için kullanılmıştır. Yerel kitle yanan oranları ve alevlerden konvektif ve ışınım ısı geri bildirim iki eksenli Traver duvara yakın eşlenen sıcaklık değişimleri kullanılarak hem piroliz ve tüy bölgelerinde ölçüldüse sistemi. Bu deneyler zaman alıcıdır ve yoğunlaştırılmış yakıt yüzey ateşleme aşağıdaki zaman sadece sınırlı bir süre için sürekli yanık olarak tasarım zor olabilir. Yakıt yüzeyine yakın sıcaklık profilleri, yerel sıcaklık değişimleri makul tahminler yakalamak için çok yüksek bir uzaysal çözünürlükte bir yoğunlaştırılmış yakıt yüzeyinin sürekli yanması sırasında eşlenmesi gerekir. termokupl gelen ışıma ısı kayıpları için dikkatli düzeltmeler de hassas ölçümler için çok önemlidir. Bu nedenlerden dolayı, tüm deney düzeneği nedeniyle mikro termokupl konumlandırılması en hataları ortadan kaldırarak, bir bilgisayar kontrollü hareket mekanizması ile otomatik gerekmektedir. adımların ana hatları tekrarlanabilir duvar yakınındaki sıcaklık değişimlerini yakalamak ve sağlanan yanma oranları ve ısı akıları yerel değerlendirmek için bunları kullanmak.

Watch this Scientific Journal Video about Experimental Methodology for Estimation of Local Heat Fluxes and Burning Rates in Steady Laminar Boundary Layer Diffusion Flames at JoVE.com

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.

Sabit Laminer Sınır Tabaka Difüzyon Flames Yerel Isı eriticiler ve Yazma Oranları Tahmini Deneysel Metodoloji

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

Research

JoVE Journal

Engineering

11.7K Görüntüleme.  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. 

Video: 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.

İleri Işık Source Alev Deneyler: İs Oluşumu Süreçlerinin içine Yeni Trendleri

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

Mühendislik

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.

Plazmatronun ablatif Malzeme Test sırasında Emisyon Spektroskopik Sınır Tabaka İncelenmesi

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.

yanma Karakterizasyonu ve Model Yakıt Kalkınma Micro-tübüler Alev destekli Yakıt Hücreleri

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.

Reaksiyon Kinetiği ve I Yanma Dinamikleri<sub&gt; 4</sub&gt; O<sub&gt; 9</sub&gt; Ve Alüminyum Karışımları

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.

Yakıtların yanma kimya: bir atmosferik yüksek sıcaklık akışı reaktör ile elde edilen nicel Türleşme veri birleştiğinde ışın moleküler Kütle Spektrometre

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

Kimya

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.

Chaparral Crown yangınlar çalışmaya Rüzgar tüneli deneyler

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.

Situ yanan laboratuar çalışmaları için deneysel işlemin: yanma ve yanma verimliliği ham petrol

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.

Yerel anlık konvektif ısı transferi boru - tek ve iki aşamalı akış ölçümleri

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

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

Education

JoVE Science Education

Malzeme Mühendisliği

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.
<img src="/files/ftp_upload/10455/10455fig1a.jpg" />
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

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