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

1. Planificación de Experimentos <ol><li> Siga las instrucciones y precauciones de seguridad antes de entrar en el laboratorio de investigación de incendio o explosión. El entrenamiento de seguridad se requiere generalmente para los nuevos usuarios. </li><li> Programar sus experimentos con antelación para llevar a cabo las pruebas requeridas. Tenga en cuenta los detalles del experimento, el transporte de los combustibles requeridos y el equipo necesario. </li><li> Identificar los experimentos de combustibles líquidos o sólidos de interés. Preparar los materiales en consecuencia. </li></ol> 2. Preparación de Materiales e Instrumentación <ol><li> Para los experimentos de combustibles líquidos, preparar una mecha de combustible de material incombustible poroso (lana de silicato alcalinotérreo). Los experimentos anteriores han utilizado 4-6 8 cm x 8 cm x 1,27 cm para las pruebas de convección libre y 10 cm x 10 cm x 1,27 cm láminas gruesas para las pruebas de convección forzada. <ol><li> Hornear la mecha combustible dado por aproximadamente 20 min mediante su exposición a una llama de difusión de una antorcha de propano con el finpara quemar los aglutinantes orgánicos dentro de la mecha. </li><li> Con el fin de eliminar las fugas del combustible líquido desde los lados de la mecha, aplicar generosamente silicato de sodio líquido con una jeringa que cubre todas las caras de la mecha, excepto la cara superior. </li><li> Proteger a todos, pero la cara superior de la mecha con papel de aluminio. Utilice un adhesivo de alta temperatura para pegar el papel de aluminio para los lados de la mecha. </li></ol></li><li> Para los experimentos de combustible sólido, cortar una hoja del combustible sólido. En anteriores experimentos de convección libre, 2 a 8 cm x 8 cm x 1,27 cm de espesor de hoja de un metacrilato de metilo fundido transparente (PMMA) se ha utilizado. </li><li> Cortar una ranura en una hoja de tablero de aislamiento de fibra cerámica igual al tamaño de la muestra de combustible en el que para montar posteriormente la muestra. A menudo, utilizar el mismo porosa no combustible como la mecha de combustible; Sin embargo sellarlo con pintura negro mate de alta temperatura. </li><li> Compruebe el hardware de adquisición de datos dada y software. Abra el software y comprobar el estado de ánimoalgoritmo de asignación tura antes de llevar a cabo las pruebas requeridas. </li></ol> 3. Preparación de la configuración experimental <ol><li> Colocar una vista lateral de la cámara SLR digital, de manera que quede alineada con el eje central del combustible y lo suficientemente lejos para que la vista lateral completa de la llama dada es capturado. <ol><li> Por convección forzada llamas, una imagen de campo de vista en el centro de la muestra de combustible con una superficie de 16 cm x 8 cm para el cálculo de la distancia de separación de la llama en la zona de pirólisis. </li></ol></li><li> Coloque el mecanismo transversal por encima de la muestra de combustible. Adjuntar un alambre de diámetro micro termopar 50 micras para el eje horizontal del mecanismo transversal con cuidado. </li><li> Encienda el controlador de motor paso a paso programable. </li><li> En el caso de los experimentos de flujo forzado, encienda el ventilador centrífugo del túnel de viento. </li><li> Ajustar el controlador de ancho de pulso modulación (PWM) a una frecuencia de 7.000 Hz con ajustes de potencia ranging del 16% al 50% para diferentes velocidades del ventilador, verificados con un anemómetro de hilo caliente. </li><li> Use gafas de seguridad y guantes de la mano resistentes al fuego antes de proceder con la prueba. </li><li> Durante cada prueba, remoje la mecha con combustible líquido (metanol o etanol) hasta su punto de saturación. Para un cm x 8 cm x 1,27 cm mecha 8 de espesor, 90 ml fue suficiente para absorber totalmente la mecha usando dos jeringas 60 ml mientras que para un 10 cm x 10 cm x 1,27 cm de espesor de la mecha, se encontró que 120 ml es suficiente. </li><li> Coloque la placa de mecha combustible empapado en combustible sólido / con cuidado en el soporte de combustible-mecha. Compruebe la lisura de la superficie de la mecha combustible con un calibre angular. </li><li> Abra el software de balance de masa y compruebe la configuración de la interfaz USB. Comprobar el balance de masa y tomar nota de su lectura antes de la prueba. </li></ol> 4. Los experimentos se ejecutan en un laboratorio de combustión o fuego <ol><li> Garantizar una ventilación adecuada de la instalación experimental mediante la activación de los gases de escape después de completar cada serie de experimentos. mixhaust debe ser lo más mínimo o aislados como sea posible durante los experimentos para ayudar a eliminar las perturbaciones del flujo. </li><li> Antes de que se encendió una muestra, calibrar la cámara digital, vista lateral al tomar una foto de una hoja de papel cuadriculado o una regla que está alineado a lo largo del eje central de la superficie del combustible. Obtener un recuento promedio de píxeles / mm a partir de las imágenes de calibración. Utilice este valor de píxeles / mm durante el procesamiento posterior de las imágenes (para la creación de la escala de medición en ImageJ). </li><li> Encender el combustible con un soplete de propano, momentáneamente tocarlo para una mecha combustible líquido y pasar la llama de manera uniforme sobre la superficie de 50 a 60 seg con un combustible sólido. </li><li> Hora de inicio experimental inmediatamente después del encendido uniforme. Use un cronómetro para indicar el tiempo de combustión. </li><li> Pulse el botón de adquisición de datos en el software de balance de masa. </li><li> Monitorear la pérdida de masa de la mecha encendida durante un intervalo de tiempo y escribirla en un archivo de medición. Utilice el software de balance de masa para la gada propósito. </li><li> Repita los pasos 4.3 a 4.6 para múltiples pruebas en las mismas condiciones para asegurar la repetibilidad. </li><li> Use la pérdida de masa frente a la curva de tiempo para determinar el régimen de la quema constante, donde un ajuste lineal de la pérdida de masa tiene un alto valor R 2. </li><li> Para combustibles sólidos inestables, grabar muestras en incrementos de 50 segundos personalizado de ignición al agotamiento de regresión para medir la superficie (por ejemplo, durante 50 segundos, 100 segundos, 150 segundos, etc.). </li><li> Corte quemado combustibles sólidos a lo largo de la línea central después de enfriar durante las pruebas de regresión. </li><li> Tome vista lateral fotografías de combustibles sólidos y reducir la carga en ImageJ. Medir la regresión en lugares sentido de la corriente mediante la conversión de píxeles hasta cm con una regla. Paso a paso el procedimiento para procesar una imagen dada en ImageJ aparece a continuación. <ol><li> Abrir vista lateral fotografía de la muestra de combustible sólido en ImageJ través Seleccione Archivo → Abrir imagen. </li><li> Abra la imagen de calibración (con regla) de la muestra de combustible sólido en ImageJPor Seleccione Archivo → Abrir calibración de la imagen. </li><li> Apilar hasta la imagen de muestra de combustible sólido imagen de calibración y. Ir a Imagen → Pilas → Imágenes para apilar. </li><li> Ajustar la escala de medición: trazar una línea entre dos puntos de distancia conocida como una regla en la fotografía. Ir a → Analizar para fijar la escala. En la ventana Establecer la escala de la longitud de la línea, en píxeles, se mostrará. Escriba la distancia conocida y unidades de medida en las casillas correspondientes y haga clic en OK. </li><li> Dibuje una línea nueva y confirme que la escala de medición es correcta. </li><li> Medir la distancia entre dos puntos en la fotografía muestra dada: Dibuje una línea entre dos puntos. La barra de estado mostrará el ángulo (de horizontal) y la longitud. Analizar → Medida (o Ctrl + M o simplemente escriba en el teclado M) transfiere los valores a una ventana de datos. </li><li> Medir la regresión en cada ubicación de sentido de la corriente x midiendo el espesor de la muestra de quemado y restarlo de la iespesor nitial de la muestra. </li></ol></li><li> Tenga en cuenta el intervalo de tiempo durante el cual la superficie de los combustibles sólidos permanecen aproximadamente plana y usar para el mapeo de la temperatura, o los ajustes de posiciones de termopar realizados para compensar las regresión superficie. </li><li> Establecer el intervalo de temperatura de mapeo para capturar mediciones durante el régimen de quema constante, aproximadamente 150 segundos para el PMMA sólida y 400 seg para mechas líquidas empapado. Establecer el intervalo de temperatura de mapeo basado en el intervalo de tiempo de combustión estable de combustibles líquidos y sólidos. Un tamaño de paso recomendado cerca de la superficie es de 0,25 mm 4-6. </li><li> Alinear un termopar micro cuidadosamente con la superficie del combustible utilizando un UniSlide XY. Coloque el termopar dado en el centro de la anchura de la muestra. </li><li> Mueva el termopar micro cuidadosamente al borde de ataque de la mecha de combustible mediante el UniSlide XY. </li><li> Ejecutar un programa de adquisición de datos en un ordenador y leer el algoritmo de escaneo de rejilla de una carpeta en el desktop. Nota: Una vez que el experimento está en marcha, la recopilación de datos es automática, y el usuario sólo tiene que supervisar para asegurarse de que el experimento va según lo previsto. </li><li> El uso de un programa de adquisición de datos en un ordenador, la adquisición de datos y escribir en un archivo de medición. Nota, las tasas de muestreo de 100 a 500 4-5 6 Hz fueron utilizados en experimentos anteriores. </li><li> Cuando haya terminado, apagar la llama. Apague el controlador PWM y desconecte el cable de alimentación del ventilador de la toma eléctrica VAC 3 fases 240. </li><li> Desactivar el controlador del motor paso a paso. </li><li> Repetir los pasos 04/12 a 04/18 para los experimentos adicionales en condiciones de flujo similares o diferentes con la misma termopar. Un mínimo de 5 pruebas debe repetirse para cada condición de flujo dada (por ejemplo, velocidad de flujo forzado o la orientación vertical). </li><li> Repetir los pasos 4.12 a 4.18 para un termopar micro 75 micras. Traverse dos termopares (50 micras y 75 micras de diámetro) de alambre a lo largo del same ruta en el centro de la llama para las correcciones de radiación precisos. termopares más pequeños pueden también ser utilizados, sin embargo la rotura menudo producido por los cables por debajo de 50 micras. </li></ol> Análisis 5. Datos <ol><li> Leer los datos procesados ​​desde el archivo LVM en Matlab u otro software analítico. </li><li> La media de los datos de temperatura en cada punto espacial a partir de diferentes pruebas. </li><li> Calcula una corrección de radiación a partir de datos de termopar promediados en cada ubicación de sentido de la corriente, después de la correlación de Collis y Williams 10 se describe en detalle a continuación. </li><li> Calcular las mediciones de temperatura compensada mediante la adición de la corrección de los datos de temperatura de radiación primas. </li><li> No dimensionar los datos de temperatura y ubicación espacial. </li><li> Ajustar los datos de temperatura no dimensionales en la superficie del combustible con un ajuste polinómico de orden superior apropiado usando un algoritmo de ajuste de curva en Matlab u otro software dedicado. 4 a 6 puntos cercanos a la superficiese han encontrado para trabajar bien en los estudios anteriores 4-6. </li><li> Calcular los gradientes de temperatura no dimensionales normales a la superficie del combustible de la pendiente de la orden superior ajuste polinómico para la distribución de temperatura no dimensional en la superficie de combustible (y = 0). </li><li> Calcular la tasa de quema masiva locales a partir del correspondiente gradiente de temperatura adimensional local en la superficie de combustible que utiliza una correlación teórica basada en la analogía de Reynolds 4. </li><li> Calcular el flujo de calor por convección desde el gradiente de temperatura en la superficie de la 5-6 combustible. </li></ol>

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	<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.

El objetivo de esta investigación fue desarrollar una nueva metodología para la estimación de las velocidades de combustión de masas locales, tanto para combustibles líquidos y sólidos bajo una variedad de condiciones de flujo de campo. El estudio se analizaron dos casos, una convección libre llama de difusión de la capa límite y las llamas de difusión capa límite de convección forzada establecidos bajo diferentes condiciones de flujo libre, el uso de combustibles líquidos o sólidos. Las velocidades de combustión locales medidos a través de mediciones de termopar de alambre fino sobre las dos mechas empapado en combustible líquido y más de losas macizas de PMMA se encontraron para que coincida con otros medios de estimación de regresión, es decir, las mediciones de combustible. Estos gradientes de temperatura cerca de la superficie del combustible se determinaron utilizando una correlación en base a la analogía Reynolds 12-13 que, mientras que requiere constante, la combustión laminar, funcionó muy bien para las muestras a pequeña escala, en última instancia resulta en datos dentro de 15% de precisión para la media de los resultados y mucho más por measurem localesentos 4-6. El factor de correlación para estas mediciones de la tasa de pérdida de masa locales depende de la cantidad de transferencia de masa del combustible Spalding representativa y otras propiedades termofísicas de combustible que se puede calcular a priori. Los resultados sugieren que esta técnica puede ser útil para extraer estas cantidades y entender la quema de combustibles de pequeña escala con mayor detalle en el futuro. Otros estudios en la literatura han ampliado la obra representativa aquí incorporación de simulaciones numéricas 4 y experimentos con muestras orientados verticalmente, ardor libremente 4,5, y las muestras horizontalmente montado bajo vientos ambiente 6. Para estas configuraciones, los componentes de los flujos de calor también se han determinado localmente sobre la superficie del combustible utilizando la misma técnica termopar de alambre fino muy cerca de la superficie del combustible condensada. Mientras que los componentes de flujo de calor se han medido en el pasado mediante el uso de medidores embebidos, this técnica es mínimamente invasiva y ofrece una medición directa de los flujos de calor por convección, que no ha sido posible antes. Especial cuidado se debe tomar durante los experimentos de la hora de elegir las configuraciones y la configuración del aparato específicas. En estos experimentos, los termopares elegidos para el paso 3.2 que sobresale de un pequeño tubo de cerámica, manteniendo la tensión en el cable y haciendo que la ubicación del termopar relativamente fijo. El uso de un cable de termopar suspendido sobre toda la llama sin un tubo reduciría posibles perturbaciones del tubo de cerámica, sin embargo, sería que la instalación de la ubicación específica del termopar mucho más variable que el alambre tiende a expandirse, con temperaturas crecientes. A veces, los cambios en la configuración podrían inducir efectos a través de la anchura de la muestra (por ejemplo inclinando la muestra). Si la configuración se modifica a partir de las estudiadas en el pasado 4-6, en torno a 4,14 paso controles ocasionales que la temperatura de la llama meamedicio- través de la anchura de la muestra no muestran ninguna variación significativa se debe tomar (es decir, un supuesto 2-D todavía mantiene). De lo contrario, tendrá que ser puesto en marcha un sistema de mapas en 3-D. Los pasos más importantes, mientras que realizan los experimentos tienen que ver con la preparación del combustible y el uso adecuado de los termopares. Incluso ligeras desviaciones en el posicionamiento de los termopares podrían causar errores, por lo tanto, se debe tener cuidado al colocar el termopar en los pasos 3.2, 4.13 y 4.14. La mecha de combustible también debe ser colocado de manera que una superficie lo más plana posible se mantiene (paso 2.1) y todo el material de relleno debe ser al horno de mechas (paso 2.1.1). El sistema de escape, que se activa en el paso 4.1 también debe mantenerse lo más mínimo o aislado como sea posible cerca de la experimento para ayudar a eliminar las perturbaciones del flujo. Esto se debe comprobar asegurando una pequeña vela no se sopla donde la prueba se llevará a cabo (sin viento). Deflectores, pantallas, Una instalación cerrada separada o pruebas en un espacio grande se pueden utilizar para lograr esto. En la etapa 4.2, el combustible sólido se encenderá tan uniformemente como sea posible. Mientras que el soplete de propano no es la fuente más ideal para hacer esto, no se encontraron experimentos para ser sensibles a la fuente de ignición en trabajos anteriores 4-6. La sensibilidad a la fuente de ignición debe ser documentado durante los experimentos variando el tiempo o la intensidad de la exposición y la observación de los resultados en la velocidad de combustión de masa constante. Si se observa la sensibilidad de un panel radiante, alternativamente, se debe utilizar para encender muestras. Los combustibles sólidos, o cualquier combustible que no tiene un gran tamaño (&gt; 300 seg) constante región quema como se observa por las tasas de pérdida de masa debe tener mapeo temperatura tomada durante una corta región. Por ejemplo, en la etapa 4.13, se recomienda la asignación para PMMA para ser hecho cargo de la primera 150 seg, mientras que el combustible es todavía relativamente plana y la regresión superficie ha sido bien documentado. mediciones de regresión superficie pueden usar ImageJ u otro software de imagen similar para medir los píxeles de las fotografías y se convierten en longitud. Alternativamente, un micrómetro digital se puede utilizar para medir la regresión superficie de la placa sólida después de enfriarse (en cuenta la superficie de materiales &quot;burbujeo&quot;, tales como PMMA debe lijar primero). La correlación velocidad de combustión propuesto se basa en suposiciones laminares, sin embargo, se plantea la hipótesis de que esta técnica debe seguir una forma similar para la quema turbulenta de una superficie de combustible, aunque con una relación funcional modificada que debe determinarse experimentalmente. El trabajo que aquí se presenta se puede extender posteriormente a turbulento de combustión de la capa límite y las interacciones asociadas entre la turbulencia y la liberación de calor en fase gaseosa que impulsan el flujo de calor incidente a la superficie del combustible puede investigarse más a fondo. La teoría en que se basa la correlación velocidad de combustión también deja de lado la radiación. La teoría se simplifica leading a la incertidumbre en sus capacidades predictivas en circunstancias que no están cubiertos por el presente trabajo. Por ejemplo, la metodología propuesta puede no funcionar para las altas llamas deposiciones de hollín en el que el flujo de calor a la superficie es en gran parte radiativo. Para grandes llamas pared turbulentos, en los que el flujo de calor por radiación a la superficie del combustible condensada es alta, la velocidad de combustión de correlación propuesto puede o puede no funcionar. La inclusión de los efectos de la radiación en la correlación propuesta es, por lo tanto, la investigación deseable y además debe llevarse a cabo con el fin de determinar esta relación funcional. Esta área requiere mejoras en el modelo si los métodos de predicción de confianza para poder alcanzar para tales llamas.

Si bien los avances importantes se han hecho en el campo de la investigación de seguridad contra incendios durante el siglo pasado, la predicción de las tasas de propagación de la llama sigue siendo un reto para muchos materiales en diversas configuraciones. Propagación de la llama a menudo procede de cualquiera de los entornos construidos o naturales como una serie de encendidos de nuevos elementos, que emana de una fuente inicial de encendido. El conocimiento de las características de combustión de materiales inflamables individuales es fundamental para predecir estas tasas de propagación de la llama, porque esto contribuye a las tasas de calentamiento a elementos no encendida. Por tanto, la tasa de liberación de calor (HRR) de un elemento de combustible ha sido citado como la cantidad más fundamental en la investigación de incendios 1, siendo aproximadamente igual a la velocidad de combustión (pérdida de masa) del combustible de fase condensada, a saber, la velocidad de evaporación de un combustible líquido o pirólisis tasa de un combustible sólido. La velocidad de combustión se puede considerar como una medida de la inflamabilidad de un material y es un parámetro crítico en el análisis de riesgo de incendio y el diseño de sistemas de supresión de incendios. La pérdida local de masas (o quemar) la tasa, m &quot;f, de una pared vertical es, en particular, una variable importante en muchos problemas relacionados con el fuego, como la propagación de la llama en una pared, el desarrollo del fuego, y las tasas de liberación de energía dentro de un fuego envolvente, y la propagación de los penachos de humo y gas caliente Para la predicción de arriba propagación de la llama en una pared vertical, la altura de la llama debe ser calculado, que depende de la velocidad total de liberación de energía;. que, a su vez, está influenciado directamente por la tasa de pérdida de masa local, integrado por toda la zona de pirólisis de la pared 2-3. Mientras que el conocimiento de estas tasas de pérdida de masa integrados son relativamente bien conocidos, el conocimiento de los tipos de masas de leña en lugares incrementales a lo largo de una superficie de combustible no son bien conocidos porque las técnicas experimentales para medir dichas tasas son extremadamente limitados. Una técnica que ofrece este tipo de masa-quema &quot;local&quot;información podría proporcionar un mayor conocimiento de la quema de combustibles condensadas, lo que permite a los investigadores a entender mejor los mecanismos que distinguen diferentes combustibles o configuraciones de uno al otro. Como la mayoría de los materiales son evaluados por primera vez en la pequeña escala (por ejemplo, en un calorímetro de cono 1), un primer paso lógico es proporcionar una técnica para medir velocidades de combustión masiva en locales pequeños, llamas de difusión laminar sobre la superficie del combustible condensados. El trabajo que aquí se presenta se analiza la metodología experimental y protocolos para llevar a cabo experimentos en llamas laminares estables establecidos sobre superficies combustible condensado. Estimación de los gradientes de temperatura locales utilizando micro termopares es una técnica particularmente útil para la estimación de velocidades de combustión masa locales y los flujos de calor en estas llamas 4-6. Un análisis de los datos de la literatura muestra la dificultad de determinar la transferencia de calor, combustión y fricción coeficientes locales en el condenSED superficie del combustible, que son importantes para la comprensión de la física y los mecanismos subyacentes que impulsan un incendio en particular y su propagación 4-6. Los componentes de los flujos de calor, que han permanecido tal vez la propiedad incendio más bien medido en lugares locales sobre una superficie de combustible, han demostrado ser difíciles de medir. Efectos tales como la variabilidad de los combustibles, la escalabilidad flujo de calor, dificultad de lograr condiciones de estado estable y diferentes tecnologías de vía de flujo de calor han contribuido a una amplia dispersión en lugar de los datos que está disponible en la literatura 4. Las mediciones de los gradientes de temperatura locales con alta precisión ayudará a aliviar esta variabilidad y también proporcionar correlaciones de transferencia de calor que se podrían utilizar para la validación numérica de incendios pared laminares, un problema de investigación fuego canónica. Tales experimentos también son útiles en la exploración de la relación dinámica entre una superficie de combustible condensado y de fase de gas combustible en llamas laminar y la capa límite turbulentas. Métodos para capturar con precisión estos gradientes de temperatura de una manera precisa y repetible se describen a continuación.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Thermocouples with connectors and clamps</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></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 -5pk</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&#160;</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&#39;s end</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Traverse mechanism</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></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&#160;</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 &#38; 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&#160;</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 &#38; 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&#160; computer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Data acquisition hardware</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></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 V, 50 kS/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&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cameras</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nikon D7100 24.1 MP DX-Format CMOS Digital SLR with 18-105mm 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 18-55mm f/3.5-5.6 IS Lens</td>
			<td>Canon EOS Rebel T5 DSLR&#160;</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>Digital SLR camera for taking side-view flame photographs</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mass balance</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mettler-Toledo, MS32001L Balance Prec 32200g x 0.1g</td>
			<td>97035-654</td>
			<td>VWR</td>
			<td>Precision electronic&#160; mass balance&#160; for measuring&#160; average mass burning rate</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mini CTA system</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></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></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wind tunnel equipment</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></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&#34; 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&#34; wire diameter. 12&#34;x12&#34; 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&#34; wire diameter. 12&#34;x12&#34; 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&#34; - 33&#34; 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, 200-240V, 3-phase, 50/60Hz, M3G112-EA motor, 2.2kW)</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&#8221; X 1&#8221; T-SLOTTED PROFILE&#160;</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></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Software</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></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>MATERIALS</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methanol&#160;</td>
			<td>UMD Chem Store</td>
			<td>NA</td>
			<td>Liquid fuel</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol&#160;</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&#34; Thick, 24&#34; X 48&#34;</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&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Self-Igniting Economy Propane Gas Torch Adjustable Flame, 4179 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&#34; 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&#39;Height x 4&#39;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&#34; thick, 12&#34;X24&#34;</td>
			<td>Mc master carr</td>
			<td>89015K28</td>
			<td>Used for holding the insulation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Marine grade plywood 1/2&#34; thick, 12&#34; X 24&#34;</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&#34; base X 1-1/4&#34; legs, 1&#39; 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&#34; Thk, 1/2&#34; X 1/2&#34; legs, 6&#39; 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&#34; 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&#34; 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&#34; solid extrusion, 4&#39; 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&#34; X 48&#34; X 36&#34; (Superwool 607 insulation board) 1 carton containing 12 sheets</td>
			<td>Mccormick Insulation</td>
			<td>Superwool 607&#160;</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 el comportamiento frente al fuego realista de los combustibles en fase condensada se ha mantenido fuera del alcance, en parte debido a la incapacidad para resolver las complejas interacciones que se producen en la interfase entre las llamas de fase de gas y combustibles en fase condensada. La investigación actual proporciona una técnica para explorar la relación dinámica entre una superficie y el combustible condensado en fase gaseosa combustibles llamas en las capas límite laminares. Los experimentos con anterioridad se han realizado tanto en entornos de convección forzada y gratuitas a través de ambos combustibles sólidos y líquidos. Una metodología única, en base a la analogía de Reynolds, se utilizó para estimar velocidades de combustión masa locales y los flujos de calor de la llama para estos límite laminar llamas de difusión capa utilizando gradientes de temperatura local en la superficie de combustible. Las velocidades de combustión masiva locales y por convección y radiación retroalimentación calor de las llamas se midieron tanto en las regiones de pirólisis y penacho mediante el uso de gradientes de temperatura mapeadas cerca de la pared por un Traver de dos ejessistema se. Estos experimentos requieren mucho tiempo y pueden ser difíciles de diseñar como la superficie del combustible se quema de manera constante condensada sólo por un período limitado de tiempo después de la ignición. Los perfiles de temperatura cerca de la superficie del combustible necesitan ser asignada durante la combustión estable de una superficie de combustible condensado con una resolución espacial muy alta con el fin de capturar estimaciones razonables de gradientes de temperatura locales. correcciones cuidadosas de las pérdidas de calor por radiación desde los termopares son también esenciales para mediciones precisas. Por estas razones, toda la configuración experimental necesita ser automatizado con un mecanismo transversal controlado por ordenador, lo que elimina la mayoría de los errores debido a la posición de un micro-termopar. Un esquema de pasos para capturar de forma reproducible gradientes de temperatura cercana a la pared y los utilizan para evaluar las tasas de combustión y flujos de calor local es proporcionado.

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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.

Metodología experimental para la estimación de los flujos de calor local y de la quema Tarifas en Steady laminar límite de una capa de difusión de las llamas

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 vistas.  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

Speciation and Bioavailability Measurements of Environmental Plutonium Using Diffusion in Thin Films

The biological uptake of plutonium (Pu) in aquatic ecosystems is of particular concern since it is an alpha-particle emitter with long half-life which can potentially contribute to the exposure of biota and humans. The diffusive gradients in thin films technique is introduced here for in-situ measurements of Pu bioavailability and speciation. A diffusion cell constructed for laboratory experiments with Pu and the newly developed protocol make it possible to simulate the environmental behavior of Pu in model solutions of various chemical compositions. Adjustment of the oxidation states to Pu(IV) and Pu(V) described in this protocol is essential in order to investigate the complex redox chemistry of plutonium in the environment. The calibration of this technique and the results obtained in the laboratory experiments enable to develop a specific DGT device for in-situ Pu measurements in freshwaters. Accelerator-based mass-spectrometry measurements of Pu accumulated by DGTs in a karst spring allowed determining the bioavailability of Pu in a mineral freshwater environment. Application of this protocol for Pu measurements using DGT devices has a large potential to improve our understanding of the speciation and the biological transfer of Pu in aquatic ecosystems.

The technique of diffusive gradients in thin films (DGT) is proposed for speciation studies of plutonium. This protocol describes diffusion experiments probing the behavior of Pu(IV) and Pu(V) in presence of organic matter. DGTs deployed in a karstic spring allow assessment of the bioavailability of Pu.

Especiación y biodisponibilidad mediciones de plutonio Ambiental Uso de Difusión en Thin Films

The biological uptake of plutonium (Pu) in aquatic ecosystems is of particular concern since it is an alpha-particle emitter with long half-life which can ...

Investigación

Ingeniería

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.

Investigación capa de emisión espectroscópica de límites durante el ablativo de Ensayo de Materiales en 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 ...

Measurement of Outgassing Rates of Steels

Steels are commonly used materials in the fabrication of vacuum systems because of their good mechanical, corrosion, and vacuum properties. A variety of steels meet the criterion of low outgassing required for high or ultrahigh vacuum applications. However, a given material can present different outgassing rates depending on its manufacturing process or the various pretreatment processes involved during the fabrication. Thus, the measurement of outgassing rates is highly desirable for a specific vacuum application. For this reason, the rate-of-pressure rise (RoR) method is often used to measure the outgassing of hydrogen after bakeout. In this article, a detailed description of the design and execution of the experimental protocol involved in the RoR method is provided. The RoR method uses a spinning rotor gauge to minimize errors that stem from outgassing or the pumping action of a vacuum gauge. The outgassing rates of two ordinary steels (stainless steel and mild steel) were measured. The measurements were made before and after the heat pretreatment of the steels. The heat pretreatment of steels was performed to reduce the outgassing. Extremely low rates of outgassing (on the order of 10&#8722;11 Pa m3 sec&#8722;1 m&#8722;2) can be routinely measured using relatively small samples.

A protocol for the measurement of outgassing rates of hydrogen from ordinary steel vacuum chambers using the rate-of-pressure rise method is presented.

Medición de la desgasificación tarifas de Aceros

Steels are commonly used materials in the fabrication of vacuum systems because of their good mechanical, corrosion, and vacuum properties. A variety of ...

Experimental Procedure for Warm Spinning of Cast Aluminum Components

High performance, cast aluminum automotive wheels are increasingly being incrementally formed via flow forming/metal spinning at elevated temperatures to improve material properties. With a wide array of processing parameters which can affect both the shape attained and resulting material properties, this type of processing is notoriously difficult to commission. A simplified, light-duty version of the process has been designed and implemented for full-size automotive wheels. The apparatus is intended to assist in understanding the deformation mechanisms and the material response to this type of processing. An experimental protocol has been developed to prepare for, and subsequently perform forming trials and is described for as-cast A356 wheel blanks. The thermal profile attained, along with instrumentation details are provided. Similitude with full-scale forming operations which impart significantly more deformation at faster rates is discussed.

An experimental protocol for instrumented warm rotary forming of cast aluminum alloys employing a bespoke industrially scaled apparatus is presented. Experimental considerations including thermal and mechanical effects are discussed, as well as similitude with full-scale processing of automotive wheels.

Procedimiento experimental para hacer girar caliente de fundición, componentes de aluminio

High performance, cast aluminum automotive wheels are increasingly being incrementally formed via flow forming/metal spinning at elevated temperatures to ...

Experimental Implementation of a New Composite Fabrication Method: Exposing Bare Fibers on the Composite Surface by the Soft Layer Method

The bipolar plate is a key component in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and vanadium redox flow batteries (VRFBs). It is a multi-functional component that should have high electrical conductivity, high mechanical properties, and high productivity.
In this regard, a carbon fiber/epoxy resin composite can be an ideal material to replace the conventional graphite bipolar plate, which often leads to the catastrophic failure of the entire system because of its inherent brittleness. Though the carbon/epoxy composite has high mechanical properties and is easy to manufacture, the electrical conductivity in the through-thickness direction is poor because of the resin-rich layer that forms on its surface. Therefore, an expanded graphite coating was adopted to solve the electrical conductivity issue. However, the expanded graphite coating not only increases the manufacturing costs but also has poor mechanical properties.
In this study, a method to expose fibers on the composite surface is demonstrated. There are currently many methods that can expose fibers by surface treatment after the fabrication of the composite. This new method, however, does not require surface treatment because the fibers are exposed during the manufacture of the composite. By exposing bare carbon fibers on the surface, the electrical conductivity and mechanical strength of the composite are increased drastically.

A protocol to expose bare fibers on the composite surface by eliminating resin rich area is presented. The fibers are exposed during fabrication of the composites, not by the post surface treatment. The exposed carbon composites exhibit high electrical conductivity in the through-thickness direction and high mechanical property.

Implementación experimental de un nuevo método de fabricación compuesto: exponer desnudas fibras en la superficie del compuesto por el método de capa suave

The bipolar plate is a key component in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and vanadium redox flow batteries (VRFBs). It is a multi-functional ...

Design and Characterization Methodology for Efficient Wide Range Tunable MEMS Filters

Here, we demonstrate the advantages of the laser Doppler vibrometer (LDV) over conventional techniques (the network analyzer), as well as the techniques to create an application-based microelectromechanical systems (MEMS) filter and how to use it efficiently (i.e., tuning the tuning-capability and avoiding both failure and stiction). LDV enables crucial measurements that are impossible with the network analyzer, such as higher mode detection (highly sensitive biosensor application) and resonance measurement for very small devices (fast prototyping). Accordingly, LDV was used to characterize the frequency tuning range and resonance frequency at different modes of the MEMS filters built for this study. This wide range frequency tuning mechanism is based simply on Joule heating from the embedded heaters and relatively high thermal stress with respect to the temperature of a fixed-fixed beam. However, we demonstrate that another limitation of this method is the resulting high thermal stress, which can burn the devices. Further improvement was achieved and shown for the first time in this study, such that the tuning capability was increased by 32% through an increase in the applied DC bias voltage (25 V to 35 V) between the two adjacent beams. This important finding eliminates the need for the extra Joule heating at the wider frequency tuning range. Another possible failure is through stiction and requirement of structure optimization: We propose a simple and easy technique of low frequency square wave signal application that can successfully separate the beams and eliminates the need for the more sophisticated and complicated methods given in the literature. The above findings necessitate a design methodology, and so we also provide an application-based design.

A protocol for a fixed-fixed beam design using a laser Doppler vibrometer (LDV), including the measurement of frequency tuning, modification of tuning capability, and avoidance of device failure and stiction, is presented. The superiority of the LDV method over the network analyzer is demonstrated due to its higher mode capability.

Diseño y metodología de caracterización para filtros de MEMS Tunable eficiente toda la gama

Here, we demonstrate the advantages of the laser Doppler vibrometer (LDV) over conventional techniques (the network analyzer), as well as the techniques ...

Measurements of Waves in a Wind-wave Tank Under Steady and Time-varying Wind Forcing

This manuscript describes an experimental procedure that allows obtaining diverse quantitative information on temporal and spatial evolution of water waves excited by time-dependent and steady wind forcing. Capacitance-type wave gauge and Laser Slope Gauge (LSG) are used to measure instantaneous water surface elevation and two components of the instantaneous surface slope at a number of locations along the test section of a wind-wave facility. The computer-controlled blower provides airflow over the water in the tank whose rate can vary in time. In the present experiments, the wind speed in the test section initially increases quickly from rest to the set value. It is then kept constant for the prescribed duration; finally, the airflow is shut down. At the beginning of each experimental run, the water surface is calm and there is no wind. Operation of the blower is initiated simultaneously with the acquisition of data provided by all sensors by a computer; data acquisition continues until the waves in the tank fully decay. Multiple independent runs performed under identical forcing conditions allow determining statistically reliable ensemble-averaged characteristic parameters that quantitatively describe wind-waves&#39; variation in time for the initial development stage as a function of fetch. The procedure also allows characterizing the spatial evolution of the wave field under steady wind forcing, as well as decay of waves in time, once the wind is shut down, as a function of fetch.

This manuscript describes a fully computer-controlled procedure that allows obtaining reliable statistical parameters from experiments of water waves excited by steady and unsteady wind forcing in a small-scale facility.

Mediciones de las ondas en un tanque de ondas de viento con viento constante y varían con el tiempo obligando a

This manuscript describes an experimental procedure that allows obtaining diverse quantitative information on temporal and spatial evolution of water ...

Determination of the Excitation and Coupling Rates Between Light Emitters and Surface Plasmon Polaritons

We have developed a unique method to measure the excitation and coupling rates between the light emitters and surface plasmon polaritons (SPPs) arising from metallic periodic arrays without involving time-resolved techniques. We have formulated the rates by quantities that can be measured by simple optical measurements. The instrumentation based on angle- and polarization-resolved reflectivity and photoluminescence spectroscopy will be described in detail here. Our approach is intriguing due to its simplicity, which requires routine optics and several mechanical stages, and thus is highly affordable to most of the research laboratories.

This protocol describes the instrumentation for determining the excitation and coupling rates between light emitters and Bloch-like surface plasmon polaritons arising from periodic arrays.

Determinación de la excitación y el acoplamiento entre emisores de luz y plasmón superficial Polaritons

We have developed a unique method to measure the excitation and coupling rates between the light emitters and surface plasmon polaritons (SPPs) arising ...

Atmospheric Pressure Fabrication of Large-Sized Single-Layer Rectangular SnSe Flakes

Tin selenide (SnSe) belongs to the family of layered metal chalcogenide materials with a buckled structure like phosphorene, and has shown potential for applications in two-dimensional nanoelectronics devices. Although many methods to synthesize SnSe nanocrystals have been developed, a simple way to fabricate large-sized single-layer SnSe flakes remains a great challenge. Herein, we show the experimental method to directly grow large-sized single-layer rectangular SnSe flakes on commonly used SiO2/Si insulating substrates using a straightforward two-step fabrication method in an atmospheric pressure quartz tube furnace system. The single-layer rectangular SnSe flakes with an average thickness of ~6.8 &#197; and lateral dimensions of about 30 &#181;m &#215; 50 &#181;m were fabricated by a combination of vapor transport deposition technique and nitrogen etching route. We characterized the morphology, microstructure, and electrical properties of the rectangular SnSe flakes and obtained excellent crystallinity and good electronic properties. This article about the two-step fabrication method can help researchers grow other similar two-dimensional, large-sized, single-layer materials using an atmospheric pressure system.

A protocol is presented demonstrating a two-step fabrication technique to grow large-sized single-layer rectangular shaped SnSe flakes on low-cost SiO2/Si dielectrics wafers in an atmospheric pressure quartz tube furnace system.

Presión atmosférica fabricación de escamas de gran tamaño SnSe Rectangular de una sola capa

Tin selenide (SnSe) belongs to the family of layered metal chalcogenide materials with a buckled structure like phosphorene, and has shown potential for ...

The Diffusion of Passive Tracers in Laminar Shear Flow

A simple method to experimentally observe and measure the dispersion of a passive tracer in a laminar fluid flow is described. The method consists of first injecting fluorescent dye directly into a pipe filled with distilled water and allowing it to diffuse across the cross-section of the pipe to obtain a uniformly distributed initial condition. Following this period, the laminar flow is activated with a programmable syringe pump to observe the competition of advection and diffusion of the tracer through the pipe. Asymmetries in the tracer distribution are studied and correlations between the pipe cross-section and the shape of the distribution is shown: thin channels (aspect ratio &#60;&#60; 1) produce tracers arriving with sharp fronts and tapering tails (front-loaded distributions), while thick channels (aspect ratio ~1) present the opposite behavior (back-loaded distributions). The experimental procedure is applied to capillary tubes of various geometries and is particularly relevant to microfluidic applications by dynamical similarity.

A protocol for the study of the diffusion of passive tracers in laminar pressure-driven flow is presented. The procedure is applicable to various capillary pipe geometries.

La difusión de marcadores pasivos en el flujo Laminar del esquileo

A simple method to experimentally observe and measure the dispersion of a passive tracer in a laminar fluid flow is described. The method consists of ...