Name: experimental methodology for estimation of local heat fluxes and burning rates in steady laminar boundary layer diffusion flames
Uploaded: 2016-06-01T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 29 s
Description: 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

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

תכנון 1. של ניסויים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בצע הוראות ואזהרות בטיחות לפני כניסת מעבדת מחקר האש או שריפה. הדרכת בטיחות נדרשת בדרך כלל עבור משתמשים חדשים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תזמן הניסויים שלך מראש כדי לבצע את הבדיקות הנדרשות. קח למשל את הפרטים של הניסוי, להובלת דלקים דרושים וציוד דרוש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> זהה את הניסויים דלק נוזלי או מוצק של עניין. הכן את החומרים בהתאם. </li></ol> 2. הכנת חומרים ומכשור <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בניסויים בדלק נוזליים, להכין פתיל דלק של חומר noncombustible נקבובי (צמר סיליקט ארץ אלקליין). ניסויים קודמים 4-6 ניצלו 8 ס&quot;מ x 8 ס&quot;מ x 1.27 ס&quot;מ לבדיקות הסעה חינם ו -10 ס&quot;מ x 10 ס&quot;מ x 1.27 ס&quot;מ הסדינים העבים לבדיקות הסעה כפייה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אופה את פתיל הדלק הנתון כ 20 דקות על ידי כך שאנחנו חושפים אותו להבת דיפוזיה לפיד פרופאן כדילשרוף קלסרים אורגניים בתוך הפתיל. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> על מנת למנוע דליפה של דלק נוזלי מן הצדדים של הפתיל, בנדיבות להחיל סיליקט נתרן נוזלית עם מזרק מכסה את כל הפרצופים של הפתיל למעט הפאה העליונה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מגן כל אבל הפנים העליון של השלוחה עם רדיד אלומיניום. השתמש דבק בטמפרטורה גבוהה כדי להדביק את רדיד אלומיניום אל צידי הפתיל. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בניסויי דלק מוצקים, לגזור וכו &#39;של הדלק המוצק. בניסויים הסעה חינם הקודם 2, 8 ס&quot;מ x 8 ס&quot;מ x 1.27 ס&quot;מ גיליון עבה של methacrylate polymethyl יצוק ברור (PMMA) נוצל בעבר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לגזור חריץ בסדין של לוחות בידוד סיבי קרמיקה שווים לגודל של מדגם הדלק שבו מאוחר לעלות על המדגם. לעתים קרובות, השתמש באותה noncombustible נקבובי כמו פתיל הדלק; אולם לאטום אותו עם צבע שחור מט בטמפרטורה גבוהה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בדוק את חומרת רכישת נתונים הנתונה ותוכנה. פתח את התוכנה ולבדוק מזגאלגוריתם מיפוי ature לפני ביצוע הבדיקות הנדרשות. </li></ol> 3. הכנה של הגדרת הניסוי <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח מצלמת SLR הדיגיטלית צד להציג כך שיהיה מיושר עם הציר המרכזי של הדלק מספיק רחוק כך המבט מהצד המלא של הלהבה הנתונה הוא נתפס. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עבור הסעה נאלצה בלהבות, לדימוי בשדה פתוח מבט במרכז דגימת הדלק המשתרעת על שטח של 16 סנטימטרים x 8 סנטימטר לחישוב המרחק תייק להבות באזור פירוליזה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניח את מנגנון החוצה מעל מדגם הדלק. צרף תרמי מייקרו 50 מיקרומטר תיל בקוטר הציר האופקי של המנגנון החוצה בזהירות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את בקר מנוע צעד לתכנות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במקרה של ניסויים זרימת כפייה, כוח במעלה מפוח צנטריפוגלי של מנהרת רוח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את הדופק רוחב אפנון (PWM) בקר לתדר של 7,000 הרץ עם Rangi הגדרות צריכת החשמלng מ -16% עד 50% עבור מהירויות מפוח שונות, מאומתות עם מד רוח להתניע. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יש להרכיב משקפי בטיחות וכפפות יד עמידת אש לפני שתמשיך עם המבחן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במהלך כל בדיקה, להשרות את הפתיל עם דלק נוזלי (מתנול או אתנול) עד ​​נקודת הרוויה שלו. עבור הפתיל 8 ס&quot;מ x 8 ס&quot;מ x 1.27 ס&quot;מ עובי, 90 מ&quot;ל היה מספיק כדי לספוג את הפתיל מלא באמצעות שני 60 מ&quot;ל מזרקים ואילו עבור פתילה 10 ס&quot;מ x 10 ס&quot;מ x 1.27 ס&quot;מ עובי, 120 מ&quot;ל נמצאה להספיק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את הפתיל ספוג דלק / צלחת דלק מוצק בזהירות לתוך מחזיק הפתיל-דלק. בדוק את השטיחות של פני שטח פתיל דלק בעזרת מד זווית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח את תוכנת מאזן מסה ולבדוק את הגדרות ממשק USB. בדוק את מאזן המסה ושים לב הקריאה שלה לפני הבדיקה. </li></ol> 4. ניסויים הפועלים בתוך מעבדה שרפה או אש <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להבטיח אוורור נאות של מתקן ניסיוני על-ידי הפעלת הפליטה לאחר השלמת כל קבוצה של ניסויים. Exhaust צריך להיות מינימאלי או מבודד ככל האפשר במהלך הניסויים, במטרה לסייע במיגור פרעות זרימה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפני מדגם ניצת, לכייל את המצלמה הדיגיטלית-מבט מהצד על ידי צילום תמונה של גיליון נייר מילימטרים או שליט כי מיושרת לאורך הציר המרכזי של משטח הדלק. השג ספירה ממוצעת פיקסל / מ&quot;מ מתמונות הכיול. השתמש בערך זה של פיקסלים / מ&quot;מ במהלך עיבוד פוסט של תמונות (להגדרת סולם המדידה ImageJ). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להצית את הדלק עם פנס פרופאן, לגעת בו לרגע ליצירת פתיליה דלק נוזלי להעביר את הלהבה אחיד על פני השטח במשך 50-60 שניות עם דלק מוצק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התחל זמן ניסוי מייד לאחר הצתה אחידה. השתמש סטופר כדי לציין את הזמן הבוער. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחץ על לחצן רכישת נתונים על תוכנות מאזן מסה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפקח על אובדן המסה של הפתיל בוער מעל מרווח מתוזמן ולכתוב אותו לקובץ מדידה. השתמש בתוכנת מאזן מסה עבור gמטרת Iven. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלבים 4.3 עד 4.6 בדיקות מרובות באותם תנאים כדי להבטיח הדירות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש-אובדן המסה לעומת עקומת זמן כדי לקבוע את משטר שריפה היציב, שבו התאמה ליניארית של אובדן המסה יש ערך R 2 גבוה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עובדים על דלק סולידי יציבים, לשרוף דגימות ב 50 במרווחי שניות מן ההצתה לשחיקה למדוד רגרסיה פני שטח (למשל, במשך 50 שניות, 100 שניות, 150 שניות, וכו &#39;). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Cut שרפה דלק סולידי לאורך קו האמצע לאחר הקירור עבור בדיקות רגרסיה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לצלם צד להציג של דלק סולידי לגזור עומס לתוך ImageJ. מדוד את רגרסיה במקומות streamwise ידי המרת פיקסלים ס&quot;מ בעזרת סרגל. צעד אחר צעד הליך כדי לעבד תמונה נתונה ImageJ מופיעה להלן. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תצלום הצד להציג להרחיב מדגם הדלק המוצק ב ImageJ באמצעות קובץ בחר → פתחה תמונה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח את תמונת הכיול (עם סרגל) של מדגם הדלק המוצק ב ImageJבאמצעות קובץ בחר → תמונת כיול להרחיב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סטאק את תמונת כיול ותמונת מדגם דלק מוצקה. עבור אל תמונה → תמונות → סטאקס לערום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סולם מדידת גדר: צייר קו בין שתי נקודות של מרחק ידוע כמו סרגל על ​​התמונה. עבור אל לנתח → סולם סט. בחלון סולם הגדר את אורך הקו, בפיקסלים, יוצג. הקלד את המרחק הידוע ויחידות מידה בתיבות המתאימות ולחץ על אישור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צייר קו חדש ולאשר כי סולם המדידה נכון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדידת מרחק בין שתי נקודות בתצלום במדגם הנתון: צייר קו בין שתי נקודות. שורת המצב תציג את הזווית (מאופק) והאורך. לנתח → מדוד (או Ctrl + M או פשוט להקליד M במקלדת) מעביר את הערכים חלון נתונים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מדוד את רגרסיה בכל x מיקום streamwise ידי מדידת עובי המדגם הכוויה-אאוט וחיסור אותו מן iעובי nitial של המדגם. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הערת מרווח הזמן שבו על פני השטח של דלק סולידי להישאר כ שטוחים ולהשתמש למיפוי טמפרטורה, או התאמות של עמדות תרמיות עשויות לפצות על רגרסיה שטח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הגדר את מרווח מיפוי טמפרטורה ללכוד מדידות בזמן השלטון בוער יציב, כ 150 שניות PMMA מוצק 400 שניות פתילות ספוג נוזלים. הגדר את מרווח מיפוי הטמפרטורה מבוסס על מרווח זמן שריפה הקבוע של דלקי נוזלים ומוצקים. גודל צעד מומלץ סמוך לפני השטח הוא 0.25 מ&quot;מ 4-6. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יישר תרמי מיקרו בזהירות עם פני השטח של דלק באמצעות unislide XY. מניח את תרמי הנתון במרכז הרוחב של המדגם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הזז את תרמי מיקרו בזהירות אל הקצה המוביל של הפתיל דלק באמצעות unislide XY. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעלת תוכנית רכישת נתונים במחשב ולקרוא את אלגוריתם סריקה לרשת מתיקייה על דesktop. הערה: לאחר הניסוי נמצא בעיצומו, איסוף נתונים הוא אוטומטית, והמשתמש רק צריך לפקח עליו לוודא שהניסוי הולך כמתוכנן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות תוכנית רכישת נתונים במחשב, לרכוש נתונים ולכתוב אותו לקובץ המדידה. הערה, שיעורי דגימה של 100 4-5 500 6 הרץ שימשו בניסויים בעבר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בסיום, לכבות את הלהבה. כבה את בקר PWM ונתקו את תקע החשמל של מפוח משקע החשמל 3-שלב 240 VAC. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כבה את בקר מנוע צעד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלבי 4.12 כדי 4.18 עבור ניסויים נוספים על תנאי זרימה דומים או שונים עם אותו תרמי. מינימום של 5 בדיקות יש לחזור עבור כל תנאי זרימת נתון (למשל, מהירות זרימת כפייה או אנכי). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על שלבים 4.12 כדי 4.18 עבור תרמי מיקרו 75 מיקרומטר. Traverse שני צמדים (50 מיקרומטר ו 75 מיקרומטר חוט קוטר) לאורך סםנתיב דואר במרכז הלהבה עבור תיקוני קרינה מדויקים. צמדים קטנים עשויים לשמש גם, אולם לעתים קרובות שבירים התרחשו לחוטים מתחת ל -50 מיקרומטר. </li></ol> ניתוח 5. נתונים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קרא את הנתונים מעובדים מקובץ LVM לתוך Matlab או תוכנה אנליטית אחרים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ממוצע נתוני הטמפרטורה בכל נקודה מרחבית מבדיקות שונות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חישוב תיקון קרינה מנתונים תרמי בממוצע בכל אתר streamwise, בעקבות המתאם של קוליס וויליאמס 10 תיאר בפירוט בהמשך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חישוב מדידות הטמפרטורה מפוצה על ידי הוספת תיקון קרינה נתוני טמפרטורה גלם. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ללא ממד שליש נתוני טמפרטורת המיקום המרחבי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התאם את נתוני טמפרטורה הלא-ממדי על פני שטח הדלק עם בכושר פולינום מסדר גבוה המתאים באמצעות אלגוריתם עקום ב- Matlab או תוכנה ייעודית אחרת. 4 עד 6 נקודות סמוכות לפני השטחנמצאו לעבוד היטב במחקרים קודמים 4-6. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חשב את הדרגתיים טמפרטורה הלא-ממדי הרגילים ליד משטח הדלק מן המדרון של לנכון פולינום מסדר הגבוה אל התפלגות הטמפרטורה הלא-ממדי על פני שטח הדלק (y = 0). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חשב את קצב שריפת המונית המקומי מן גרדיאנט הטמפרטורה הלא-ממדי המקומי המתאים על פני השטח דלק באמצעות מתאם תיאורטיים המבוססים על האנלוגיה ריינולדס 4. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חשב את שטף חום הסעה מן שיפוע הטמפרטורה על פני השטח של 5-6 דלק. </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.

מטרת מחקר זה הייתה לפתח מתודולוגיה חדשה להערכת שיעורי שריפת מונית המקומיות הוא דלקי נוזלים ומוצקים תחת מגוון רחב של תנאי זרימה-שדה. המחקר נחשב בשני מקרים, להבת דיפוזיה שכבת גבול הסעה חינם ולהבות דיפוזיה שכבת גבול הסעה נאלצות הוקמו בתנאים ללא זרם שונים, הוא באמצעות דלקי נוזלים ומוצקים. שיעורי שריפה מקומיים נמדדים באמצעות מדידות תרמי בסדר תילים על שני פתילות נוזלות ספוג הדלק מעל לוחות מוצקים של PMMA נמצאו להתאים אמצעי אחר אמידה, כלומר מדידות רגרסיה דלק. הדרגתיים טמפרטורה אלה קרובים לפני שטח הדלק נקבעו באמצעות מתאם המבוסס על אנלוגית ריינולדס 12-13 כי, תוך דרישה קבועה, בעירת למינרית, עבדה טוב מאוד עבור דגימות בקנה מידה קטנות, בסופו של דבר וכתוצאה מכך נתונים תוך דיוק 15% עבור תוצאות מתכוונות הרבה יותר עבור measurem המקומיהמציג 4-6. הגורם התאמת למדידות שיעור המוני אובדן המקומיים הללו תלוי במספר והמסה ספולדינג של דלק הנציג ומאפייני התרמו-פיזי אחרים של הדלק אשר ניתן לחשב מראש. מהתוצאות עולה כי טכניקה זו עשויה להיות שימושית כדי לחלץ כמויות אלה ולהבין את שריפת דלקים בהיקף קטן בפירוט רב יותר בעתיד. מחקרים אחרים בספרות הרחיבו את העבודה נציג כאן שילוב 4 וניסויי סימולציות נומריות על דגימות אנכיות מוכווני, שריפת 4,5 בחופשיות, ואופקיים רכובים דגימות תחת רוחות סביבה 6. עבור תצורות אלה, מרכיבי ונתיבים חומים גם נקבעו באופן מקומי על פני שטח הדלק תוך שימוש באותה הטכניקה תרמית בסדר תילים מאוד קרובה לפני שטח הדלק המרוכז. בעוד מרכיבים של שטף חום נמדדו בעבר על ידי שימוש מודד מוטבעים, תיהטכניקה של הוא פולשנית ומציע מדידה ישירה של והנתיבים חום הסעה, אשר לא היה אפשרי קודם לכן. זהירות מיוחדת יש לנקוט במהלך ניסויים בעת בחירת תצורות ספציפיות והתקנה של המנגנון. בניסויים אלה, צמדים שנבחרו בשלב 3.2 שבלט משפופרת חרס קטנה, שמירת מתח על החוט ולהפוך את המיקום של תרמי קבוע יחסית. באמצעות חוט תרמי התלוי מעל הלהבה כולו ללא צינור יפחית הפרעות אפשריות מצינור הקרמיקה, אולם זה יגרום באיתור המיקום הספציפי של תרמי הרבה יותר משתנה ככל שהחוט נוטה להתרחב עם טמפרטורות הגדלה. לפעמים שינויים בתצורה יכולים לגרום השפעות לרוחב המדגם (למשל להטות את המדגם). אם המערך יהיה שונה מאלה למדו בעבר 4-6, סביב צעד 4.14 בדיקות מדי פעם כי mea טמפרטורת הלהבהsurements לרוחב המדגם מראה וריאציה משמעותית יש לנקוט (כלומר, נחה 2-D עדיין מחזיקה). אחרת, מערכת מיפוי 3-D יהיה צורך ליישם. השלבים הקריטיים ביותר בעת ביצוע הניסויים צריך לעשות עם הכנה של דלק ושימוש נכון של צמדים. גם סטיות קלות המיצוב של צמדים יכול לגרום לשגיאות, ולכן יש לנקוט זהירות כאשר מיצוב תרמי בצעדים 3.2, 4.13 ו 4.14. פתיל הדלק חייב גם להיות ממוקם כך שטוח משטח ככל האפשר נשמר (שלב 2.1) וכל חומר המילוי יש לאפות מתוך פתילות (שלב 2.1.1). מערכת הפליטה, מופעלת בשלב 4.1 צריכה גם להישמר כפי מינימאלי או מבודדת קרוב ניתן הניסוי, במטרה לסייע במיגור פרעות זרימה. זה צריך להיבדק על ידי הבטחת נר קטן הוא לא מפוצץ שם המבחן יתקיים (ללא רוח). מתסכל, מסךניתן להשתמש, מתקן או בחינה נפרד סגורים בתוך חלל גדול כדי להשיג את זה. בשלב 4.2, הדלק המוצק חייב להיות מוצת כמו אחיד ככל האפשר. בעוד לפיד פרופאן הוא לא המקור האידיאלי ביותר לעשות זאת, ניסויים לא נמצאו להיות רגישים מקור ההצתה בעבודה בעבר 4-6. רגישות מקור ההצתה יש לתעד במהלך ניסויים על ידי שינוי הזמן או עוצמת החשיפה וההתבוננות את התוצאות על שיעור שריפת מונית היציב. אם הרגישות הוא ציין פנל קורן צריך לחילופין לשמש להצית דגימות. דלק סולידי, או כל דלק כי אין באזור שריפת יציב גדול (&gt; 300 שניות) כפי שנצפה על ידי תעריפים-אובדן מסה צריך מיפוי טמפרטורה שצולם במהלך אזור קצר. למשל, בשלב 4.13 המיפוי מומלץ PMMA להילקח על 150 השניות הראשונות, ואילו הדלק הוא עדיין יחסית שטוח ורגרסיה משטח תועד היטב. מדידות רגרסיה Surface יכול להשתמש אניmageJ או תוכנת תמונה דומה אחרת למדוד פיקסלים על התמונות להמיר אורך. לחלופין, מיקרומטר דיגיטלי ניתן להשתמש כדי למדוד את רגרסיה השטח של הצלחת המוצקה לאחר שזה מתקרר (לציין את פני השטח של חומרים &quot;מבעבעים&quot; כגון PMMA חייב להיות שייף ראשון). מתאם שיעור השריפה המוצע מבוסס על נחות למינרית, לעומת זאת, השערה הוא כי טכניקה זו צריכה לעקוב צורה דומה עבור שריפת סוערים של משטח דלק, אם כי עם מערכת יחסים יציבים שונה אשר צריכים להיקבע באופן ניסיוני. העבודה המוצגת כאן ניתן להאריך ובהמשך סוערי בעירת שכבת גבול ואינטראקציות כלולות בין המערבולת ושחרור חום פאזיים גז, אשר מובילות את שטף חום אירוע על פני שטח הדלק ניתן לבחון אותה. התאוריה שעליה מתאם שיעור השריפה מבוססת גם מזניחה קרינה. התיאוריה מוצגת בצורה פשטנית leading לאי ודאות יכולות הניבוי שלה בנסיבות שאינן מכוסות על ידי העבודה הנוכחית. למשל, המתודולוגיה הנתון לא יפעל להבות sooting גבוהות שבה שטף החום אל פני השטח הוא מקרין שמש ברובו. עבור הלהבות קיר סוערים גדולות, שם שטף חום קרינה על פני שטח הדלק המרוכזים הוא גבוה, מתאם שיעור שריפת המוצע יכול או לא יכול לעבוד. הכללת השפעות הקרינה ב המתאם המוצע, אם כן, מחקר רצוי עוד צריך להיעשות כדי לקבוע מה הקשר התפקודי הזה. אזור זה דורש שיפורים במודל אם שיטות חיזוי בטוחות ממומשות בתור להבות כאלה.

בעוד התקדמות קריטית נעשתה בתחום מחקר בטיחות אש במאות שנים האחרונות, בניבוי שיעורי התפשטות אש עדיין עדיין מהווה אתגר עבור חומרים רבים בתצורות מגוונות. התפשטות להבה לעתים קרובות ממשיכה בשתי הסביבות נבנו או טבעיים כסדרה של ignitions של אלמנטים חדשים, הנובעת ממקור ראשוני של הצתה. ידיעת מאפייני שריפת חומרי שריפת פרט היא קריטית כדי לחזות אלה שיעורי התפשטות אש, כי זה תורם שיעורי חימום לאלמנטי unignited. שיעור חום-שחרור (הרר) של מרכיב הדלק ולכן צוטט ככמות הבסיסית ביותר במחקר אש 1, הינו כ השווה לשיעור (מסה-הפסד) שריפת הדלק מרוכז פאזיים, הוא שיעור התאדות שיעור דלק או פירוליזה נוזלי של דלק מוצק. שיעור השריפה יכול להיחשב כמדד של הדליקות של מאטרial ומהווה פרמטר קריטי ניתוח סיכוני אש בתכנון מערכות כיבוי אש. ההפסד המוני מקומיים (או הצריבה) שיעור, M &quot;f, של קיר אנכי היא, בפרט, משתנה חשוב בעיות אש רבות הקשורים, כגון התפשטות אש על קיר, צמיחת אש, ושיעורי אנרגית שחרור בתוך אש מתחמת, ואת ההתפשטות של תמרות עשן וגז חם עבור חיזוי של התפשטות אש כלפי מעלה על קיר אנכי, גובה ההלהבה חייב להיות מחושב, אשר תלוי בשיעור שחרור אנרגיה הכולל;. זה, בתורו, מושפע באופן ישיר על ידי השיעור המוני האובדן המקומי המשולב מעל אזור pyrolyzing כל הקיר 2-3. בעוד ידע של שיעורים המוני אובדן המשולב אלה ידועים יחסית היטב, ידע של שיעורי שריפת מונית במקומות מדורגים לאורך משטח דלק אינו היטב ידוע בגלל שיטות ניסיוניות למדידת שיעורים כאלה הם מוגבלים במידה קיצונית. טכניקה המספק זו שריפת מונית &quot;מקומי&quot; שיעורמידע יכול לספק תובנה מוגברת שריפת דלקים מרוכזים, המאפשר לחוקרים נוספים להבין את המנגנונים אשר להבדיל דלקים או תצורות שונים זו מזו. כמו רוב חומרי מוערכים ראשונים בקנה המידה הקטן (למשל, בתוך קלורימטר חרוט 1), כצעד ראשון הגיוני הוא לספק טכניקה כדי למדוד את שיעורי שריפת מונית מקומיים בלהבות דיפוזיה קטנות, למינרית על משטחי דלק מרוכזים. העבודה המוצגת כאן דן מתודולוגיה הניסיונית ופרוטוקולים לביצוע ניסויים על להבות למינרית יציבות הוקמו על משטחי דלק מרוכזים. הערכה הדרגתית טמפרטורה המקומית באמצעות צמדי מייקרו היא טכניקה יעילה במיוחד עבור להערכת שיעורי שריפת מונית המקומיות ונתיבים חומים הלהבות הללו 4-6. מניתוח נתוני הספרות מראה את הקושי לקבוע העברת חום מקומי, מקדמי בעירה וחיכוך על condenמשטח דלק SED, אשר חשובים להבנת הפיסיקה ואת המנגנונים המניעים אש בפרט והתפשטותו 4-6. מרכיבים ונתיבים חומים, אשר נותרו אולי נכס האש הכי טוב נמדד במקומות מקומיים על פני שטח דלק, מוכיחים קשים למדוד. אפקטים כגון השתנות של דלקים, מדרגיות שטף חום, קושי בהשגת תנאי מצב יציבים שונים טכנולוגיות מד שטף חום תרמו פיזור רחב למדי של נתונים אשר זמין בספרות 4. מדידות של הדרגתיים טמפרטורה מקומיים עם דיוק גבוה תסייענה להקל שונות הזאת וגם לספק מתאמי העברת חום שיכול לשמש עבור אימות מספרית של שריפות קיר למינרית, בעית מחקר אש הקנונית. ניסויים כאלה הם גם שימושיים לחקור את הקשר הדינאמי בין להבות משטח דלק פאזיים גז תמצית דליקות ב למינרית שכבת גבול סוערתים. שיטות כדי ללכוד אלה הדרגתי טמפרטורה במדויק באופן מדויק דיר מתוארות להלן.

<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

בעזרת מודל של התנהגות השריפה המציאותית של דלקים פאזיים מרוכזים נשאר מחוץ להישג ידם, בין שאר בשל קושי לפתור את יחסי הגומלין המורכבים המתרחשים בממשק שבין להבות פאזיים גז ודלקים פאזיים מרוכז. המחקר הנוכחי מספק טכניקה כדי לחקור את הקשר הדינאמי בין משטח דלק מרוכז דליקות ולהבות פאזיים גז בשכבות גבול למינרית. ניסויים שנערכו בעבר בשני סביבות ההסעה מאולצות חופשיות הזאת היא דלקים מוצקים ונוזליים. מתודולוגיה ייחודית, המבוססת על אנלוגית ריינולדס, שמשה כדי להעריך שיעורי שריפת מונית מקומיים ונתיבים חומים הלהבה עבור להבות דיפוזיה שכבת הגבול למינרית אלה ניצול הדרגתי טמפרטורה מקומית על קרקע הדלק. שיעורי שריפת המונית מקומיים ומשוב חום הסעה ו קרינה מההלהבות נמדדו בשני האזורים פירוליזה ואת הפלומה באמצעות הדרגתיים טמפרטורה ממופים ליד הקיר על ידי Traver שני ציריםמערכת se. ניסויים אלה הם זמן רב והוא יכול להיות מאתגר לעצב כמו פני שטח הדלק המרוכזים שורפים בהתמדה לתקופה מוגבלת בלבד של זמן לאחר הצתה. פרופילי הטמפרטורה הקרוב לפני שטח הדלק צריכים להיות ממופים במהלך שריפה קבועה של משטח דלק מרוכז ברזולוציה מרחבית גבוהה מאוד כדי ללכוד הערכות סבירות של הדרגתיים טמפרטורה מקומיים. תיקונים זהירים להפסדי חום קרינה מן הצמדים חיוניים גם עבור מדידות מדויקות. מסיבות אלו, הגדרת הניסוי כולו צריך להיות אוטומטי עם מנגנון חוצה מבוקרת מחשב, ביטול ביותר טעויות בשל המיקום של א-תרמי מיקרו. מתווה של צעדים כדי ללכוד reproducibly הדרגתי טמפרטורה ליד הקיר ולהשתמש בם כדי להעריך את שיעורי שריפה מקומיות ונתיבים חומים מסופק.

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.

מתודולוגיה ניסויית עבור הערכת שטפי חום מקומי שיעורי הבוער Steady להבות דיפוזיה שכבה למינרית גבול

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

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

11.7K Views.  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.

ניסויי להבה במקור האור מתקדם: תובנה חדשות על תהליכי היווצרות פיח

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

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.

חקירת Layer פליטה ספקטרליים Boundary במהלך פולשני חומר בדיקה ב Plasmatron

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

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

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

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

אפיון שרפה ופיתוח דלק מודל מיקרו-צינורי בתאי דלק הלהבה בסיוע

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.

קינטיקה התגובה ו שרפה Dynamics של לי<sub&gt; 4</sub&gt; O<sub&gt; 9</sub&gt; ותערובות אלומיניום

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.

כימיה בעירה של דלקים: נתונים כמותיים היווצרות המינים המתקבל של הכור אטמוספרי בטמפרטורות גבוהות לזרום עם מצמידים ספקטרומטר מסה מולקולרית-קרן אור

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

Chemistry

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.

מנהרת רוח ניסויים ללמוד שפרל הכתר שריפות

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.

התהליך הניסיוני במחקרי מעבדה של בחיי עיר בוער: דליקות והיעילות צריבה של נפט גולמי

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.

מדידות של העברת החום הולכת חום מקומי מיידי בתוך צינור - יחיד, דו-שלבית זרימה

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://www.jove.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

דיפוזיה תרמית ושיטת פלאש לייזר

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

Materials Engineering

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

אנמומטריית טמפרטורה קבועה: כלי לחקר זרימת שכבת גבול סוערת

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