Abstract
Modellazione comportamento alla combustione di combustibili realistico condensata fase è rimasto fuori portata, in parte a causa di una incapacità di risolvere complesse interazioni che avvengono all'interfaccia tra fiamme in fase gas e combustibili condensato fasi. La ricerca attuale fornisce una tecnica per esplorare il rapporto dinamico tra una superficie combustibile condensato e in fase gas combustibili fiamme in strati limite laminari. Gli esperimenti sono stati condotti in precedenza sia in ambienti convettivi forzati e libero su entrambe combustibili solidi e liquidi. Una metodologia unica, basato sulla analogia Reynolds, è stato utilizzato per stimare velocità di combustione di massa locali e flussi di calore fiamma per questi limite laminare fiamme strato di diffusione utilizzando gradienti locali di temperatura sulla superficie del combustibile. velocità di combustione di massa locali e il feedback calore convettivo e radiativo dalle fiamme sono stati misurati in entrambe le regioni di pirolisi e pennacchio utilizzando gradienti di temperatura mappati vicino al muro da un Traver due assisistema di SE. Questi esperimenti sono lunghi e possono essere difficili da progettare come superficie del combustibile condensato brucia costante solo per un limitato periodo di tempo dopo l'accensione. I profili di temperatura vicino alla superficie del combustibile devono essere mappati in costante combustione di una superficie di combustibile condensata ad una risoluzione spaziale molto elevata per catturare ragionevoli stime di gradienti di temperatura locali. correzioni attente per le perdite di calore radiante dal termocoppie sono inoltre essenziali per misurazioni accurate. Per queste ragioni, l'intero apparato sperimentale deve essere automatizzata con un computer controllato meccanismo di traslazione, eliminando la maggior parte degli errori dovuti al posizionamento di un micro-termocoppia. Un profilo di passi per catturare riproducibile gradienti di temperatura vicino al muro e li usa per valutare velocità di combustione e flussi di calore locale è fornito.
Introduction
Mentre gli avanzamenti critici sono stati fatti nel campo della ricerca sulla sicurezza antincendio nel secolo scorso, prevedendo tassi di diffusione della fiamma rimane ancora una sfida per molti materiali in diverse configurazioni. spread Flame spesso procede in entrambi gli ambienti costruiti o naturali come una serie di accensioni di nuovi elementi, proveniente da una prima fonte di accensione. La conoscenza delle caratteristiche di combustione dei materiali di bruciare i singoli è fondamentale al fine di prevedere questi tassi di diffusione della fiamma, perché questo contribuisce a tassi di riscaldamento a elementi unignited. Il tasso di rilascio di calore (FCR) di un elemento di combustibile è pertanto citata come la quantità fondamentale nella ricerca fire 1, essendo approssimativamente uguale alla velocità di combustione (perdita di massa) del combustibile condensato fase, cioè la velocità di evaporazione un tasso combustibile o pirolisi liquida di un combustibile solido.
La velocità di combustione può essere pensato come una misura della infiammabilità di un material ed è un parametro critico nell'analisi dei rischi di incendio e la progettazione di sistemi antincendio. La perdita locale di massa (o bruciore) Tasso, m "f, di una parete verticale è, in particolare, una variabile importante in molti problemi di incendio legati, come propagazione della fiamma su un muro, la crescita del fuoco, ei tassi di rilascio di energia all'interno un fuoco involucro, e la diffusione di fumo e gas caldi pennacchi Per previsione di rialzo propagazione della fiamma su una parete verticale, l'altezza della fiamma deve essere calcolato, che dipende dal tasso di rilascio di energia totale,., che, a sua volta, è direttamente influenzata dalla il tasso di perdita di massa locale integrato su tutta la superficie della parete pyrolyzing 2-3. Mentre la conoscenza di questi tassi di perdita di massa integrato sono relativamente ben noto, la conoscenza dei tassi di massa che brucia in posizioni incrementali lungo una superficie di carburante non sono ben noti perché le tecniche sperimentali per misurare tali tassi sono estremamente limitate. Una tecnica che prevede questo tasso di massa che brucia "locale"informazioni potrebbero fornire una maggiore comprensione per la combustione di combustibili condensati, consentendo ai ricercatori di capire meglio i meccanismi che contraddistinguono i combustibili o configurazioni l'uno dall'altro differenti. Poiché la maggior parte dei materiali vengono prima valutati al piccola scala (ad esempio, in un calorimetro a cono 1), un primo passo logico è quello di fornire una tecnica per misurare la velocità di combustione di massa locali piccoli, fiamme laminare diffusione su superfici combustibile condensati.
Il lavoro qui presentato discute la metodologia sperimentale e protocolli per l'esecuzione di esperimenti su fiamme laminari costanti stabiliti su superfici di carburante abbreviato. Stima dei gradienti di temperatura locali utilizzando micro termocoppie è una tecnica particolarmente utile per la stima della velocità di combustione di massa locali e flussi di calore in queste fiamme 4-6. L'analisi dei dati letteratura mostra la difficoltà di determinare coefficienti di scambio termico, di combustione e frizioni locali al condendi superficie combustibile sed, che sono importanti per la comprensione della fisica e meccanismi di base che guidano un particolare incendio e di propagazione 4-6. Componenti di flussi di calore, che sono rimaste forse la proprietà del fuoco più ben misurata, in luoghi locali su una superficie di carburante, si sono rivelati difficili da misurare. Effetti come variabilità dei combustibili, flusso di calore scalabilità, difficoltà di raggiungere condizioni stazionarie e differenti tecnologie di gauge flusso di calore hanno contribuito piuttosto ampio dispersione dei dati che sono disponibili in letteratura 4. Misure di gradienti di temperatura locali con elevata precisione aiuteranno ad alleviare questa variabilità e anche fornire correlazioni di scambio termico che potrebbero essere utilizzati per la validazione numerica di incendi parete laminari, una canonica problema di ricerca del fuoco. Tali esperimenti sono utili anche ad esplorare il rapporto dinamico tra una superficie combustibile condensato e in fase gas combustibili fiamme laminari e strato limite turbolentoS. Metodi per catturare accuratamente questi gradienti di temperatura in modo preciso e ripetibile sono descritti di seguito.
Protocol
1. Progettazione di esperimenti
- Seguire le istruzioni e le precauzioni di sicurezza prima di entrare nel incendi e combustione laboratorio di ricerca. formazione sulla sicurezza è generalmente richiesto per i nuovi utenti.
- Programma le tue esperimenti in anticipo per effettuare i test richiesti. Considerare i dettagli dell'esperimento, trasporto di carburanti richiesta e le attrezzature necessarie.
- Identificare gli esperimenti combustibili liquidi o solidi di interesse. Preparare i materiali di conseguenza.
2. Preparazione dei Materiali e Strumentazione
- Per gli esperimenti di combustibile liquido, preparare uno stoppino di carburante di materiale non combustibile poroso (alcalino-terroso lana silicati). Esperimenti precedenti 4-6 hanno utilizzato 8 centimetri x 8 cm x 1,27 cm per le prove di convezione naturale e 10 cm x 10 cm x 1,27 cm fogli spessi per prove convezione forzata.
- Cuocere la data stoppino carburante per circa 20 min esponendola ad una fiamma a diffusione da una torcia a propano in ordinebruciare leganti organici all'interno lo stoppino.
- Al fine di eliminare la fuoriuscita del combustibile liquido dai lati stoppino, applicare generosamente silicato di sodio liquido con una siringa che copre tutte le facce della stoppino tranne la faccia superiore.
- Shield tutto ma la faccia superiore dello stoppino con foglio di alluminio. Utilizzare un adesivo ad alta temperatura per incollare il foglio di alluminio ai lati dello stoppino.
- Per gli esperimenti di combustibili solidi, tagliare un foglio del combustibile solido. In precedenti esperimenti libera convezione 2, 8 cm x 8 cm x foglio di spessore 1,27 cm di una chiara fusione polimetilmetacrilato (PMMA) è stato utilizzato.
- Tagliare una fessura in un foglio di pannelli isolanti in fibra ceramica uguale alla dimensione del campione di carburante in cui montare successivamente il campione. Spesso, utilizzare la stessa non combustibile porosa come lo stoppino combustibile; tuttavia sigillare con alta temperatura vernice nera opaca.
- Controllare l'proposta hardware e software di acquisizione dati. Aprire il software e controllare il temperamentoalgoritmo di mappatura tura prima di effettuare le prove richieste.
3. Preparazione del setup sperimentale
- Posizionare un vista laterale reflex digitale in modo che sia allineato con l'asse centrale del combustibile e abbastanza lontano in modo che la vista laterale completa della fiamma proposta viene catturato.
- Per forzata convezione fiamme, un'immagine di campo di visione al centro del provino di carburante che coprono una superficie di 16 cm x 8 cm per il calcolo della fi amma distanza di stand-off nella zona di pirolisi.
- Posizionare il meccanismo di traslazione al di sopra del campione di carburante. Collegare un filo 50 um di diametro micro termocoppia all'asse orizzontale del meccanismo di traslazione con cura.
- Accendere il controller del motore passo-passo programmabile.
- Nel caso di esperimenti flusso forzato, potenza fino soffiante centrifuga della galleria del vento.
- Impostare il controller Pulse Width Modulation (PWM) ad una frequenza di 7000 Hz con impostazioni di alimentazione ranging dal 16% al 50% per le diverse velocità della ventola, verificate con un anemometro a filo caldo.
- Indossare occhiali protettivi e guanti resistenti al fuoco prima di procedere con il test.
- Durante ciascuna prova, immergere lo stoppino con combustibile liquido (metanolo o etanolo) fino al suo punto di saturazione. Per un cm x 8 cm x 1,27 cm di spessore stoppino 8, 90 ml era sufficiente per assorbire completamente lo stoppino con due 60 ml siringhe mentre per un 10 cm x 10 cm x 1,27 cm di spessore stoppino, 120 ml è risultato essere sufficiente.
- Posizionare con cura lo stoppino piatto combustibile imbevuti di carburante / solido nel supporto combustibile-stoppino. Controllare la planarità della superficie stoppino carburante con un indicatore di angolazione.
- Aprire il software bilancio di massa e controllare le impostazioni con interfaccia USB. Controllare il bilancio di massa e notare la sua lettura prima della prova.
4. Gli esperimenti eseguiti in un laboratorio di combustione o fuoco
- Garantire la corretta ventilazione del impianto sperimentale accendendo il gas di scarico dopo aver completato ogni serie di esperimenti. Exhaust dovrebbe essere come minimo o isolato possibile durante gli esperimenti per aiutare eliminare i disturbi di flusso.
- Prima che un campione viene acceso, calibrare la fotocamera digitale vista laterale prendendo una foto di un foglio di carta millimetrata o righello che è allineato lungo l'asse centrale della superficie del combustibile. Ottenere un conteggio medio pixel / mm dalle immagini di calibrazione. Utilizzare questo valore di pixel / mm durante la post-elaborazione delle immagini (per impostare la scala di misura in ImageJ).
- Accendere il combustibile con una torcia a propano, momentaneamente toccarla per uno stoppino combustibile liquido e passando la fiamma uniformemente sulla superficie per 50-60 sec con un combustibile solido.
- Ora di inizio sperimentale subito dopo l'accensione uniforme. Utilizzare un cronometro per indicare il tempo di combustione.
- Premere il tasto di acquisizione dati sul software bilancio di massa.
- Monitorare la perdita di massa dello stoppino che brucia in un intervallo di tempo e scrivere in un file di misura. Utilizzare il software bilancio di massa per la gIven scopo.
- Ripetere i punti da 4.3 a 4.6 per test multipli alle stesse condizioni per garantire la ripetibilità.
- Utilizzare la perdita di massa rispetto alla curva tempo per determinare il regime bruciore costante, in cui una misura lineare della perdita di massa ha un alto valore R 2.
- Per i combustibili solidi instabili, bruciare i campioni in incrementi di 50 sec dalla accensione a burnout per misurare la regressione della superficie (ad esempio, per 50 sec, 100 sec, 150 sec, etc.).
- Cut bruciato combustibili solidi lungo la linea centrale dopo il raffreddamento per i test di regressione.
- Prendere vista laterale fotografie di combustibili solidi taglio e carico in ImageJ. Misurare la regressione in posizioni streamwise convertendo pixel a cm con un righello. Procedura passo passo per elaborare una data immagine in ImageJ è elencato di seguito.
- Aperto vista laterale fotografia del campione combustibile solido in ImageJ tramite Selezionare File → Apri immagine.
- Aprire l'immagine di calibrazione (con righello) del campione combustibile solido in ImageJvia Selezionare File → Apri Calibrazione immagine.
- Impilare fino l'immagine campione combustibile solido immagine di calibrazione e. Vai a Immagine → → Stacks Immagini di impilare.
- Imposta scala di misurazione: tracciare una linea tra due punti di distanza nota come un righello sulla fotografia. Vai a Analizzare → Set Scala. Nella finestra Imposta Scala la lunghezza della linea, in pixel, viene visualizzato. Digitare la distanza nota e unità di misura nelle caselle appropriate e fare clic su OK.
- Disegnare una nuova linea e verificare che la scala di misura è corretta.
- Misurare la distanza tra due punti nel dato fotografia del campione: Tracciare una linea tra due punti. La barra di stato mostra l'angolo (da orizzontale) e la lunghezza. Analizzare → Misura (o Ctrl + M o semplicemente digitare sulla tastiera M) trasferisce i valori di una finestra di dati.
- Misurare la regressione in ogni postazione streamwise x misurando lo spessore del campione burn-out e sottraendo dal iSpessore nitial del campione.
- Nota l'intervallo di tempo nel quale la superficie di combustibili solidi rimangono circa piatto e utilizzare per la mappatura della temperatura, o regolazioni di posizioni termocoppia effettuate per compensare per la regressione di superficie.
- Impostare l'intervallo di temperatura di mappatura per catturare le misurazioni durante il regime di masterizzazione costante, circa 150 sec per PMMA solido e 400 sec per stoppini liquido-impregnati. Impostare l'intervallo di mappatura di temperatura in base all'intervallo di tempo combustione costante di combustibili liquidi e solidi. Una dimensione passo consigliato in prossimità della superficie è 0,25 millimetri 4-6.
- Allineate accuratamente un micro termocoppia con la superficie del combustibile utilizzando un Unislide XY. Posizionare la data di termocoppia al centro della larghezza del campione.
- Spostare il micro termocoppia attenzione il bordo anteriore dello stoppino del combustibile attraverso la Unislide XY.
- Eseguire un programma di acquisizione dei dati su un computer e leggere l'algoritmo di scansione di rete da una cartella sul desktop.
Nota: Una volta che l'esperimento è in corso, la raccolta dei dati è automatica, e l'utente deve solo sorvegliare per assicurarsi che l'esperimento sta andando come previsto. - Utilizzando un programma di acquisizione dati su un computer, acquisire dati e scrivere in un file di misura. Nota, frequenze di campionamento di 100 4-5 di 500 Hz 6 sono stati utilizzati in esperimenti precedenti.
- Al termine, spegnere la fiamma. Spegnere il controller PWM e staccare la spina di alimentazione della ventola dal 3 fasi 240 VAC presa di corrente.
- Spegnere il controller del motore passo-passo.
- Ripetere i passaggi 4,12-4,18 per ulteriori esperimenti in condizioni di flusso simili o diversi con lo stesso termocoppia. Un minimo di 5 test deve essere ripetuto per ogni data condizione di flusso (ad esempio, velocità di flusso forzato o orientamento verticale).
- Ripetere i passaggi 4,12-4,18 per un 75 micron micro termocoppia. Traverse due termocoppie (50 micron e 75 micron filo di diametro) lungo il same percorso al centro della fiamma per correzioni radiazione accurati. termocoppie più piccole potrebbe anche essere utilizzato, tuttavia la rottura spesso si è verificato per i fili inferiori a 50 micron.
Analisi 5. I dati
- Leggere i dati elaborati dal file LVM in Matlab o altri software di analitica.
- Calcolare la media dei dati di temperatura in ogni punto spaziale dal test diversi.
- Calcolare una correzione radiazioni dai dati medi termocoppia in ogni postazione streamwise, seguendo la correlazione di Collis e Williams 10 descritto in dettaglio nel seguito.
- Calcolare le misure di temperatura compensato aggiungendo la correzione di radiazione per i dati di temperatura grezzi.
- Non Dimensionalizzano i dati di temperatura e la posizione spaziale.
- Montare i dati di temperatura non dimensionali in superficie carburante con un ordine superiore polinomiale appropriato utilizzando una curva algoritmo di forma in Matlab o altri software dedicato. Da 4 a 6 punti in prossimità della superficiesono stati trovati a lavorare bene in studi precedenti 4-6.
- Calcolare i gradienti di temperatura adimensionali normali alla superficie combustibile dalla pendenza della ordine superiore polinomiale per la distribuzione della temperatura non-dimensionale alla superficie del combustibile (y = 0).
- Calcolare la velocità di combustione di massa locale dal corrispondente gradiente di temperatura adimensionale locale sulla superficie del carburante utilizzando una correlazione teorica basata sull'analogia Reynolds 4.
- Calcolare il flusso di calore convettivo dal gradiente di temperatura sulla superficie del 5-6 carburante.
Representative Results
Gli esperimenti sono stati condotti sia in configurazione verticale ed una galleria del vento orizzontale unica all'Università del Maryland, mostrato in Figura 1. Invece di un pull tradizionale o chiuso galleria del ritorno del vento, la galleria del vento presso l'Università del Maryland utilizza una variabile velocità della ventola per pressurizzare un plenum cm 100 x 75 x 100 che guida il flusso d'aria su un condotto all'estremità opposta. Questa configurazione consente esperimenti di combustione continui come il fumo non è ri-circolare, la galleria del vento non sia danneggiato o influenzato dal fuoco e termocoppie sono in grado di muoversi liberamente in tutta la sezione di campionamento. Il condotto di uscita costituito da un 122 cm, sezione convergente larghezza 30,5 cm collegato al plenum. Per raddrizzare il flusso e ridurre l'intensità di turbolenza in arrivo, schermi a maglia fine sono poste all'ingresso e all'uscita della sezione convergente e 5 cm di spessore con nido d'ape 0,3 cm fori èlocale 110 cm monte dall'uscita del tunnel. La velocità del flusso in uscita dal tunnel del vento viene controllata variando la velocità della ventola con un Pulse Width Modulation (PWM) campioni controller e carburante sono posti all'uscita del tunnel, in cui le velocità di flusso sono stati controllati mediante l'uso di un anemometro hotwire.
campioni di carburante allo sbocco della galleria del vento sono stati collocati in cima ad una cella di carico che misura costantemente la perdita di massa del campione nel tempo. Per evitare disturbi del vento alla cella di carico, il campione è stato elevato su un foglio di alluminio (30,5 x 61,0 cm x 1,5 mm di spessore) da due staffe a U e circondato da 1,27 cm nobilitato spessore isolante in fibra ceramica per garantire una superficie liscia attorno al campione che brucia. La superficie superiore della tavola è stata rivestita con una vernice nera opaca alta temperatura con una emissività circa il 98% per garantire un buon contesto per osservare visivamente la fiamma e per sigillare l'isolamentoche contiene anche leganti organici. Poiché il pannello isolante presenta un corpo relativamente smussato al flusso in entrata, ponendo la configurazione campione direttamente nella presa della galleria del vento ha determinato la separazione di flusso e la turbolenza significativa osservata in fiamme. Precedente lavoro di Ha et al. Pensa che fissare una piastra di estensione della sezione anteriore del campione di carburante impedito questa separazione di flusso e garantire un profilo di flusso laminare in entrata al campione. A 10 cm di larghezza 40,6 cm lungo e sottile, labbra, metallo era quindi montato dal bordo del campione alla presa della galleria del vento, fornendo una fiamma a diffusione laminare che alla fine è risultato corrispondere teoria 7 esistente.
Nei test combustibili liquidi è stato necessario uno stoppino noncombustible porosa. A 10 cm x 10 cm x 1,27 cm di spessore foglio di alcalino lana silicati è stato selezionato per esperimenti di flusso forzato a causa della sua elevata porosità e bassa conducibilità termica. Io norder per evitare perdite di combustibile dal campione, colla silicato di sodio è stato utilizzato per applicare un foglio di alluminio per tutti tranne la faccia anteriore. Il campione è stato anche "cotto 'per rimuovere leganti organici passando una fiamma ossidrica sul campione per circa 20 minuti, a quel punto la fiamma cambiato dal giallo al blu (che indica la rimozione di leganti dal campione). Durante il test, stoppini erano bagnato con circa 120 ml di combustibile liquido (etanolo o metanolo) che è risultato essere il punto di saturazione per 10 cm di larghezza stoppini.
La velocità di combustione massa del combustibile è stata determinata misurando la massa persa dal campione nel tempo durante la combustione ad una velocità di 1 Hz. La configurazione di esempio è stata sostenuta nel corso di un bilancio di massa di precisione con una capacità massima di 32,2 kg e una risoluzione di 0,1 g, abbastanza bene per misurare il tasso di perdita di massa con alta precisione. Dopo l'accensione del campione da una fiamma ossidrica, il tasso di perdita di massa del condensed carburante aumenta in funzione del tempo, fino a raggiungere una velocità costante che svanisce casualmente verso la fine del test come il combustibile brucia. Questa regione "fisso", dove l'evaporazione del combustibile anziché diffusione attraverso lo stoppino domina brucia, è la regione di interesse in cui viene campionato dati. Per uno stoppino liquido, campioni sono stati trovati a bruciare con un tasso di perdita di massa costante per circa 400 secondi, a circa la metà 80% di un test. Tutte le tariffe di masterizzazione presentati sono medie di almeno sei prove ripetute a determinate condizioni, dove la ripetibilità delle misure sono risultate entro 1,2% della media.
Per il test di un campione combustibile solido, polimetilmetacrilato (PMMA) è stato selezionato come brucia relativamente costante e non fa char. Per accendere il campione, una fiamma ossidrica è stata passata sopra la superficie del campione per 50-60 secondi, a quel punto l'intera superficie è stata uniformemente accesa. Perché ilcampione di carburante era piccola ei risultati sperimentali trovati per essere molto ripetibile, il metodo è stato ritenuto sufficiente per l'accensione. A differenza dei combustibili liquidi imbevuti in uno stoppino noncombustible, combustibili solidi regrediscono in funzione del tempo e sono quindi mai raggiungere veramente un regime costante. Invece, primi tempi di combustione sono stati scelti da campionare in cui il combustibile rimasto relativamente piatta, sperimentalmente determinato a verificarsi durante i primi 150 sec dopo l'accensione.
Per entrambi i combustibili liquidi e solidi, temperature sulla superficie del combustibile sono stati mappati in fase gassosa mediante termocoppie fine-wire. Per PMMA, temperature sono state campionate a 6 punti sopra la superficie partendo dallo strato fuso nella fase gassosa a 0.25 mm intervalli (per prove convezione forzata). Per i combustibili liquidi, queste misure sono state effettuate dallo strato sottile di combustibile in superficie ad 6 punti alla stessa risoluzione. Questi profili sono state prese a 12 sedi di Along la lunghezza della superficie di combustibile, a circa 400 secondi di accensione per campioni liquidi ed entro 150 sec per PMMA.
Le misure di temperatura sopra sono state effettuate utilizzando R-tipo Pt / Pt-13% Rh micro termocoppie (punto saldato) con due diametri di filo, 50 micron (0,002 in) e 75 micron (0,003 in) aventi diametri branello di circa 100 um e 150 micron, rispettivamente. La dimensione delle termocoppie stato scelto in modo che la termocoppia era più piccolo possibile, senza rotture ricorrenti (per minimizzare correzioni radiazione necessaria), tuttavia alcune correzioni radiazioni sono ancora necessarie. Utilizzando due termocoppie di diverso diametro sono stati scelti per determinare meglio una correzione radiazione appropriata (descritto più avanti). termocoppie Micro stati poi attraversate utilizzando un set di unislides XY controllati dal computer con una risoluzione spaziale massima di 1,5 micron. Segnali di tensione sono stati poi stati ACQuired, condizionata e digitalizzati tramite un modulo di acquisizione dati nominale fino a 0,02 ° C sensibilità di misura. LabVIEW è stato utilizzato per sincronizzare il movimento di entrambi i 50 micron e 75 micron termocoppie filo diametro con misurazione della temperatura sul campione.
Per determinare una correzione radiazione relativamente accurato, le due grandezze termocoppia descritti sono stati attraversati sulla stessa posizione durante prove ripetute. La correlazione di Collis e Williams è stato applicato per le perdite di calore dal campione 5-6,8,
(1)
dove Nu è il numero di Nusselt e Re = Ud w / v è il numero di Reynolds, che è stato ottenuto per 0.02 <Re <44, con proprietà valutatoalla temperatura di film, Τ m, una media del gas, Τ g, e termocoppia, T si temperature tc. Qui, il numero di Reynolds Re è definito come indicato per la velocità di flusso del gas locale U e viscosità cinematica v. D w in Eq. (1) rappresenta il diametro del filo della termocoppia.
Per misure di stato stazionario, come nel caso qui descritto, un bilancio energetico sulla giunzione di termocoppia riduce al bilancio termico convettivo radiativo (trascurando errori dovuti alla conduzione e effetti catalitici), in
(2)
60; (3)
dove Τ g è la temperatura reale del gas, Τ tc è la giunzione di termocoppia (o tallone) temperatura, Τ surr è la temperatura dell'ambiente circostante, ε tc è l'emissività della giunzione di termocoppia, σ è la Stefan-Boltzmann costante e h è la convettivo coefficiente di scambio termico del flusso sopra la giunzione di termocoppia definita come h = k Nu / d. k è la conducibilità termica del gas, Nu è il numero di Nusselt, e d è il diametro del filo della termocoppia. La scelta del numero di Nusselt di correlazione è di fondamentale importanza nel calcolo una correzione radiazione alla temperatura della termocoppia misurata perché, come mostrato in Eq. (3), la correzione radiazione è inversamente proporzionale al numero di Nusselt. Questa scelta è complicato, tuttavia, a causa della EXI stence di più "appropriati" Nusselt numero correlazioni e la difficoltà nella stima delle proprietà della miscela di gas che circondano la termocoppia, in particolare la sua conduttività termica. La maggior parte delle prove in letteratura, tuttavia, indica chiaramente che una correlazione numero di Nusselt cilindrica è più appropriato per descrivere il trasferimento di calore convettivo a quasi tutti termocoppie pratici 5-6, preferibilmente quella di Collis e Williams 8.
Il numero di correlazione Nusselt deve essere sostituita in uno stato stazionario convettivo radiativo equilibrio (equazione 3) e trascurando la dipendenza temperatura piccolo, un sistema di due equazioni con due incognite (cioè Τ ge U) sono formate,
(4)
(5)
Le equazioni (4) e (5) deve essere risolto iterativamente in ogni punto, poiché conducibilità in fase gas e viscosità cinematica sono sia una funzione della temperatura. La temperatura tallone dovrebbe essere usato come la prima iterazione della temperatura dei gas di valutare la conducibilità termica e viscosità cinematica, con il valore iterativo nuovamente taken fino bassi errori vengono avvicinati. Quando risolvendo le equazioni, sembra che la correzione radiazione (cioè, la differenza tra la lettura termocoppia e la temperatura effettiva) aumenta per termocoppie diametro maggiore e si riduce con l'aumentare della velocità di flusso sopra il tallone. D w 1 e d w 2 nelle eq . (4) e (5) reprisentirsi i diametri di filo termocoppia utilizzate nel nostro studio.
L'emissività del tallone (ε tc) si possono trovare anche in funzione della temperatura mediante un metodo descritto da Jakob 9. Nella sua analisi, Jakob risolve equazioni delle onde di Maxwell per i complessi indici di rifrazione su una superficie metallica in funzione della sua resistività elettrica. Un presupposto è presa nel limite di bassa resistività e grandi indici di rifrazione, che vale per metalli, ottenendo una semplice correlazione per l'emissività totale emisferica di platino (Pt) come,
(6)
dove, per il platino, r e r ≈ e, 273 T / 273, con T in K e r e, 273 <em> = 11x10 -6 Ω-cm.
Pertanto, l'emissività platino diventa 5-6
(7)
per 0 <T <2.330 K. L'emissività del cordone termocoppia o giunzione, come appare in Eq. (4) e (5) può quindi essere valutata utilizzando l'espressione sopra. Un'iterazione non è necessario per eq. (6) e (7) perché il valore reale della temperatura tallone è noto, solo la temperatura del gas e la velocità nelle eq. (4) e (5) devono essere risolti in modo iterativo.
Durante gli esperimenti, due termocoppie sono attraversati esattamente gli stessi punti di misurazione e dati sono stati campionati per spiegare la correzione radiazione nelle misure di temperatura. Le correzioni applicate come risultato of iterazione eq. (4) e (5) erano piccole, ad esempio solo +79 K per i 50 micron filo diametro termocoppia 1.700 K e meno di 5 K vicino alla superficie del carburante 6. Poiché le termocoppie anche regioni trasversali di alta temperatura gradienti considerazione delle perdite di conduzione attraverso il filo deve essere considerato, tuttavia a causa delle piccole aree delle sezioni trasversali dei fili della termocoppia, tali errori sono stati calcolati essere <1%, quindi nessuna correzione fosse necessario 5-6.
Con la superficie del combustibile posizionato al centro del flusso d'aria all'uscita della galleria del vento, un facile accesso alla superficie del combustibile è stata prevista micro termocoppia e misurazioni anemometro a filo caldo. Durante corre a freddo di flusso della galleria del vento (nessuna combustione) la velocità della corrente libera, U ∞ della galleria del vento è stato calibrato utilizzando un anemometro a filo caldo, che campionato ad una frequenza di 50.000 campioni / sec per un totale duration di 10 secondi per punto. Il profilo di velocità lungo la presa dell'intero tunnel stata presa, rivelando che una spina costante flusso proveniente dal centro della uscita tunnel. Ciò è previsto per un canale quadrata come l'uscita della nostra galleria del vento. Precedenti misurazioni di Sforza et al. 10 hanno dimostrato che il potenziale lunghezza dei fili di un getto quadrata con numero di Reynolds Re d tra 2,6 e 8,8 x 10 4 dovrebbe essere di circa 5 d valle dell'uscita, dove d è l'altezza del canale. Per d = 30,48 cm, la larghezza della presa galleria del vento, Re d è compreso tra 1,5 x 10 4 e 3,9 x 10 4 significato campione rimane entro 1 d (20 cm) di uscita tunnel. La ripetibilità di queste misure è entro il 3% della media.
Le temperature sono state misurate sulla superficie di un foglio acceso di 10 cm x 10 cm x 1,27cm PMMA posizionato all'uscita di una galleria del vento operante a U ∞ = 0,79 m / sec e 2,06 m / sec. Le procedure di cui sopra sono stati usati per acquisire misure di temperatura, che erano non-dimensionalized in termini di lunghezza normale y * = y / L e la temperatura, T * = (T - T w, p / T fl, annuncio - T w, p) , dove Τ w, p e Τ fl, annunci rappresentano il muro e temperature di fiamma adiabatica, rispettivamente, per un dato carburante, y posizione normale alla superficie del combustibile dove la temperatura viene misurata e L la lunghezza della superficie del combustibile. La temperatura adimensionale gradienti normale alla superficie sono stati poi calcolati, (∂ T * / ∂ y *) y * = 0 montando un polinomio quinto ordine alle temperature adimensionali ed estraendo la pendenza della superficie del combustibile, y * = 0.
Figura 2 (a) mostra questi gradienti di temperatura non dimensionali lungo la lunghezza della superficie di combustibile. Sono chiaramente più alto all'avanguardia della superficie del combustibile, in cui la fiamma è più vicino alla superficie del combustibile, e diminuiscono verso il bordo d'uscita (x = 100 mm), in cui la fiamma è più lontano dalla superficie del combustibile. I gradienti di temperatura non dimensionali possono essere utilizzati per determinare il tasso di massa a legna locale applicando la correlazione 4,6,
(8)
dove B è il numero di trasferimento di massa del combustibile proposta, k w la conducibilità termica dell'aria valutata alla temperatura di parete, c p il calore specifico dell'aria valutata ad una temperatura adiabatica di fiamma del combustibile, e L </ Em> la lunghezza della superficie di combustibile pyrolyzing. Il tasso di massa brucia locale è poi trovato variare in modo simile ai gradienti di temperatura adimensionali, illustrata in figura 2 (b).
A differenza dei combustibili liquidi, per PMMA il tasso di massa che brucia locale può anche essere approssimata a posteriori, misurando la regressione della superficie locale su intervalli di tempo fissi 2,11. campioni PMMA sono state bruciate in condizioni rappresentative per periodi di tempo a partire da 50 sec e aumentando a intervalli di 50 sec seguiti da estinzione del campione. La portata massica pirolisi per PMMA è calcolato in ciascuna posizione x lungo l'asse di simmetria centrale utilizzando un primo ordine di approssimazione in Pizzo et al. 11, discusso nella letteratura altrove 4-6. Una densità media di PMMA, ρ s = 1,190 kg / m 3 è stato utilizzato insieme con regressione superficie misurata lungo la superficie carburantearrivare a tassi di perdita di massa durante ogni intervallo di 50 sec lungo la lunghezza del campione di carburante. Anche se un passo più breve tempo sarebbe auspicabile, errori di misura rendono diventa impraticabile quando passi temporali sono meno di 50 sec 5.
Per confrontare i tassi di perdita di massa locali di termocoppie con quelli provenienti da profili di regressione, i dati dai tempi di burnout di carburante di 100 e 150 secondi sono stati usati per confrontare le velocità di combustione di massa locali mostrati in figura 2 (b). Questi tempi corrispondono a circa lo stesso tempo sono state prese queste misure. Come si vede nella figura, entrambi i metodi di misurazione della velocità di combustione di massa locale appaiono molto vicini l'uno all'altro, suggerendo la metodologia funziona bene per questi tipi di fiamme.
Per fiamme convezione dominata, come questi piccoli, quelli laminari, gradienti di temperatura in superficie del carburante può essere utilizzato anche per estrarre conflussi di calore vezione come sono, in sostanza, direttamente collegate al gradiente di temperatura sulla superficie. Utilizzando tassi di perdita di massa misurati, componenti del flusso di calore della fiamma possono essere estratti lungo la zona di pirolisi. Utilizzando diverse approssimazioni al bilancio termico sulla superficie del combustibile, indicato in letteratura altrove 2-3, questi componenti possono essere determinati sulla superficie di una lastra di combustione di PMMA. Figura 3 mostra questo risultato, una fiamma PMMA stabilizzato con una connessione ambient velocità -stream di U ∞ = 2.06 m / sec. La tecnica può quindi essere estremamente utile per valutare diverse misure per descrivere la combustione di piccoli campioni di combustibili, portando ad una maggiore comprensione del processo di combustione, in particolare il rapporto tra la fase solida e gas.
Figura 1. Esperimentoal programma di installazione. (a) Schema del setup sperimentale utilizzato per misurare i tassi di perdita di massa e profili di temperatura nel corso di un a convezione forzata fiamma strato limite di diffusione. (B) messa a punto sperimentale per lo studio di confine fiamme strato di diffusione sotto flusso forzato. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 2. Gradiente di temperatura e velocità di combustione locali Risultati. (A) Variazione delle normali gradienti di temperatura non dimensionali lungo la superficie del carburante per uno strato limite di diffusione di fiamma PMMA a U ∞ = 0,79 m / sec e 2,06 m / sec, rispettivamente. (B) Variazione dei tassi di massa che brucia locali per diffusi PMMA strato limiteil fuoco a diverse condizioni di assenza di flusso. Velocità di combustione di massa locali ottenuti attraverso gradienti di temperatura non dimensioni è confrontati con i dati sperimentali ottenuti tramite la regressione della superficie PMMA. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Figura 3. Heat Flux Risultati sotto forzata del flusso. Distribuzione delle varie componenti del flusso di calore fiamme nella zona di pirolisi per uno strato limite di diffusione di fiamma PMMA a U ∞ = 2.06 m / sec. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.
Discussion
Lo scopo di questa indagine è stato quello di sviluppare una nuova metodologia per la stima della velocità di combustione di massa locali sia per i combustibili liquidi e solidi sotto una varietà di condizioni di flusso del campo. Lo studio ha preso in esame due casi, un libero di convezione strato limite di diffusione della fiamma e convezione forzata contorno fiamme strato di diffusione stabilite in diverse condizioni di corrente libera, usando combustibili sia liquidi che solidi.
velocità di combustione locali misurati tramite misure di termocoppia messa a filo su entrambe le stoppini di carburante imbevuti di liquidi e su lastre solide di PMMA che corrispondono alla altri mezzi di stima, vale a dire le misure di regressione di carburante. Questi gradienti di temperatura in prossimità della superficie del carburante sono stati determinati utilizzando una correlazione basata su l'analogia Reynolds 12-13 che, pur richiedendo costante, la combustione laminare, ha lavorato molto bene per i campioni di piccole dimensioni, che si traduce in dati all'interno di accuratezza del 15% per i risultati medi e molto altro di più per measurem localiEnt 4-6. Il fattore di correlazione per queste misurazioni tasso di perdita di massa locali dipende dal numero di trasferimento di massa Spalding del combustibile rappresentante e altre proprietà termofisiche del combustibile che può essere calcolata a priori. I risultati suggeriscono che questa tecnica può essere utile per estrarre questi quantitativi e comprendere la combustione di combustibili piccole dimensioni in maggior dettaglio in futuro.
Altri studi in letteratura hanno ampliato il lavoro rappresentante qui incorporando simulazioni numeriche 4 ed esperimenti su campioni verticalmente orientate, che brucia liberamente 4,5, ed i campioni in orizzontale montati sotto i venti ambiente 6. Per tali configurazioni, componenti di flussi di calore sono anche stati determinati localmente sulla superficie del combustibile con la stessa tecnica termocoppia a filo sottile molto vicino alla superficie del combustibile condensato. Mentre i componenti del flusso di calore sono stati misurati in passato utilizzando calibri incorporati, thitecnica s è minimamente invasiva e offre la misura diretta dei flussi di calore convettivo, che non è stato possibile prima.
Particolare attenzione deve essere assunto durante gli esperimenti nella scelta di configurazioni e l'installazione degli apparecchi specifici. In questi esperimenti, termocoppie scelti per passo 3.2 sporgeva da un piccolo tubo ceramico, mantenendo la tensione sul filo e rendendo la posizione della termocoppia relativamente fisso. Utilizzando un filo della termocoppia sospesa su tutta la fiamma senza un tubo ridurrebbe eventuali disturbi dal tubo ceramico, tuttavia renderebbe localizzare la posizione specifica della termocoppia molto più variabili come il filo tende ad espandersi con temperature crescenti. Talvolta cambiamenti nella configurazione potrebbero indurre effetti sulla larghezza del campione (per esempio di inclinare il campione). Se l'impostazione viene modificata da quelli studiati in passato 4-6, attorno passo 4.14 controlli saltuari che il mea temperatura di fiammamisura- sulla larghezza del campione non mostrano variazioni significative dovrebbe essere presa (cioè un'assunzione 2-D tiene ancora). In caso contrario, un sistema di mappatura 3-D dovrà essere attuato.
Le fasi più critiche durante l'esecuzione degli esperimenti hanno a che fare con la preparazione del combustibile e il corretto uso di termocoppie. Anche piccole deviazioni nel posizionamento delle termocoppie potrebbero causare errori, quindi la cura deve essere posta nel posizionamento della termocoppia in passi 3.2, 4.13 e 4.14. Lo stoppino di carburante deve essere posizionato in modo che come piatto una superficie il più possibile è mantenuto (passo 2.1) e tutto il materiale di riempimento deve essere cotto di stoppini (passo 2.1.1).
Il sistema di scarico, attivato nel passo 4.1 dovrebbe essere mantenuto il più minimo o isolato il più possibile vicino al esperimento per contribuire ad eliminare i disturbi di flusso. Questo deve essere controllato, garantendo una piccola candela non è saltato in cui la prova si svolgerà (senza vento). Diaframmi, schermi, Un'installazione chiusa separata o test in un grande spazio può essere utilizzato per realizzare questo. Nel passo 4.2, il combustibile solido deve essere acceso più uniforme possibile. Mentre la torcia a propano non è la fonte più ideale per fare questo, esperimenti non sono stati trovati per essere sensibile alla fonte di accensione in lavori precedenti 4-6. Sensibilità alla fonte di accensione deve essere documentata durante gli esperimenti variando il tempo o l'intensità di esposizione e osservando i risultati sul velocità di combustione di massa costante. Se si osserva la sensibilità di un pannello radiante dovrebbe essere alternativamente utilizzato per innescare campioni. Combustibili solidi, o il carburante che non ha un grande (> 300 sec) costante regione che brucia come osservato dai tassi di perdita di massa dovrebbe avere la mappatura temperatura rilevata nel corso di una breve regione. Ad esempio, nel passo 4.13 si consiglia la mappatura per PMMA essere ripreso il primo 150 sec, mentre il combustibile è ancora relativamente piatta e regressione superficie è stata ben documentata. misure di regressione della superficie possono utilizzare ImageJ o altri software di immagine simile a misurare pixel sulle fotografie e convertire in lunghezza. In alternativa, un micrometro digitale può essere utilizzato per misurare la regressione superficie della piastra solido dopo si raffredda (notare la superficie di materiali "ribollimento" come PMMA deve essere carteggiato prima).
La correlazione velocità di combustione proposto si basa su ipotesi laminari, tuttavia, si ipotizza che questa tecnica dovrebbe seguire una forma simile per combustione turbolenta di una superficie di carburante, anche se con una relazione funzionale modificata che deve essere determinato sperimentalmente. Il lavoro qui presentato può essere successivamente estesa a turbolento combustione strato limite e le interazioni associate tra turbolenze e rilascio di calore in fase gassosa che guidano il flusso di calore incidente alla superficie combustibile può essere ulteriormente approfondito.
La teoria sulla quale si basa la correlazione velocità di combustione trascura anche radiazioni. La teoria è semplificato eccessivamente leading di incertezza nelle sue capacità predittive, in circostanze che non sono coperti dal presente lavoro. Per esempio, la metodologia proposta non può funzionare per alta fiamme fuliggine dove il flusso di calore verso la superficie è in gran parte radiante. Per le grandi fiamme parete turbolente, dove il flusso di calore radiante alla superficie combustibile condensato è alto, la correlazione velocità di combustione proposto può o non può funzionare. L'inclusione di effetti delle radiazioni in correlazione proposta è, dunque, la ricerca desiderabile e in seguito deve essere intrapresa per determinare questa relazione funzionale. Questa zona richiede il miglioramento della modella Se metodi di previsione sicuri devono essere raggiunti per tali fiamme.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Thermocouples with connectors and clamps | |||
| Unsheathed Fine Gauge T/C | P13R-002 | Omega Engineering, Inc. | Fine wire microthermocouples (R-type) |
| Unsheathed Fine Gauge T/C | P13R-003 | Omega Engineering, Inc. | Fine wire microthermocouples (R-type) |
| Ceramic 2 hole round - 5 pk | TRX-010364-6 | Omega Engineering, Inc. | Ceramic tubes to hold the fine wire thermocouples |
| Thermocouple extension wire | EXTT-RS-24-100 | Omega Engineering, Inc. | Thermocouple extension wire |
| Male Female Connectors | SHX-R/S-MF | Omega Engineering, Inc. | Connectors for R-type thermocouples |
| Accessories | MSRT-116-10 | Omega Engineering, Inc. | Rubber tubes for maintaining grip for the ceramic tubes at the connectors's end |
| Traverse mechanism | |||
| X slide, travel = 10 inch, 0.025 in/rev, limits, NEMA 17 | XN10-0100-E25-71 | Velmex Inc. | Velmex unislide |
| Vexta type 17, 1.8 deg/step 2phase, single shaft stepper motor | PK245-01AA | Velmex Inc. | Stepper motor |
| Mounting cleat, standard using 6-32 bolts | XMC-2 | Velmex Inc. | Mounting accessories for the given Velmex unislide |
| 6-32 x 7/16 SH Cap Screw for Xslide in X & Y axis | XMB-1 | Velmex Inc. | Mounting accessories for the given Velmex unislide |
| X slide, travel = 10 inch, 0.025 in/rev, limits, NEMA 17 | XN10-0100-E25-71 | Velmex Inc. | Velmex unislide |
| Vexta type 17, 1.8 deg/step 2phase, single shaft stepper motor | PK245-01AA | Velmex Inc. | Stepper motor |
| Mounting cleat, standard using 6-32 bolts | XMC-2 | Velmex Inc. | Mounting accessories for the given Velmex unislide |
| 6-32 x 7/16 SH Cap Screw for Xslide in X & Y axis | XMB-1 | Velmex Inc. | Mounting accessories for the given Velmex unislide |
| Control, 2 Axis programmable stepping motor control, 1 motor at a time | VXM-2 | Velmex Inc. | Stepper motor controller |
| USB to RS232 DB9 Serial Communication cable 10 ft | RPC-USB-RS232-3M | Velmex Inc. | Serial communication cable between the stepper motor controller and computer |
| Data acquisition hardware | |||
| NI 9214 16-Ch Isothermal TC, 24-bit C Series Module for high accuracy thermocouple measurements (includes terminal block) | 781510-01 | National Instruments | Thermocouple data acquistion card |
| Power Cord, AC, U.S., 120 VAC, 2.3 meters | 763000-01 | National Instruments | Power cord for the 8 slot C-DAQ chassis |
| cDAQ-9178, CompactDAQ chassis (8 slot USB) | 781156-01 | National Instruments | C-DAQ chassis for NI 9214 and NI 9239 |
| EMI Suppression Ferrite for NI 9229/39 BNC | 782801-01 | National Instruments | Accessories for NI 9239 data acquistion card |
| NI 9239 BNC, 4-Ch +/-10 V, 50 kS/s per channel | 780181-01 | National Instruments | Data acquistion card for hot wire anemometer system |
| cDAQ-9171, CompactDAQ chassis (1 slot USB) | 781425-01 | National Instruments | C-DAQ chassis for NI 9214 |
| Cameras | |||
| Nikon D7100 24.1 MP DX-Format CMOS Digital SLR with 18-105 mm f/3.5-5.6 AF-S DX VR ED Nikkor Lens | Nikon D7100 | Amazon | Digital SLR camera for taking top-view flame photographs |
| Canon EOS Rebel T5 DSLR CMOS Digital SLR Camera and DIGIC Imaging with EF-S 18-55 mm f/3.5-5.6 IS Lens | Canon EOS Rebel T5 DSLR | Amazon | Digital SLR camera for taking side-view flame photographs |
| Mass balance | |||
| Mettler-Toledo, MS32001L Balance Prec 32,200 g x 0.1 g | 97035-654 | VWR | Precision electronic mass balance for measuring average mass burning rate |
| Mini CTA system | |||
| MiniCTA Anemometer Package for wire- and film-probes | 9054T0461 | Dantec Dynamics | Hot wire system for measuring velocities and turbulence intesity at the wind tunnel outlet |
| Wind tunnel equipment | |||
| 1/2 in. x 4 ft. x 8 ft. C-3 Whole Piece Birch Domestic Plywood | Model # 833185 | Home Depot | Used to make the laboratory scale wind tunnel |
| Woodgrain Millwork WM 206 11/16 in. x 11/16 in. x 96 in. Wood Pine Corner Moulding | Model # 109610 | Home Depot | Used to make the laboratory scale wind tunnel |
| Extension Spring, Loop Ends, 6.562" Overall Length, Pack of 6 | 1330K26 | McMaster-Carr | Used to make the laboratory scale wind tunnel |
| Strainer Grade Wire Cloth, 30x30 Mesh, 0.0130" wire diameter. 12"x12" sheet | 9241T41 | McMaster-Carr | Used to make the laboratory scale wind tunnel |
| Strainer Grade Wire Cloth, 40x40 Mesh, 0.0065" wire diameter. 12"x12" sheet | 9241T42 | McMaster-Carr | Used to make the laboratory scale wind tunnel |
| Mobile Lift Table Foot-Operated, 600# Capacity, 10" - 33" Table Height | 2791T22 | McMaster-Carr | Table to hold the experimental setup |
| ebm-papst p/n: G3G250-MW75-05 (EC Centrifugal blower, 200-240 V, 3-phase, 50/60 Hz, M3G112-EA motor, 2.2 kW) | G3G250-MW75-05 | Ebm papst | Blower for the wind tunnel |
| ebm-papst p/n: HX0C-003-000-04 (Controller) | HX0C-003-000-04 | Ebm papst | Pulse width modulation controller for controlling the speed of the blower |
| 8020 1” X 1” T-SLOTTED PROFILE | 8020-1010 | 80/20 (Rankin Automation) | Used to create a framework for the wind tunnel |
| Momentive/GE Silicone Sealant RTV108, 10.1-oz Cartridge, Semi-Clear | 7545A472 | McMaster Carr | Sealant for the wood |
| Software | |||
| LabVIEW | Contact vendor | National Instruments | Used for continuous temperature data acquistion and analysis. Alternatively used for positioning the thermocouple. |
| Mettler Toledo mass balance software | Contact vendor | Mettler Toledo | Used for measuring the mass loss rate of the condensed fuel wick / solid plate with time |
| ImageJ | Free download | NIH, http://imagej.nih.gov/ij/ | Used for measuring the flame standoff distance and surface regression of the solid fuel plate |
| Matlab | Contact vendor | Mathworks | Used for post-processing of data |
| Fortran 90/95 | Contact vendor | The Fortran company | Used for post-processing of data |
| Materials | |||
| Methanol | UMD Chem Store | NA | Liquid fuel |
| Ethanol | UMD Chem Store | NA | Liquid fuel |
| safety glasses | UMD Chem Store | NA | Used for safety purpose |
| spray bottle | UMD Chem Store | NA | Used for carrying water in case of emergency |
| Syringe 60 cc | UMD Chem Store | NA | Used for soaking the liquid fuel wick with liquid fuels |
| Optically Clear Cast Acrylic Sheet, 1/8" Thick, 24" x 48" | Mc master carr | 8560K262 | Solid fuel PMMA |
| Loctite Proxy Pak (Hi-temp adhesive) | Mc master carr | 7556A33 | Used for covering the sides of the wick with aluminum foil |
| Hi-Temp Aerosol Spray Paint (Black) | Mc master carr | 7832T1 | Used for painting the insulation |
| Self-Igniting Economy Propane Gas Torch Adjustable Flame, 4,179 Btu/hr | Mc master carr | 78245A3 | Propane torch for igniting the solid fuel plate |
| Heat-Resistant Cotton Glove W/Nitrile Coating, 400 Deg F Max Temp, 10" Lg, Large | Mc master carr | 56025T1 | Used for safety purpose |
| Modular Protective Screen with Tie-on Curtain, 6' Height x 4' Width Abrasion-Resistant Fiberglass | Mc master carr | 9145T84 | Fire-resistant curtain for the background |
| Multipurpose Aluminium Alloy 6061 .125" thick, 12" x 24" | Mc master carr | 89015K28 | Used for holding the insulation |
| Marine grade plywood 1/2" thick, 12" x 24" | Mc master carr | 1125T32 | Used for holding the experimental setup |
| Multipurpose Aluminium Alloy 6061 U-channel, 2" base x 1-1/4" legs, 1' length | Mc master carr | 1630T473 | Used for holding the aluminum plate, insulation and wick |
| Architectural Anodized Aluminium (Alloy 6063) 90 deg angle, 1/8" Thk, 1/2" x 1/2" legs, 6' L | Mc master carr | 4630T21 | Used for holding the aluminum plate, insulation and wick |
| Aluminium Inch T-Slotted Framing System Concealed 90 degree connector, for 1" extrusion | Mc master carr | 47065T155 | Used for holding the aluminum plate, insulation and wick |
| Aluminium Inch T-Slotted Framing System Extended 90 degree bracket, Single, 4 Hole, for 1" extrusion | Mc master carr | 47065T175 | Used for holding the aluminum plate, insulation and wick |
| Aluminium Inch T-Slotted Framing System Four-Slot single, 1" solid extrusion, 4' length | Mc master carr | 47065T101 | Used for holding the aluminum plate, insulation and wick |
| 1/2" x 48" x 36" (Superwool 607 insulation board) 1 carton containing 12 sheets | Mccormick Insulation | Superwool 607 | Insulation material for making the wick and the wick holder |
References
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- Pizzo, Y. Experimental observations on the steady-state burning rate of a vertically oriented PMMA slab. Combust. Flame. 152 (3), 451-460 (2008).
- Chilton, T. H., Colburn, A. P. Mass transfer (absorption) coefficients prediction from data on heat transfer and fluid friction. Ind. Eng. Chem. 26 (1), 1183-1187 (1934).
- Silver, R. Application of the Reynolds analogy to combustion of solid fuels. Nature. 165, 725-726 (1950).
