Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

منهجية تجريبية لتقدير محلي الحرارة تدفقاتها وحرق الأسعار ثابتة رقائقي الحدود النيران انتشار طبقة

Published: June 1, 2016 doi: 10.3791/54029
Automatic Translation
1, 1
1Department of Fire Protection Engineering, University of Maryland

Abstract

نمذجة السلوك حرق واقعية من الوقود المرحلة مكثف ظلت بعيدة المنال، وذلك جزئيا بسبب عدم القدرة على حل التفاعلات المعقدة التي تحدث في واجهة بين النيران طور الغاز وأنواع الوقود المرحلة مكثف. يوفر البحوث الحالية تقنية لاستكشاف العلاقة الدينامية بين احتراق سطح الوقود المكثف والغاز مرحلة النيران في طبقات الحدود الصفحي. وقد سبق أن أجريت التجارب في كل البيئات الحمل الحراري القسري وحرة على كل الوقود الصلبة والسائلة. منهجية فريدة من نوعها، على أساس القياس رينولدز، وكان يستخدم لتقدير معدلات حرق الاعلام المحلية وتدفقات حرارة اللهب لهذه الصفحي الحدود النيران طبقة نشر استخدام التدرجات درجة الحرارة المحلية على سطح الوقود. تم قياس معدلات حرق الاعلام المحلية والحمل الحراري والإشعاعي ردود الفعل الحرارة من النيران في كل من المناطق الانحلال الحراري وعمود باستخدام التدرجات درجة الحرارة المعينة بالقرب من الجدار من قبل ترافر اثنين من محورالنظام ذاته. هذه التجارب تستغرق وقتا طويلا ويمكن أن يكون تحديا لتصميم على سطح الوقود المكثف يحرق بشكل مطرد إلا لفترة محدودة من الزمن بعد اشتعال. لمحات درجة الحرارة بالقرب من سطح الوقود تحتاج ليتم تعيينها خلال حرق مستمر من سطح الوقود المكثف في قرار مكانية عالية جدا من أجل القبض على تقديرات معقولة من التدرجات درجة الحرارة المحلية. تصحيحات دقيقة للخسائر الحرارة الإشعاعية من المزدوجات الحرارية ضرورية لقياسات دقيقة أيضا. لهذه الأسباب، يحتاج الإعداد التجريبية كله ليكون آليا مع وجود آلية اجتياز الكمبيوتر التي تسيطر عليها، والقضاء على معظم الأخطاء بسبب تمركز الحرارية الصغيرة. مخطط من الخطوات لالتقاط بتكاثر التدرجات درجات الحرارة القريبة من الجدار واستخدامها لتقييم معدلات حرق وتدفقات الحرارة المحلية يتم توفيرها.

Introduction

في حين بذلت التطورات الهامة في مجال البحوث السلامة من الحرائق خلال القرن الماضي، وتوقع معدلات انتشار اللهب لا تزال تشكل تحديا لكثير من المواد في تشكيلات متنوعة. انتشار اللهب في كثير من الأحيان العائدات سواء في المناطق السكنية أو الطبيعية على شكل سلسلة من اشتعال النيران من العناصر الجديدة، المنبثقة من مصدر أولي للاشتعال. معرفة خصائص حرق المواد حرق الفردية أمر بالغ الأهمية من أجل التنبؤ هذه المعدلات من انتشار اللهب، لأن هذا يساهم في معدلات التسخين لعناصر unignited. ولذلك فقد تم استشهد معدل الحرارة اطلاق سراح (HRR) عنصر الوقود وكمية الأساسية في الأبحاث النار 1، يجري على قدم المساواة تقريبا لحرق (الكتلة خسارة) معدل استهلاك الوقود المرحلة مكثف، وهي نسبة تبخر وقود أو الانحلال الحراري معدل السائل من الوقود الصلب.

يمكن اعتبار معدل حرق كإجراء من القابلية للاشتعال من الأمالاتحاد العالمي للتعليم ومعلمة الحرجة في تحليل المخاطر النار وتصميم نظم إخماد الحريق. خسارة المحلية كتلة (أو حرق) المعدل، M "و، من جدار رأسي هي، على وجه الخصوص، وهو متغير مهم في العديد من المشكلات ذات الصلة بالحرائق، مثل انتشار اللهب على الحائط، والنمو النار، ومعدلات الطاقة الافراج داخل حريق الضميمة، وانتشار الدخان والغازات الساخنة أعمدة للتنبؤ انتشار اللهب الصاعد على الجدار العمودي، يجب أن يكون محسوبا على ارتفاع اللهب، الذي يعتمد على معدل إطلاق الطاقة.. هذا، بدوره، يتأثر مباشرة من قبل معدل كتلة الخسارة المحلية المتكاملة على المنطقة بأسرها pyrolyzing الجدار 2-3، في حين معرفة هذه المعدلات كتلة الخسارة متكاملة معروفة جيدا نسبيا، ومعرفة معدلات حرق الكتلة في مواقع إضافية على طول سطح الوقود ليست معروفة جيدا لأن تقنيات تجريبية لقياس هذه المعدلات محدودة للغاية. وهناك تقنية التي توفر هذا المعدل حرق كتلة "المحلية"المعلومات يمكن أن توفر زيادة البصيرة لحرق الوقود مكثف، مما يتيح للباحثين لمزيد من فهم الآليات التي تميز أنواع مختلفة من الوقود أو تكوينات من بعضها البعض. كما يتم تقييم معظم المواد لأول مرة على نطاق صغير (على سبيل المثال، في المسعر مخروط 1)، خطوة أولى منطقية لتوفير تقنية لقياس معدلات حرق الاعلام المحلية في الصغيرة، لهيب الصفحي نشر على الأسطح الوقود المختصرة.

العمل المقدم هنا يناقش منهجية والبروتوكولات التجريبية لاجراء تجارب على النيران الصفحي ثابتة أنشئت فوق السطوح الوقود المختصرة. تقدير التدرجات درجة الحرارة المحلية باستخدام المزدوجات الحرارية الصغيرة هي تقنية مفيدة بشكل خاص لتقدير معدلات حرق الاعلام المحلية وتدفقات الحرارة في هذه النيران 4-6. تحليل البيانات الأدب يبين صعوبة تحديد نقل الحرارة، والاحتراق والاحتكاك معاملات المحلية في condenسطح الوقود الحوار الاقتصادي الاستراتيجي، والتي هي مهمة لفهم الفيزياء والآليات الكامنة التي تدفع حريق معين وانتشاره 4-6. وقد أثبتت مكونات التدفقات الحرارة، التي ظلت ربما خاصية النار أكثر تقاس جيدا في مواقع محلية على سطح الوقود، من الصعب قياس. وقد ساهمت تأثيرات مثل تقلب الوقود، تدفق الحرارة والتدرجية، وصعوبة تحقيق ظروف حالة الاستقرار واختلاف تقنيات قياس تدفق الحرارة إلى التشرذم واسعة بدلا من البيانات التي تتوفر في الأدب 4. وقياسات التدرجات درجة الحرارة المحلية مع دقة عالية تساعد على التخفيف من حدة هذه التقلبات، وكذلك تقديم الارتباطات نقل الحرارة التي يمكن استخدامها للتحقق من صحة العددي للحرائق جدار الصفحي، ومشكلة البحث النار الكنسي. مثل هذه التجارب مفيدة أيضا في استكشاف العلاقة الدينامية بين احتراق سطح الوقود المكثف والغاز مرحلة النيران في الصفحي وطبقة الحدود المضطربةالصورة. وصفت وسائل لالتقاط بدقة هذه التدرجات درجة الحرارة بطريقة دقيقة وقابلة للتكرار أدناه.

Protocol

1. التخطيط للتجارب

  1. اتبع تعليمات واحتياطات السلامة قبل دخول النار أو الاحتراق مختبر أبحاث. مطلوب التدريب في مجال السلامة بشكل عام للمستخدمين الجدد.
  2. جدولة تجاربك مقدما لإجراء الاختبارات المطلوبة. النظر في تفاصيل التجربة، ونقل الوقود المطلوبة والمعدات اللازمة.
  3. التعرف على التجارب الوقود السائلة أو الصلبة من الفائدة. إعداد المواد وفقا لذلك.

2. إعداد المواد والأجهزة

  1. للتجارب الوقود السائل، وإعداد الفتيل الوقود من المواد noncombustible مسامية (القلوية الترابية سيليكات الصوف). وقد استخدمت التجارب السابقة 4-6 أغسطس سم × 8 سم × 1.27 سم للاختبارات الحمل الحراري الحر و 10 سم × 10 سم × 1.27 سم ورقة سميكة لاختبارات الحمل القسري.
    1. خبز الفتيل الوقود نظرا لحوالي 20 دقيقة عن طريق تعريضها لانتشار اللهب من شعلة غاز البروبان من أجللحرق المجلدات العضوية داخل الفتيل.
    2. من أجل القضاء على تسرب للوقود السائل من الجانبين من الفتيل، وتطبيق متحررا سيليكات الصوديوم السائلة مع حقنة تغطي جميع جوه الفتيل ما عدا الوجه العلوي.
    3. حماية جميع ولكن الوجه العلوي من الفتيل مع رقائق الألومنيوم. استخدام مادة لاصقة درجة حرارة عالية للصق رقائق الألومنيوم على الجانبين من الفتيل.
  2. للتجارب الوقود الصلب، وقطع ورقة من الوقود الصلب. في التجارب الطبيعية الحراري السابقة 2، 8 سم × 8 سم x لقد استخدمت ورقة 1.27 سم سميكة من الواضح يلقي ميتاكريلات (PMMA).
  3. قطع فتحة في ورقة من ألياف السيراميك عزل مجلس مساويا لحجم العينة الوقود الذي شن في وقت لاحق العينة. في كثير من الأحيان، استخدام نفس مسامية noncombustible كما الفتيل الوقود؛ ومع ذلك ختم ذلك مع ارتفاع في درجة الحرارة ماتي الطلاء الأسود.
  4. تحقق من إعطاء البيانات اقتناء الأجهزة والبرمجيات. فتح البرنامج والتحقق من الغضبالخوارزمية رسم الخرائط ature قبل تنفيذ الاختبارات المطلوبة.

3. إعداد برنامج الإعداد التجريبي

  1. وضع الجانبية الرأي كاميرا SLR الرقمية بحيث تتماشى مع المحور الرئيسي للوقود وبعيدا بما فيه الكفاية بحيث يتم التقاط عرض الجانب كاملة من اللهب معين.
    1. لالقسري الحراري فلوريدا أميس، صورة لELD فاي نظر في مركز العينة الوقود الذي يغطي مساحة 16 سم × 8 سم لحساب فلوريدا AME المواجهة عن بعد في منطقة الانحلال الحراري.
  2. وضع آلية اجتياز فوق عينة الوقود. نعلق 50 ميكرون أسلاك قطرها الحرارية الصغيرة إلى المحور الأفقي للآلية اجتياز مع الرعاية.
  3. تشغيل وحدة تحكم السائر المحركات برمجة.
  4. في حالة التجارب تدفق القسري، والسلطة حتى منفاخ الطرد المركزي من نفق الرياح.
  5. تعيين تحكم نبض تعديل العرض (PWM) على تردد 7000 هرتز مع إعدادات الطاقة rangiنانوغرام من 16٪ إلى 50٪ لسرعات منفاخ المختلفة، والتحقق مع شدة الريح الساخنة الأسلاك.
  6. ارتداء النظارات الواقية والقفازات جهة مقاومة للحريق قبل المضي قدما في الاختبار.
  7. خلال كل اختبار، نقع الفتيل مع الوقود السائل (الميثانول أو الايثانول) تصل إلى نقطة التشبع. ل8 سم × 8 سم × 1.27 سم الفتيل سميكة، وكانت 90 مل تكفي لامتصاص كامل الفتيل باستخدام اثنين من 60 مل الحقن في حين ل10 سم × 10 سم × 1.27 سم الفتيل سميكة، تم العثور على 120 مل أن يكون كافيا.
  8. وضع الفتيل / لوحة الوقود الصلب غارقة الوقود بعناية في حامل الوقود الفتيل. تحقق من التسطيح من سطح الفتيل الوقود مع مقياس زاوية.
  9. فتح برنامج التوازن الشامل وتحقق من إعدادات واجهة USB. تحقق التوازن الشامل ونلاحظ قراءته قبل الاختبار.

4. التجارب الجري في الاحتراق أو مختبر النار

  1. ضمان التهوية السليمة للمنشأة تجريبية عن طريق تشغيل العادم بعد الانتهاء من كل مجموعة من التجارب. هxhaust ينبغي أن يكون الحد الأدنى كما أو عزل ممكن خلال التجارب للمساعدة في القضاء على الاضطرابات التدفق.
  2. قبل أشعلت عينة، معايرة الجانبية الرأي الكاميرا الرقمية من خلال التقاط صورة من ورقة من ورق الرسم البياني أو حاكم أن يتم محاذاة على طول المحور المركزي لسطح الوقود. الحصول على متوسط ​​عدد بكسل / مم من الصور المعايرة. استخدم هذه القيمة من بكسل / ملم خلال مرحلة ما بعد المعالجة للصور (لإعداد المقياس في ImageJ).
  3. إشعال الوقود مع الشعلة البروبان، ولمس لحظات لأنها الفتيل الوقود السائل وتمرير اللهب بشكل موحد على السطح ل50-60 ثانية مع الوقود الصلب.
  4. وقت البدء التجريبي مباشرة بعد اشتعال موحد. استخدام ساعة توقيت للدلالة على حرق الوقت.
  5. اضغط على زر الحصول على البيانات على برنامج التوازن الكتلي.
  6. مراقبة فقدان كتلة من الفتيل حرق خلال فترة زمنية موقوتة والكتابة إلى ملف القياس. استخدام برنامج التوازن الكتلي للزالغرض اللاعب Iven.
  7. كرر الخطوات من 4،3-4،6 لإجراء اختبارات متعددة تحت نفس الظروف لضمان التكرار.
  8. استخدام فقدان كتلة مقابل منحنى الوقت لتحديد نظام حرق مطرد، حيث نوبة خطية من فقدان كتلة لديه عالية القيمة R 2.
  9. للوقود الصلب غير مستقرة، وحرق العينات في 50 الزيادات ثانية من الاشتعال إلى الإرهاق لقياس الانحدار سطح (على سبيل المثال، لمدة 50 ثانية، 100 ثانية، 150 ثانية، وما إلى ذلك).
  10. أحرق قطع الوقود الصلبة على طول محور بعد التبريد لاختبار الانحدار.
  11. خذ الجانبية الرأي الصور الوقود الصلب قطع وتحميل إلى يماغيج. قياس الانحدار في مواقع streamwise عن طريق تحويل بكسل إلى سم مع الحاكم. خطوة الإجراء خطوة لمعالجة يتم سرد صورة معينة في ImageJ أدناه.
    1. فتح صورة جانبية نظرا لعينة الوقود الصلب في ImageJ عن طريق تحديد ملف → فتح ملف الصور.
    2. فتح الصورة المعايرة (مع حاكم) من العينة الوقود الصلب في ImageJعن طريق تحديد ملف → المفتوحة معايرة صورة.
    3. كومة من صورة معايرة والصلبة صورة عينة الوقود. الذهاب إلى صورة → الأكوام → صور إلى كومة.
    4. تعيين نطاق القياس: رسم خط بين نقطتين من المسافة المعروفة مثل حاكم على الصورة. الذهاب إلى تحليل → تعيين مقياس. في إطار مجموعة مقياس طول الخط، في بكسل، سيتم عرض. اكتب المسافة وحدات القياس المعروفة في المربعات المناسبة ثم انقر فوق موافق.
    5. رسم خط جديد وتأكد من أن المقياس هو الصحيح.
    6. قياس المسافة بين نقطتين في صورة عينة معينة: رسم خط بين نقطتين. وشريط الحالة تظهر زاوية (من أفقي) وطولها. تحليل → قياس (أو Ctrl + M أو ببساطة نوع M على لوحة المفاتيح) نقل القيم إلى نافذة البيانات.
    7. قياس الانحدار في كل streamwise موقع x بواسطة قياس سماكة من العينة نفاد وطرح عليه من طسمك nitial من العينة.
  12. ملاحظة الفترة الزمنية التي على سطح الوقود الصلب يظل ثابتا تقريبا وتستخدم لرسم خرائط درجة الحرارة، أو تعديلات من المناصب الحرارية التي أدخلت على تعويض عن الانحدار السطح.
  13. تعيين الفاصل الزمني خرائط درجة الحرارة لالتقاط القياسات خلال نظام حرق مطرد، ما يقرب من 150 ثانية لPMMA الصلبة و 400 ثانية لالفتائل غارقة في السائل. تعيين الفاصل الزمني خرائط درجة الحرارة على أساس ثابت الفاصل الزمني حرق الوقود السائلة والصلبة. حجم خطوة الموصى بها بالقرب من سطح 0.25 ملم 4-6.
  14. محاذاة الحرارية الصغيرة بعناية مع سطح الوقود باستخدام unislide XY. ضع الحرارية المقدمة في مركز العرض من العينة.
  15. نقل الحرارية الصغيرة بعناية إلى الحافة الأمامية للالفتيل الوقود باستخدام unislide XY.
  16. تشغيل برنامج الحصول على البيانات على جهاز كمبيوتر وقراءة خوارزمية شبكة المسح الضوئي من مجلد على دesktop.
    ملاحظة: بمجرد أن التجربة هي جارية، وجمع البيانات تلقائيا، ويحتاج المستخدم فقط للإشراف على ذلك للتأكد من التجربة تسير كما هو مخطط لها.
  17. باستخدام برنامج الحصول على البيانات على الكمبيوتر، والحصول على البيانات والكتابة إلى ملف القياس. ملاحظة، واستخدمت معدلات أخذ العينات من 100 إلى 500 4-5 6 هرتز في التجارب الماضية.
  18. عند الانتهاء، إطفاء اللهب. إيقاف وحدة تحكم PWM وقطع التيار الكهرباء من منفاخ من 3 مراحل 240 فولت منفذ السلطة.
  19. إيقاف وحدة تحكم السائر المحركات.
  20. كرر الخطوات 4،12-4،18 للتجارب إضافية في ظروف تدفق مماثلة أو مختلفة مع نفس الحرارية. وينبغي تكرار ما لا يقل عن 5 اختبارات لكل تدفق شرط معين (على سبيل المثال، سرعة تدفق القسري أو اتجاه عمودي).
  21. كرر الخطوات 4،12-4،18 ل75 ميكرون الحرارية الصغيرة. اجتياز اثنين من المزدوجات الحرارية (50 ميكرون و 75 ميكرون سلك القطر) على طول ساممسار ه في مركز الشعلة للتصحيحات الإشعاع دقيقة. ويمكن أيضا أن تستخدم، ولكن الكسر في كثير من الأحيان حدث المزدوجات الحرارية الصغيرة للأسلاك أقل من 50 ميكرون.

تحليل 5. البيانات

  1. قراءة البيانات التي تتم معالجتها من ملف LVM إلى مطلب أو غيرها من البرامج التحليلية.
  2. متوسط ​​البيانات درجة الحرارة في كل نقطة مكانية من اختبارات مختلفة.
  3. حساب تصحيح الإشعاع من البيانات الحرارية في المتوسط ​​في كل موقع streamwise، بعد ارتباط من كوليس ويليامز 10 صفها بالتفصيل أدناه.
  4. حساب قياسات درجات الحرارة تعويض بإضافة تصحيح الإشعاع لبيانات درجة حرارة الخام.
  5. غير إضافة أبعاد البيانات درجة الحرارة والموقع المكاني.
  6. احتواء البيانات درجة الحرارة غير الأبعاد على سطح الوقود مع العليا تناسب متعدد الحدود المناسب باستخدام خوارزمية تناسب منحنى في Matlab أو غيرها من برامج مخصصة. 4-6 نقاط بالقرب من السطحوجدت لتعمل بشكل جيد في دراسات سابقة 4-6.
  7. حساب التدرجات درجة حرارة غير طبيعية الأبعاد على سطح الوقود من المنحدر من أعلى لكي تناسب متعدد الحدود لتوزيع درجة الحرارة غير الأبعاد على سطح الوقود (ص = 0).
  8. حساب معدل حرق الاعلام المحلية من المقابلة التدرج في درجة الحرارة غير الأبعاد المحلية على سطح الوقود باستخدام الارتباط النظري على أساس القياس رينولدز 4.
  9. حساب التدفق الحراري الحمل الحراري من التدرج في درجة الحرارة على سطح 5-6 الوقود.

Representative Results

وقد أجريت تجارب على حد سواء في التكوين الرأسي والأفقي منشأة نفق الرياح فريدة من نوعها في جامعة ماريلاند، كما هو موضح في الشكل رقم 1، وبدلا من سحب التقليدي أو نفق عودة الرياح مغلقة، ومرفق نفق الرياح في جامعة ميريلاند يستخدم متغير سرعة منفاخ للضغط على سم المكتملة 100 × 75 × 100 الذي يحرك تدفق الهواء من مجاري الهواء في الطرف المقابل. هذا التكوين يسمح التجارب الاحتراق المستمر كما هو لا أعيد توزيع الدخان، ونفق الرياح غير تالف أو تتأثر النار والمزدوجات الحرارية وقادرة على التحرك بحرية في جميع أنحاء قسم أخذ العينات. يتكون القناة الخروج من 122 سم، قسم المتقاربة 30.5 سم واسعة متصلة الجلسة. لتصويب التدفق وتقلل من شدة الاضطراب واردة، وضعت شاشات شبكة غرامة في الدخول والخروج من الباب تتلاقى و5 سم العسل سميك مع 0.3 سم الثقوب هووضعت 110 سم المنبع من مخرج النفق. يتم التحكم في سرعة تدفق الخروج من نفق الرياح من خلال تغيير سرعة المروحة مع نبض تعديل العرض يتم وضعها (PWM) عينات تحكم وقود عند مخرج النفق، حيث تم فحص سرعات التدفق من خلال استخدام من شدة الريح شبان.

وضعت عينات الوقود عند مخرج نفق الرياح على رأس خلية الحمل الذي يقيس باستمرار فقدان كتلة العينة على مر الزمن. لتجنب اضطرابات الرياح إلى خلية الحمل، ورقي العينة على ورقة من الألمنيوم (30.5 X 61.0 سم × 1.5 مم) من قبل اثنين من U-الأقواس وتحيط بها 1.27 سم سميكة لوحة من السيراميك الالياف العزل لضمان وجود سطح أملس حول العينة حرق. والمغلفة السطح العلوي للمجلس مع ارتفاع في درجة الحرارة طلاء أسود لامع مع الابتعاثية ما يقرب من 98٪ لضمان خلفية جيدة لمراقبة بصريا الشعلة وختم العزلالذي يحتوي أيضا على المواد الرابطة العضوية. لأن مجلس العزل يعرض الجسم حادة نسبيا لتدفق واردة، ووضع الإعداد عينة مباشرة في مخرج نفق الرياح أدى إلى فصل تدفق والاضطراب كبير لوحظ في النيران. عمل سابق قام به ها آخرون وجد أن ربط لوحة تمديد لقسم الرئيسي للعينة وقود منع هذا الفصل تدفق وضمان لمحة تدفق الصفحي الواردة إلى عينة. ولذا كان من 10 سم واسعة، 40.6 سم طويلة رقيقة، والشفة المعدنية التي شنت من الحافة الأمامية من العينة إلى مخرج نفق الرياح، وتوفير نشر اللهب الصفحي في نهاية المطاف وجدت لتطابق النظرية 7 الموجودة.

في اختبار الوقود السائل هناك حاجة الفتيل noncombustible التي يسهل اختراقها. و10 سم × 10 سم × 1.27 سم ورقة سميكة من الصوف القلوية سيليكات الأرض اختير للتجارب تدفق القسري بسبب المسامية العالية والموصلية الحرارية المنخفضة. انا لاrder لمنع تسرب الوقود من العينة، واستخدمت الغراء سيليكات الصوديوم لتطبيق رقائق الألومنيوم لجميع ما عدا الوجه الأمامي. كان النموذج أيضا "خبز" لإزالة المجلدات العضوية عن طريق تمرير موقد اللحام على العينة لمدة 20 دقيقة تقريبا، وعند هذه النقطة تغير اللهب من الأصفر إلى الأزرق (مما يدل على إزالة المجلدات من العينة). وخلال الاختبارات، وكانت الفتائل غارقة مع ما يقرب من 120 مل من الوقود السائل (الإيثانول أو الميثانول) التي وجدت لتكون نقطة التشبع ل10 سم الفتائل واسعة.

تم تحديد معدل حرق الكتلة من الوقود عن طريق قياس الكتلة المفقودة من العينة مع مرور الوقت أثناء الاحتراق بمعدل 1 هرتز. وأيد الإعداد العينة على توازن كتلة الدقة مع سعة قصوى من 32.2 كجم وحل 0.1 غرام، ودفع غرامة بما يكفي لقياس هذا المعدل كتلة الخسارة بدقة عالية. بعد اشتعال العينة موقد اللحام، ومعدل كتلة الخسارة من التعاونزيادات الوقود ndensed بوصفها وظيفة من الزمن، في نهاية المطاف وصلت إلى معدل ثابت الذي يتلاشى في نهاية المطاف نحو نهاية الاختبار وقودا يحرق بها. هذه المنطقة "ثابتة"، حيث تبخر الوقود بدلا من نشرها من خلال الفتيل يهيمن حرق، هو المنطقة ذات الاهتمام حيث يتم أخذ عينات من البيانات. لالفتيل السائل، تم العثور على عينات لحرق بمعدل كتلة فقدان مطرد لحوالي 400 ثانية، ما يقرب من الوسط 80٪ من الاختبار. جميع الأسعار حرق المقدمة هي متوسطات لا يقل عن ستة اختبارات متكررة في ظل ظروف محددة، حيث تم العثور على التكرار من القياسات أن يكون في حدود 1.2٪ من متوسط.

لاختبار عينة الوقود الصلب، تم اختيار ميتاكريلات (PMMA) كما أنها تحرق بشكل مطرد نسبيا ولا شار. من أجل إشعال العينة، صدر موقد اللحام على سطح عينة من أجل 50-60 ثانية، وعند هذه النقطة كان أشعلت كامل السطح بشكل موحد. بسبب الوكانت عينة وقود صغيرة والنتائج التجريبية تبين أن تكرار جدا، وتعتبر هذه الطريقة لتكون كافية للاشتعال. على عكس الوقود السائل المنقوع في الفتيل noncombustible، الوقود الصلب تتراجع بوصفها وظيفة من الزمن، وبالتالي لم تحقق حقا نظام ثابت. بدلا من ذلك، تم اختيار الأوقات المبكرة من حرق لأخذ عينات حيث بقي الوقود ثابتا نسبيا، تجريبيا أن تحدث خلال أول 150 ثانية الاشتعال التالية.

لكل من الوقود السائلة والصلبة، وتعيين درجات الحرارة على سطح الوقود في الطور الغازي باستخدام المزدوجات الحرارية غرامة سلك. لPMMA، وأخذت عينات من درجات الحرارة في 6 نقاط فوق سطح بدءا من الطبقة المنصهرة في مرحلة الغاز عند 0.25 ملم فترات (لاختبارات الحمل القسري). بالنسبة للوقود السائل، وقد أجريت هذه القياسات من طبقة رقيقة من الوقود على السطح إلى 6 نقاط في نفس القرار. وقد اتخذت هذه الشخصية في 12 موقعا آلأونج طول سطح الوقود، ضمن 400 ثانية الاشتعال لعينات السائل وعلى بعد 150 ثانية لPMMA.

وأجريت قياسات درجات الحرارة المذكورة أعلاه من استخدام R-نوع حزب العمال / حزب العمال 13٪ ره المزدوجات الحرارية الدقيقة (ملحومة البقعة) مع اثنين من أقطار الأسلاك، 50 ميكرون (0.002 في) و 75 ميكرون (0.003 في) وجود أقطار حبة من حوالي 100 ميكرون و 150 ميكرون، على التوالي. وقد تم اختيار حجم المزدوجات الحرارية بحيث الحرارية كانت صغيرة قدر الإمكان دون تكرار الكسر (للحد من التصحيحات اللازمة الإشعاع)، ولكن بعض التصحيحات الإشعاع لا تزال ضرورية. باستخدام اثنين من المزدوجات الحرارية من أقطار مختلفة تم اختيارهم من أجل تحديد أفضل التصحيح الإشعاع المناسب (وصفها لاحقا). وثم اجتاز المزدوجات الحرارية الصغيرة باستخدام مجموعة من unislides XY الكمبيوتر التي تسيطر عليها مع قرار الحد الأقصى المكاني من 1.5 ميكرون. وبعد ذلك تم ACQ إشارات الجهدuired، مكيفة والرقمية عبر وحدة الحصول على البيانات مصنفة تصل إلى 0.02 درجة حساسية قياس C. تم استخدام برامج ابفيف لمزامنة حركة كل من 50 ميكرون و 75 ميكرون المزدوجات الحرارية سلك القطر مع قياس درجة الحرارة أكثر من العينة.

من أجل تحديد تصحيح الإشعاع دقيقة نسبيا، وقد اجتاز اثنين من أحجام الحرارية وصفها على نفس الموقع خلال التجارب المتكررة. تم تطبيق ارتباط كوليس ويليامز لفقدان الحرارة من العينة 5-6،8،

المعادلة 1 (1)

حيث نو هو عدد نسلت وإعادة = العود ث / ت هو رقم رينولدز، التي تم الحصول عليها عن 0.02 <رد <44، مع خصائص تقييمفي درجة الحرارة فيلم، Τ م، بمتوسط ​​الغاز، Τ ز، والحرارية، Τ درجات الحرارة TC. هنا، يتم تعريف عدد رينولدز إعادة كما هو مبين في سرعة تدفق الغاز المحلية U والحركية اللزوجة ضد د ث في المعادلة. (1) يمثل قطر الأسلاك الحرارية.

للمقاييس ثابتة للدولة، كما في الحالة الموصوفة هنا، توازن الطاقة على تقاطع الحرارية يقلل إلى التوازن الحراري الحمل الحراري الإشعاعي (إهمال الأخطاء بسبب التوصيل والآثار الحفازة)، التي قدمها

المعادلة 2 (2)

المعادلة 360. (3)

حيث Τ ز هي درجة حرارة الغاز الحقيقي، Τ ح هو تقاطع الحرارية (أو حبة) درجة الحرارة، Τ SURR هي درجة الحرارة من المناطق المحيطة بها، ε ح هو الابتعاثية من مفترق الطرق الحرارية، σ هو ستيفان-بولتزمان المستمر وح هو معامل انتقال الحرارة بالحمل من تدفق عبر تقاطع الحرارية التي تعرف بأنها ح = ك نيو / د. ك هو التوصيل الحراري للغازات، نو هو عدد نسلت، ود هو قطر الأسلاك الحرارية. اختيار عدد العلاقة نسلت هو من أهمية قصوى في احتساب تصحيح الإشعاع إلى درجة الحرارة الحرارية قياس لأنه، كما هو مبين في المعادلة. (3)، وتصحيح الإشعاع يتناسب عكسيا مع عدد نسلت. هذا الخيار هو معقد، ولكن نظرا لEXI stence متعددة "المناسبة" عدد الارتباطات نسلت وصعوبة في تقدير خصائص خليط الغاز المحيطة الحرارية، لا سيما التوصيل الحراري. الجزء الأكبر من الأدلة في الأدب، ومع ذلك، يشير بوضوح إلى أن أسطواني نسلت عدد الارتباط هو الأكثر ملاءمة لوصف انتقال الحرارة بالحمل إلى المزدوجات الحرارية تقريبا كل العملية 5-6، ويفضل أن يكون ذلك من كوليس ويليامز 8.

يجب أن تكون بديلا عدد العلاقة نسلت إلى حالة الحمل الحراري الإشعاعي توازن مستقر (المعادلة 3) وإهمال الاعتماد صغيرة في درجة الحرارة، وتشكل نظاما من معادلتين مع مجهولين (أي Τ ز وU)،

المعادلة 4 (4)

ر "FO: المحافظة على together.within الصفحات =" 1 "> و

المعادلة 5 (5)

المعادلات (4) و (5) يجب أن تحل بشكل متكرر معا في كل نقطة، منذ التوصيلات الطور الغازي واللزوجة الحركية على حد سواء وظيفة من درجة الحرارة. يجب استخدام درجة حرارة حبة كما التكرار الأول من درجة حرارة الغاز لتقييم التوصيل الحراري واللزوجة الحركية، مع قيمة تكرارية إعادة اتخذت-حتى اقترب أخطاء منخفضة. عندما حل المعادلات، يبدو أن التصحيح الإشعاع (أي الفرق بين القراءة الحرارية ودرجة الحرارة الفعلية) يزيد عن المزدوجات الحرارية قطرها أكبر وتخفيض مع زيادة سرعات التدفق على حبة. د ث 1 و د ث 2 في يكس . (4) و (5) مندوبمستاؤون من أقطار الأسلاك الحرارية المستخدمة في دراستنا.

الابتعاثية من حبة (ε ح) يمكن العثور عليها أيضا بوصفها وظيفة من درجة الحرارة باستخدام طريقة حددها جاكوب 9. في تحليله، جاكوب يحل معادلات ماكسويل الموجية للمؤشرات معقدة من الانكسار على سطح معدني بوصفها وظيفة من المقاومة الكهربائية. يؤخذ هذا الافتراض في الحد من انخفاض المقاومة ومؤشرات كبيرة من الانكسار، والذي يصدق للمعادن، مما أسفر عن الارتباط البسيط لالابتعاثية الإجمالية نصف كروية من البلاتين (حزب العمال)، و،

المعادلة 6 (6)

حيث، على البلاتين، ص ه ≈ ص ه، 273 ت / 273، مع تي في ك و r ه، 273 <م> = 11x10 -6 Ω سم.
ولذلك، فإن الابتعاثية البلاتين تصبح 5-6

المعادلة 7 (7)

ل0 <T <2330 ك. الابتعاثية حبة الحرارية أو تقاطع، كما يظهر في يكس. (4) و (5) بالتالي يمكن تقييمها باستخدام التعبير أعلاه. التكرار ليس من الضروري ليكس. (6) و (7) لأنه من المعروف أن القيمة الفعلية للحرارة حبة، إلا أن درجة حرارة الغاز والسرعة في يكس. (4) و (5) تحتاج إلى حل تكرارا.

وخلال التجارب، وقد اجتاز اثنين من المزدوجات الحرارية بالضبط إلى نقطة القياس نفسه وأخذ عينات البيانات لحساب تصحيح الإشعاع في قياسات درجات الحرارة. التصحيحات تطبيقها نتيجة لذلك سو بالتكرار يكس. (4) و (5) كانت صغيرة، على سبيل المثال فقط +79 K ل50 ميكرون الأسلاك الحرارية-قطر في 1700 K وأقل من 5 K بالقرب من سطح الوقود 6. منذ المزدوجات الحرارية أيضا المناطق عبر من ارتفاع في درجة الحرارة التدرجات النظر في خسائر التوصيل من خلال الأسلاك يجب النظر أيضا، ولكن نظرا للمناطق مقطعية صغيرة من الأسلاك الحرارية، حسبت مثل هذه الأخطاء أن تكون <1٪، وبالتالي لم تكن هناك أية تصحيحات ضرورية 5-6.

مع سطح الوقود المتمركزة في وسط تيار الهواء في الخروج من نفق الرياح، وقدمت سهولة الوصول إلى سطح الوقود لالحرارية الصغيرة وقياسات مقياس شدة الريح الساخنة الأسلاك. خلال أشواط تدفق بارد من نفق الرياح (أي الاحتراق) سرعة تيار الحر، ومعايرة U ∞ من نفق الرياح باستخدام مقياس شدة الريح الساخنة الأسلاك التي عينات بمعدل 50000 عينة / ثانية لduratio مجموعهن من 10 ثانية لكل نقطة. تم التقاط هذه الشخصية السرعة على طول مخرج النفق بأكمله، وكشف عن أن أحد المكونات ثابت تدفق المنبثقة عن مركز مخرج النفق. ومن المتوقع لقناة مربع مثل مخرج نفق الرياح لدينا. أظهرت القياسات السابقة التي سفورزا وآخرون. 10 أن طول الأساسية محتمل لطائرة مربع مع ​​عدد رينولدز رد د بين 2.6 و 8.8 × 10 4 يجب أن تكون حوالي 5 د المصب من الخروج، حيث d هو ذروة القناة. لد = 30.48 سم، والعرض من مخرج نفق الرياح، رد د ما بين 1.5 × 10 4 و 3.9 × 10 4 معنى تبقى العينة تقع ضمن نطاق 1 د (20 سم) من مخرج النفق. كان التكرار من هذه القياسات ضمن 3٪ من متوسط.

تم قياس درجات الحرارة على سطح ورقة أشعلت من 10 سم × 10 سم × 1.27 وضعت سم PMMA عند مخرج نفق الرياح التي تعمل على U ∞ = 0.79 متر / ثانية و2.06 متر / ثانية. واستخدمت الإجراءات المذكورة أعلاه لالتقاط قياسات درجات الحرارة التي كانت غير dimensionalized من حيث الطول العادي ذ * = ص / L ودرجة الحرارة، T * = (T - T ث، ص / ر فلوريدا، الإعلان - T ث، ع) حيث Τ ث، ص، وΤ فلوريدا، الإعلان يمثل الجدار ودرجات حرارة اللهب ثابت الحرارة، على التوالي على وقود معين، ذ الوضع الطبيعي على سطح الوقود حيث يتم قياس درجة الحرارة وL طول سطح الوقود. درجة الحرارة غير الأبعاد تدرجات طبيعية إلى السطح ثم تم احتساب (∂ T * / ∂ ذ *) ص * = 0 عن طريق تركيب متعدد الحدود الخامس لدرجات الحرارة غير الأبعاد واستخراج المنحدر على سطح الوقود، ذ * = 0.

: المحافظة على together.within الصفحات = "1"> الشكل 2 (أ) يبين هذه التدرجات درجة الحرارة غير الأبعاد على طول سطح الوقود. من الواضح أنها أعلى في طليعة من سطح الوقود، حيث الشعلة هو الأقرب إلى سطح الوقود، وانخفاض نحو حافة زائدة (س = 100 مم)، حيث الشعلة هو أبعد من سطح الوقود. التدرجات درجة الحرارة غير الأبعاد يمكن استخدامها لتحديد معدل حرق الاعلام المحلية عن طريق تطبيق ارتباط 4،6،

المعادلة 8 (8)

حيث B هو العدد نقل الجماعي من الوقود معين، ك ث التوصيل الحراري من الهواء تقييمها في درجة حرارة الجدار، ج ص حرارة معينة من الهواء تقييمها في درجة حرارة اللهب ثابت الحرارة للوقود، وL </ م> طول سطح الوقود pyrolyzing. ثم وجدت على معدل حرق الاعلام المحلية أن تختلف بطريقة مماثلة لدرجة حرارة التدرجات غير الأبعاد، كما هو موضح في الشكل رقم 2 (ب).

على عكس الوقود السائل، لPMMA معدل حرق الاعلام المحلية ويمكن أيضا أن يقترب البعدية عن طريق قياس الانحدار سطح المحلي خلال فترات محددة من الزمن 2،11. أحرقت عينات PMMA ظل ظروف تمثيلية لفترات زمنية تبدأ في 50 ثانية ومتزايدة في 50 ثانية فترات تليها الانقراض من العينة. يتم احتساب معدل التدفق الجماعي الانحلال الحراري للPMMA في كل موقع العاشر على طول التناظر المركزي محور باستخدام التقريب من الدرجة الأولى التي قدمها بيتسو وآخرون. 11، التي نوقشت في الأدب أماكن أخرى 4-6. كثافة معدلة من PMMA، ρ ق = 1190 كجم / م 3 واستخدمت جنبا إلى جنب مع انحدار سطح قياس طول السطح الوقود لوصول إلى معدلات كتلة الخسارة خلال كل فترة 50 ثانية على طول العينة الوقود. على الرغم من أن خطوة زمنية أقصر سيكون من المرغوب فيه، وأخطاء في قياس جعلها تصبح غير عملي عندما خطوات وقت أقل من 50 ثانية 5.

لمقارنة معدلات كتلة الخسارة المحلية من المزدوجات الحرارية مع تلك من التشكيلات الانحدار، استخدمت بيانات من الأوقات نضوب الوقود من 100 و 150 ثانية لمقارنة معدلات حرق الاعلام المحلية هو مبين في الشكل 2 (ب). هذه الأوقات تتوافق مع ما يقرب من نفس الأوقات واتخذت هذه القياسات. كما يمكن أن يرى في الشكل، تظهر كل طرق قياس معدل حرق الاعلام المحلية قريبة جدا من بعضها البعض، مما يشير إلى منهجية تعمل بشكل جيد لهذه الأنواع من النيران.

لهيب convectively التي يهيمن عليها مثل هذه، حتى الصغيرة منها الصفحي، التدرجات درجة الحرارة على سطح الوقود يمكن أن تستخدم أيضا لاستخراج يخدعتدفقات الحرارة vective كما هي، في جوهرها، المرتبطة مباشرة إلى التدرج في درجة الحرارة على السطح. عن طريق قياس معدلات كتلة الخسارة، مكونات تدفق الحرارة لهب كما يمكن استخراج طول المنطقة الانحلال الحراري. باستخدام عدة تقريبية لميزان الحرارة على سطح الوقود، المدرجة في الأدب أماكن أخرى 2-3، هذه المكونات يمكن تحديد على سطح لوح حرق PMMA الشكل 3 يبين هذه النتيجة، للهب PMMA استقرت مع مجانا المحيطة سرعة -stream يو ∞ = 2.06 م / ثانية. وبالتالي يمكن لهذه التقنية أن يكون مفيدا للغاية في تقييم عدة تدابير لوصف حرق عينات صغيرة من الوقود، مما يؤدي إلى زيادة فهم عملية الاحتراق، وخاصة العلاقة بين الطور الصلب والغاز.

شكل 1
الشكل 1. تجربةإعداد آل (أ) تخطيطي من الإعداد التجريبية المستخدمة لقياس معدلات كتلة الخسارة وملامح درجة الحرارة على مدى القسري الحراري الطبقة المتاخمة للنشر اللهب. (ب) إعداد التجريبية للتحقيق في الحدود النيران طبقة نشر تحت تدفق القسري. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2
الشكل 2. درجة الحرارة التدرج والمحلية نتائج حرق أسعار (أ) الاختلاف من التدرجات درجة الحرارة غير طبيعية الأبعاد على سطح الوقود لPMMA طبقة حدود انتشار اللهب في U ∞ = 0.79 متر / ثانية و2.06 متر / ثانية، على التوالي. (ب) التغير في معدلات حرق الاعلام المحلية عن طبقة حدود PMMA diffusiعلى النيران في مختلف الظروف تيار الأحرار. معدلات حرق الاعلام المحلية التي تم الحصول عليها من خلال تدرجات درجة الحرارة غير الأبعاد ومقارنتها البيانات التجريبية التي تم الحصول عليها عن طريق الانحدار من سطح PMMA. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (3)
الشكل 3. الحرارة الجريان النتائج تحت القسري التدفق. توزيع مكونات مختلفة من اللهب تدفق الحرارة في منطقة الانحلال الحراري لPMMA طبقة حدود انتشار اللهب في U ∞ = 2.06 م / ثانية. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Discussion

وكان الهدف من هذا التحقيق لتطوير منهجية جديدة لتقدير معدلات حرق الاعلام المحلية لكل من الوقود السائلة والصلبة في إطار مجموعة من الشروط تدفق المجال. نظرت دراسة حالتين، والحمل الحراري الحر الطبقة المتاخمة للنشر اللهب واضطر الحراري الحدود النيران طبقة نشر المنشأة بموجب مختلف الظروف تيار الأحرار، وذلك باستخدام الوقود على حد سواء السائلة والصلبة.

تم العثور على معدلات حرق المحلية قياسها عن طريق القياسات الحرارية غرامة سلك على كل الفتائل غارقة الوقود السائل وعلى ألواح صلبة من PMMA لتتناسب مع وسائل أخرى للتقدير، وهي قياسات الانحدار الوقود. تم تحديد هذه التدرجات درجة الحرارة بالقرب من سطح الوقود باستخدام علاقة على أساس القياس رينولدز 12-13 أنه في حين تتطلب ثابت، الصفحي الاحتراق، وعملت بشكل جيد جدا لعينات صغيرة الحجم، مما أدى في نهاية المطاف إلى البيانات داخل دقة 15٪ للحصول على نتائج متوسط ​​والكثير أكثر لmeasurem المحليالوالدان 4-6. عامل ربط لهذه القياسات معدل كتلة الخسارة المحلية يعتمد على سبالدينج عدد نقل الجماعي من الوقود تمثيلية وغيرها من الخصائص الحرارية الفيزيائية للوقود التي يمكن حسابها مسبقا. وتشير النتائج إلى أن هذه التقنية قد تكون مفيدة لاستخراج هذه الكميات وفهم حرق الوقود الصغيرة بمزيد من التفصيل في المستقبل.

توسعت دراسات أخرى في الأدب عمل تمثيلي هنا دمج عمليات المحاكاة العددية 4 والتجارب على عينات موجه عموديا، حرق بحرية 4،5، وعينات أفقيا شنت تحت رياح المحيط 6. لهذه التكوينات، كما تم تحديد مكونات التدفقات الحرارة محليا على سطح الوقود باستخدام نفس غرامة سلك تقنية الحرارية قريبة جدا من سطح الوقود المكثف. في حين تم قياس مكونات التدفق الحراري في الماضي عن طريق استخدام أجهزة القياس جزءا لا يتجزأ، ثيالصورة التقنية التنظيرية وتقدم القياس المباشر من تدفقات الحرارة الحمل الحراري، وهو ما لم يكن ممكنا من قبل.

وينبغي إيلاء عناية خاصة خلال التجارب عند اختيار التشكيلات والإعداد للجهاز معينة. في هذه التجارب، المزدوجات الحرارية اختار لخطوة 3.2 يبرز من أنبوب السيراميك الصغيرة، والإبقاء على التوتر على السلك، وجعل موقع الحرارية ثابتة نسبيا. باستخدام الأسلاك الحرارية معلق فوق لهب كامل من دون أنبوب من شأنه أن يقلل اضطرابات محتملة من أنبوب السيراميك، ولكن من شأنه أن يجعل تحديد موقع محدد للالحرارية أكثر متغير بقدر السلك يميل إلى التوسع مع زيادة درجات الحرارة. في بعض الأحيان تغييرات في تكوين يمكن أن يفضي الآثار عبر عرض العينة (على سبيل المثال تميل العينة). إذا تم تعديل برنامج الإعداد من الذين خضعوا للدراسة في 6/4 الماضي، حول الخطوة 4.14 الشيكات بين الحين والآخر أن شركة طيران الشرق الأوسط درجة حرارة اللهبتظهر surements عبر عرض من العينة لا تؤخذ تفاوت كبير (أي افتراض 2-D لا يزال يحمل). خلاف ذلك، سوف تحتاج إلى تطبيق نظام رسم الخرائط 3-D.

الخطوات الأكثر أهمية أثناء تنفيذ تجارب لها علاقة مع إعداد الوقود والاستخدام السليم للالمزدوجات الحرارية. حتى انحرافات بسيطة في المواقع من المزدوجات الحرارية يمكن أن تتسبب في حدوث أخطاء، لذلك يجب توخي الحذر عند وضع الحرارية في الخطوات 3.2، 4.13 و 4.14. كما يجب وضع الفتيل الوقود بحيث يتم الحفاظ كما شقة سطح ممكن (الخطوة 2.1)، وينبغي أن يكون خبز جميع مواد حشو من الفتائل (الخطوة 2.1.1).

وينبغي أيضا أن تبقى نظام العادم، وتفعيلها في الخطوة 4.1 كما أدنى أو عزل ممكن بالقرب من التجربة للمساعدة في القضاء على الاضطرابات التدفق. يجب فحص ذلك عن طريق ضمان شمعة صغيرة لا ينفخ فيها اختبار ستجري (بدون الرياح). يحير، شاشات، وهو مرفق مغلق منفصل أو الاختبار في مساحة كبيرة يمكن استخدامها لتحقيق ذلك. في الخطوة 4.2، يجب إشعال الوقود الصلب مثل موحد ممكن. بينما الشعلة البروبان ليست هي المصدر الأكثر مثالية للقيام بذلك، لم يتم العثور التجارب لتكون حساسة لمصدر الإشعال في الأعمال السابقة 4-6. يجب توثيق حساسية للمصدر الاشتعال خلال التجارب من خلال تغيير الوقت أو شدة التعرض ومراقبة النتائج على معدل حرق الشامل مطرد. إذا لوحظ حساسية لوحة مشعة يجب بدلا من ذلك أن تستخدم لإشعال العينات. الوقود الصلب، أو أي وقود لا يملك (> 300 ثانية) المنطقة حرق ثابتة كبيرة كما لوحظ بنسب كتلة الخسارة ينبغي أن يكون التعيين في درجة الحرارة التي اتخذت خلال منطقة قصيرة. على سبيل المثال، في خطوة 4.13 ينصح تعيين لPMMA الواجب اتخاذها خلال أول 150 ثانية، في حين أن الوقود لا يزال ثابتا نسبيا، وقد الانحدار سطح موثقة جيدا. يمكن قياس الانحدار سطح استخدام أناmageJ أو غيرها من البرامج صورة مماثلة لقياس بكسل على الصور، وتحويل لطول. بدلا من ذلك، ميكرومتر الرقمية يمكن استخدامها لقياس الانحدار سطح لوحة الصلبة بعد أن يبرد (لاحظ سطح المواد "فقاعات" مثل PMMA يجب أن غطى بالرمل لأول مرة).

ويستند حرق ارتباط المعدل المقترح على فرضيات الصفحي، ومع ذلك، افترض أن هذا الأسلوب الذي ينبغي أن يتبع شكل مشابه للحرق المضطرب من سطح الوقود، ولكن مع وجود علاقة وظيفية المعدلة التي يجب أن تحدد تجريبيا. العمل المقدم هنا يمكن تمديد وقت لاحق المضطربة الحدود احتراق طبقة والتفاعلات المصاحبة بين الاضطراب والغاز مرحلة إطلاق الحرارة التي تدفع تدفق الحرارة الحادث على سطح الوقود يمكن مواصلة التحقيق.

النظرية التي يستند إليها ارتباط معدل حرق أيضا يهمل الإشعاع. ومن التبسيط نظرية جنيهADING لعدم اليقين في قدراتها التنبؤية في الظروف التي لا تغطيها العمل الحالي. على سبيل المثال، ومنهجية معينة قد لا تعمل لهيب sooting عالية حيث تدفق الحرارة إلى السطح الإشعاعي إلى حد كبير. لكبيرة النيران جدار مضطربة، حيث الإشعاعي تدفق الحرارة على سطح الوقود المكثف مرتفع، واقترح حرق ارتباط معدل قد أو قد لا تعمل. إدراج آثار الإشعاع في علاقة المقترح، وبالتالي، لا بد من إجراء أبحاث المرغوب فيه وزيادة من أجل تحديد هذه العلاقة الوظيفية. يتطلب هذا المجال التحسينات في نموذج إذا أساليب التنبؤ واثقة أن تتحقق لمثل هذه النيران.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Babrauskas, V., Peacock, R. D. Heat release rate: the single most important variable in fire hazard. Fire Safety J. 18 (3), 255-272 (1992).
  2. Pagni, P., Shih, T. M. Excess pyrolyzate. Proc. Combust. Inst. 16 (1), 1329-1343 (1977).
  3. Orloff, L., Modak, A. T., Alpert, R. Burning of large-scale vertical surfaces. Proc. Combust. Inst. 16 (1), 1345-1354 (1977).
  4. Singh, A. V., Gollner, M. J. Estimation of local mass burning rates for steady laminar boundary layer diffusion flames. Proc. Combust. Inst. 35 (3), 2527-2534 (2015).
  5. Singh, A. V., Gollner, M. J. A methodology for estimation of local heat fluxes in steady laminar boundary layer diffusion flames. Combust. Flame. 162 (5), 2214-2230 (2015).
  6. Singh, A. V., Gollner, M. J. Local burning rates and heat flux for forced flow boundary-layer diffusion flames. AIAA J. 54 (2), 408-418 (2016).
  7. Collis, D., Williams, M. Two-dimensional convection from heated wires at low Reynolds numbers. J. Fluid Mech. 6 (3), 357-384 (1959).
  8. Jakob, L. M. Heat Transfer. , Wiley. New York, USA. (1967).
  9. Sforza, P., Steiger, M., Trentacoste, N. Studies on three-dimensional viscous jets. AIAA J. 4 (5), 800-806 (1966).
  10. Pizzo, Y. Experimental observations on the steady-state burning rate of a vertically oriented PMMA slab. Combust. Flame. 152 (3), 451-460 (2008).
  11. 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).
  12. Silver, R. Application of the Reynolds analogy to combustion of solid fuels. Nature. 165, 725-726 (1950).

Tags

الهندسة، العدد 112، رينولدز القياس، المزدوجات الحرارية الصغيرة، التدرجات درجة الحرارة، ومعدلات حرق الجماعية، تدفقات الحرارة، لهيب نشر
منهجية تجريبية لتقدير محلي الحرارة تدفقاتها وحرق الأسعار ثابتة رقائقي الحدود النيران انتشار طبقة
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Singh, A. V., Gollner, M. J.… More

Singh, A. V., Gollner, M. J. Experimental Methodology for Estimation of Local Heat Fluxes and Burning Rates in Steady Laminar Boundary Layer Diffusion Flames. J. Vis. Exp. (112), e54029, doi:10.3791/54029 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter