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Engineering

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

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

Abstract

Modelando el comportamiento frente al fuego realista de los combustibles en fase condensada se ha mantenido fuera del alcance, en parte debido a la incapacidad para resolver las complejas interacciones que se producen en la interfase entre las llamas de fase de gas y combustibles en fase condensada. La investigación actual proporciona una técnica para explorar la relación dinámica entre una superficie y el combustible condensado en fase gaseosa combustibles llamas en las capas límite laminares. Los experimentos con anterioridad se han realizado tanto en entornos de convección forzada y gratuitas a través de ambos combustibles sólidos y líquidos. Una metodología única, en base a la analogía de Reynolds, se utilizó para estimar velocidades de combustión masa locales y los flujos de calor de la llama para estos límite laminar llamas de difusión capa utilizando gradientes de temperatura local en la superficie de combustible. Las velocidades de combustión masiva locales y por convección y radiación retroalimentación calor de las llamas se midieron tanto en las regiones de pirólisis y penacho mediante el uso de gradientes de temperatura mapeadas cerca de la pared por un Traver de dos ejessistema se. Estos experimentos requieren mucho tiempo y pueden ser difíciles de diseñar como la superficie del combustible se quema de manera constante condensada sólo por un período limitado de tiempo después de la ignición. Los perfiles de temperatura cerca de la superficie del combustible necesitan ser asignada durante la combustión estable de una superficie de combustible condensado con una resolución espacial muy alta con el fin de capturar estimaciones razonables de gradientes de temperatura locales. correcciones cuidadosas de las pérdidas de calor por radiación desde los termopares son también esenciales para mediciones precisas. Por estas razones, toda la configuración experimental necesita ser automatizado con un mecanismo transversal controlado por ordenador, lo que elimina la mayoría de los errores debido a la posición de un micro-termopar. Un esquema de pasos para capturar de forma reproducible gradientes de temperatura cercana a la pared y los utilizan para evaluar las tasas de combustión y flujos de calor local es proporcionado.

Introduction

Si bien los avances importantes se han hecho en el campo de la investigación de seguridad contra incendios durante el siglo pasado, la predicción de las tasas de propagación de la llama sigue siendo un reto para muchos materiales en diversas configuraciones. Propagación de la llama a menudo procede de cualquiera de los entornos construidos o naturales como una serie de encendidos de nuevos elementos, que emana de una fuente inicial de encendido. El conocimiento de las características de combustión de materiales inflamables individuales es fundamental para predecir estas tasas de propagación de la llama, porque esto contribuye a las tasas de calentamiento a elementos no encendida. Por tanto, la tasa de liberación de calor (HRR) de un elemento de combustible ha sido citado como la cantidad más fundamental en la investigación de incendios 1, siendo aproximadamente igual a la velocidad de combustión (pérdida de masa) del combustible de fase condensada, a saber, la velocidad de evaporación de un combustible líquido o pirólisis tasa de un combustible sólido.

La velocidad de combustión se puede considerar como una medida de la inflamabilidad de un material y es un parámetro crítico en el análisis de riesgo de incendio y el diseño de sistemas de supresión de incendios. La pérdida local de masas (o quemar) la tasa, m "f, de una pared vertical es, en particular, una variable importante en muchos problemas relacionados con el fuego, como la propagación de la llama en una pared, el desarrollo del fuego, y las tasas de liberación de energía dentro de un fuego envolvente, y la propagación de los penachos de humo y gas caliente Para la predicción de arriba propagación de la llama en una pared vertical, la altura de la llama debe ser calculado, que depende de la velocidad total de liberación de energía;. que, a su vez, está influenciado directamente por la tasa de pérdida de masa local, integrado por toda la zona de pirólisis de la pared 2-3. Mientras que el conocimiento de estas tasas de pérdida de masa integrados son relativamente bien conocidos, el conocimiento de los tipos de masas de leña en lugares incrementales a lo largo de una superficie de combustible no son bien conocidos porque las técnicas experimentales para medir dichas tasas son extremadamente limitados. Una técnica que ofrece este tipo de masa-quema "local"información podría proporcionar un mayor conocimiento de la quema de combustibles condensadas, lo que permite a los investigadores a entender mejor los mecanismos que distinguen diferentes combustibles o configuraciones de uno al otro. Como la mayoría de los materiales son evaluados por primera vez en la pequeña escala (por ejemplo, en un calorímetro de cono 1), un primer paso lógico es proporcionar una técnica para medir velocidades de combustión masiva en locales pequeños, llamas de difusión laminar sobre la superficie del combustible condensados.

El trabajo que aquí se presenta se analiza la metodología experimental y protocolos para llevar a cabo experimentos en llamas laminares estables establecidos sobre superficies combustible condensado. Estimación de los gradientes de temperatura locales utilizando micro termopares es una técnica particularmente útil para la estimación de velocidades de combustión masa locales y los flujos de calor en estas llamas 4-6. Un análisis de los datos de la literatura muestra la dificultad de determinar la transferencia de calor, combustión y fricción coeficientes locales en el condenSED superficie del combustible, que son importantes para la comprensión de la física y los mecanismos subyacentes que impulsan un incendio en particular y su propagación 4-6. Los componentes de los flujos de calor, que han permanecido tal vez la propiedad incendio más bien medido en lugares locales sobre una superficie de combustible, han demostrado ser difíciles de medir. Efectos tales como la variabilidad de los combustibles, la escalabilidad flujo de calor, dificultad de lograr condiciones de estado estable y diferentes tecnologías de vía de flujo de calor han contribuido a una amplia dispersión en lugar de los datos que está disponible en la literatura 4. Las mediciones de los gradientes de temperatura locales con alta precisión ayudará a aliviar esta variabilidad y también proporcionar correlaciones de transferencia de calor que se podrían utilizar para la validación numérica de incendios pared laminares, un problema de investigación fuego canónica. Tales experimentos también son útiles en la exploración de la relación dinámica entre una superficie de combustible condensado y de fase de gas combustible en llamas laminar y la capa límite turbulentas. Métodos para capturar con precisión estos gradientes de temperatura de una manera precisa y repetible se describen a continuación.

Protocol

1. Planificación de Experimentos

  1. Siga las instrucciones y precauciones de seguridad antes de entrar en el laboratorio de investigación de incendio o explosión. El entrenamiento de seguridad se requiere generalmente para los nuevos usuarios.
  2. Programar sus experimentos con antelación para llevar a cabo las pruebas requeridas. Tenga en cuenta los detalles del experimento, el transporte de los combustibles requeridos y el equipo necesario.
  3. Identificar los experimentos de combustibles líquidos o sólidos de interés. Preparar los materiales en consecuencia.

2. Preparación de Materiales e Instrumentación

  1. Para los experimentos de combustibles líquidos, preparar una mecha de combustible de material incombustible poroso (lana de silicato alcalinotérreo). Los experimentos anteriores han utilizado 4-6 8 cm x 8 cm x 1,27 cm para las pruebas de convección libre y 10 cm x 10 cm x 1,27 cm láminas gruesas para las pruebas de convección forzada.
    1. Hornear la mecha combustible dado por aproximadamente 20 min mediante su exposición a una llama de difusión de una antorcha de propano con el finpara quemar los aglutinantes orgánicos dentro de la mecha.
    2. Con el fin de eliminar las fugas del combustible líquido desde los lados de la mecha, aplicar generosamente silicato de sodio líquido con una jeringa que cubre todas las caras de la mecha, excepto la cara superior.
    3. Proteger a todos, pero la cara superior de la mecha con papel de aluminio. Utilice un adhesivo de alta temperatura para pegar el papel de aluminio para los lados de la mecha.
  2. Para los experimentos de combustible sólido, cortar una hoja del combustible sólido. En anteriores experimentos de convección libre, 2 a 8 cm x 8 cm x 1,27 cm de espesor de hoja de un metacrilato de metilo fundido transparente (PMMA) se ha utilizado.
  3. Cortar una ranura en una hoja de tablero de aislamiento de fibra cerámica igual al tamaño de la muestra de combustible en el que para montar posteriormente la muestra. A menudo, utilizar el mismo porosa no combustible como la mecha de combustible; Sin embargo sellarlo con pintura negro mate de alta temperatura.
  4. Compruebe el hardware de adquisición de datos dada y software. Abra el software y comprobar el estado de ánimoalgoritmo de asignación tura antes de llevar a cabo las pruebas requeridas.

3. Preparación de la configuración experimental

  1. Colocar una vista lateral de la cámara SLR digital, de manera que quede alineada con el eje central del combustible y lo suficientemente lejos para que la vista lateral completa de la llama dada es capturado.
    1. Por convección forzada llamas, una imagen de campo de vista en el centro de la muestra de combustible con una superficie de 16 cm x 8 cm para el cálculo de la distancia de separación de la llama en la zona de pirólisis.
  2. Coloque el mecanismo transversal por encima de la muestra de combustible. Adjuntar un alambre de diámetro micro termopar 50 micras para el eje horizontal del mecanismo transversal con cuidado.
  3. Encienda el controlador de motor paso a paso programable.
  4. En el caso de los experimentos de flujo forzado, encienda el ventilador centrífugo del túnel de viento.
  5. Ajustar el controlador de ancho de pulso modulación (PWM) a una frecuencia de 7.000 Hz con ajustes de potencia ranging del 16% al 50% para diferentes velocidades del ventilador, verificados con un anemómetro de hilo caliente.
  6. Use gafas de seguridad y guantes de la mano resistentes al fuego antes de proceder con la prueba.
  7. Durante cada prueba, remoje la mecha con combustible líquido (metanol o etanol) hasta su punto de saturación. Para un cm x 8 cm x 1,27 cm mecha 8 de espesor, 90 ml fue suficiente para absorber totalmente la mecha usando dos jeringas 60 ml mientras que para un 10 cm x 10 cm x 1,27 cm de espesor de la mecha, se encontró que 120 ml es suficiente.
  8. Coloque la placa de mecha combustible empapado en combustible sólido / con cuidado en el soporte de combustible-mecha. Compruebe la lisura de la superficie de la mecha combustible con un calibre angular.
  9. Abra el software de balance de masa y compruebe la configuración de la interfaz USB. Comprobar el balance de masa y tomar nota de su lectura antes de la prueba.

4. Los experimentos se ejecutan en un laboratorio de combustión o fuego

  1. Garantizar una ventilación adecuada de la instalación experimental mediante la activación de los gases de escape después de completar cada serie de experimentos. mixhaust debe ser lo más mínimo o aislados como sea posible durante los experimentos para ayudar a eliminar las perturbaciones del flujo.
  2. Antes de que se encendió una muestra, calibrar la cámara digital, vista lateral al tomar una foto de una hoja de papel cuadriculado o una regla que está alineado a lo largo del eje central de la superficie del combustible. Obtener un recuento promedio de píxeles / mm a partir de las imágenes de calibración. Utilice este valor de píxeles / mm durante el procesamiento posterior de las imágenes (para la creación de la escala de medición en ImageJ).
  3. Encender el combustible con un soplete de propano, momentáneamente tocarlo para una mecha combustible líquido y pasar la llama de manera uniforme sobre la superficie de 50 a 60 seg con un combustible sólido.
  4. Hora de inicio experimental inmediatamente después del encendido uniforme. Use un cronómetro para indicar el tiempo de combustión.
  5. Pulse el botón de adquisición de datos en el software de balance de masa.
  6. Monitorear la pérdida de masa de la mecha encendida durante un intervalo de tiempo y escribirla en un archivo de medición. Utilice el software de balance de masa para la gada propósito.
  7. Repita los pasos 4.3 a 4.6 para múltiples pruebas en las mismas condiciones para asegurar la repetibilidad.
  8. Use la pérdida de masa frente a la curva de tiempo para determinar el régimen de la quema constante, donde un ajuste lineal de la pérdida de masa tiene un alto valor R 2.
  9. Para combustibles sólidos inestables, grabar muestras en incrementos de 50 segundos personalizado de ignición al agotamiento de regresión para medir la superficie (por ejemplo, durante 50 segundos, 100 segundos, 150 segundos, etc.).
  10. Corte quemado combustibles sólidos a lo largo de la línea central después de enfriar durante las pruebas de regresión.
  11. Tome vista lateral fotografías de combustibles sólidos y reducir la carga en ImageJ. Medir la regresión en lugares sentido de la corriente mediante la conversión de píxeles hasta cm con una regla. Paso a paso el procedimiento para procesar una imagen dada en ImageJ aparece a continuación.
    1. Abrir vista lateral fotografía de la muestra de combustible sólido en ImageJ través Seleccione Archivo → Abrir imagen.
    2. Abra la imagen de calibración (con regla) de la muestra de combustible sólido en ImageJPor Seleccione Archivo → Abrir calibración de la imagen.
    3. Apilar hasta la imagen de muestra de combustible sólido imagen de calibración y. Ir a Imagen → Pilas → Imágenes para apilar.
    4. Ajustar la escala de medición: trazar una línea entre dos puntos de distancia conocida como una regla en la fotografía. Ir a → Analizar para fijar la escala. En la ventana Establecer la escala de la longitud de la línea, en píxeles, se mostrará. Escriba la distancia conocida y unidades de medida en las casillas correspondientes y haga clic en OK.
    5. Dibuje una línea nueva y confirme que la escala de medición es correcta.
    6. Medir la distancia entre dos puntos en la fotografía muestra dada: Dibuje una línea entre dos puntos. La barra de estado mostrará el ángulo (de horizontal) y la longitud. Analizar → Medida (o Ctrl + M o simplemente escriba en el teclado M) transfiere los valores a una ventana de datos.
    7. Medir la regresión en cada ubicación de sentido de la corriente x midiendo el espesor de la muestra de quemado y restarlo de la iespesor nitial de la muestra.
  12. Tenga en cuenta el intervalo de tiempo durante el cual la superficie de los combustibles sólidos permanecen aproximadamente plana y usar para el mapeo de la temperatura, o los ajustes de posiciones de termopar realizados para compensar las regresión superficie.
  13. Establecer el intervalo de temperatura de mapeo para capturar mediciones durante el régimen de quema constante, aproximadamente 150 segundos para el PMMA sólida y 400 seg para mechas líquidas empapado. Establecer el intervalo de temperatura de mapeo basado en el intervalo de tiempo de combustión estable de combustibles líquidos y sólidos. Un tamaño de paso recomendado cerca de la superficie es de 0,25 mm 4-6.
  14. Alinear un termopar micro cuidadosamente con la superficie del combustible utilizando un UniSlide XY. Coloque el termopar dado en el centro de la anchura de la muestra.
  15. Mueva el termopar micro cuidadosamente al borde de ataque de la mecha de combustible mediante el UniSlide XY.
  16. Ejecutar un programa de adquisición de datos en un ordenador y leer el algoritmo de escaneo de rejilla de una carpeta en el desktop.
    Nota: Una vez que el experimento está en marcha, la recopilación de datos es automática, y el usuario sólo tiene que supervisar para asegurarse de que el experimento va según lo previsto.
  17. El uso de un programa de adquisición de datos en un ordenador, la adquisición de datos y escribir en un archivo de medición. Nota, las tasas de muestreo de 100 a 500 4-5 6 Hz fueron utilizados en experimentos anteriores.
  18. Cuando haya terminado, apagar la llama. Apague el controlador PWM y desconecte el cable de alimentación del ventilador de la toma eléctrica VAC 3 fases 240.
  19. Desactivar el controlador del motor paso a paso.
  20. Repetir los pasos 04/12 a 04/18 para los experimentos adicionales en condiciones de flujo similares o diferentes con la misma termopar. Un mínimo de 5 pruebas debe repetirse para cada condición de flujo dada (por ejemplo, velocidad de flujo forzado o la orientación vertical).
  21. Repetir los pasos 4.12 a 4.18 para un termopar micro 75 micras. Traverse dos termopares (50 micras y 75 micras de diámetro) de alambre a lo largo del same ruta en el centro de la llama para las correcciones de radiación precisos. termopares más pequeños pueden también ser utilizados, sin embargo la rotura menudo producido por los cables por debajo de 50 micras.

Análisis 5. Datos

  1. Leer los datos procesados ​​desde el archivo LVM en Matlab u otro software analítico.
  2. La media de los datos de temperatura en cada punto espacial a partir de diferentes pruebas.
  3. Calcula una corrección de radiación a partir de datos de termopar promediados en cada ubicación de sentido de la corriente, después de la correlación de Collis y Williams 10 se describe en detalle a continuación.
  4. Calcular las mediciones de temperatura compensada mediante la adición de la corrección de los datos de temperatura de radiación primas.
  5. No dimensionar los datos de temperatura y ubicación espacial.
  6. Ajustar los datos de temperatura no dimensionales en la superficie del combustible con un ajuste polinómico de orden superior apropiado usando un algoritmo de ajuste de curva en Matlab u otro software dedicado. 4 a 6 puntos cercanos a la superficiese han encontrado para trabajar bien en los estudios anteriores 4-6.
  7. Calcular los gradientes de temperatura no dimensionales normales a la superficie del combustible de la pendiente de la orden superior ajuste polinómico para la distribución de temperatura no dimensional en la superficie de combustible (y = 0).
  8. Calcular la tasa de quema masiva locales a partir del correspondiente gradiente de temperatura adimensional local en la superficie de combustible que utiliza una correlación teórica basada en la analogía de Reynolds 4.
  9. Calcular el flujo de calor por convección desde el gradiente de temperatura en la superficie de la 5-6 combustible.

Representative Results

Los experimentos se han realizado tanto en una configuración vertical y una instalación de túnel de viento horizontal único en la Universidad de Maryland, que se muestra en la Figura 1. En lugar de un tirón tradicional o túnel de viento de retorno cerrado, la instalación de túnel de viento de la Universidad de Maryland utiliza una variable ventilador de velocidad para presurizar un 100 x 75 x 100 cm plenum que impulsa el flujo de aire hacia fuera de un conducto en el extremo opuesto. Esta configuración permite a los experimentos de combustión continua que no se recircula el humo, el túnel de viento no está dañado o influenciados por el fuego y los termopares son capaces de moverse libremente a través de la sección de muestreo. El conducto de salida consiste en un 122 cm, sección convergente 30,5 cm de ancho conectado a la cámara de sobrepresión. Para enderezar el flujo y reducir la intensidad de turbulencia entrante, pantallas de malla fina se colocan en la entrada y salida de la sección convergente y un panal de 5 cm de espesor con agujeros de 0,3 cm es110 cm colocado aguas arriba de la salida del túnel. La velocidad del flujo que sale del túnel de viento se controla variando la velocidad del ventilador con un ancho de modulación de pulso (PWM) muestras de controlador y de combustible se colocan en la salida del túnel, donde las velocidades de flujo se han comprobado a través de la utilización de un anemómetro de hilo caliente.

muestras de combustible a la salida del túnel de viento se colocaron en la parte superior de una célula de carga que mide continuamente la pérdida de masa de la muestra con el tiempo. Para evitar perturbaciones en el viento para la célula de carga, la muestra fue elevado en una hoja de aluminio (30,5 x 61,0 cm x 1,5 mm de espesor) por dos soportes en U y rodeado de 1,27 cm de espesor del tablero aislante de fibra cerámica para asegurar una superficie lisa alrededor de la muestra de ardor. La superficie superior de la placa se recubrió con una pintura de color negro mate de alta temperatura con una emisividad de aproximadamente 98% para asegurar un buen telón de fondo para la observación visual de la llama y para sellar el aislamientoque también contiene aglutinantes orgánicos. Debido a que el panel de aislamiento presenta un cuerpo relativamente roma para el flujo de entrada, la colocación de la configuración de la muestra directamente en la salida del túnel de viento resultó en la separación de flujo y la turbulencia significativa observada en llamas. El trabajo previo de Ha et al. Encontró que la fijación de una placa de extensión a la sección inicial de la muestra de combustible impidió la separación de flujo y se aseguró un perfil de flujo laminar de entrada a la muestra. A 10 cm de ancho, 40,6 cm de largo y delgado, el labio de metal era, por tanto, montado desde el borde de ataque de la muestra a la salida del túnel de viento, proporcionando una llama de difusión laminar final se llegó a coincidir con la teoría 7 existente.

En combustibles líquidos de prueba se necesitaba una mecha porosa no combustible. Un 10 cm x 10 cm x 1,27 cm de espesor de chapa de silicato alcalino lana tierra fue seleccionado para los experimentos de flujo forzado debido a su alta porosidad y baja conductividad térmica. en Order para evitar fugas de combustible a partir de la muestra, se utilizó pegamento silicato de sodio para aplicar papel de aluminio para todo salvo la cara frontal. La muestra también se "cuece" para eliminar los aglutinantes orgánicos haciendo pasar un soplete sobre la muestra durante aproximadamente 20 minutos, momento en el que la llama cambia de amarillo a azul (que indica la eliminación de carpetas de la muestra). Durante las pruebas, mechas se empaparon con aproximadamente 120 ml de combustible líquido (etanol o metanol), que se encontró que el punto de saturación para los 10 cm de ancho mechas.

La velocidad de combustión de la masa de combustible se determinó midiendo la pérdida de masa de la muestra con el tiempo durante la combustión a una velocidad de 1 Hz. La configuración de la muestra fue apoyado sobre un balance de masas de precisión con una capacidad máxima de 32,2 kg y una resolución de 0,1 g, lo suficientemente fina para medir esta tasa de pérdida de masa con alta precisión. Después de la ignición de la muestra por un soplete, la tasa de pérdida de masa de la condensed combustible aumenta como una función del tiempo, hasta alcanzar una velocidad constante que finalmente se desvanece hacia el final de la prueba como el combustible se quema. Esta región "constante", donde la evaporación del combustible en lugar de difusión a través de la mecha domina quema, es la región de interés, donde se toman muestras de datos. Para una mecha líquido, se encontró que las muestras para quemar con una tasa de pérdida de masa constante por aproximadamente 400 seg, aproximadamente la mitad del 80% de una prueba. Todas las velocidades de combustión presentados son medias de al menos seis pruebas repetidas, en condiciones especiales, cuando se comprobó la repetibilidad de las mediciones para estar dentro de 1,2% de la media.

Para el ensayo de una muestra de combustible sólido, se seleccionó el polimetacrilato de metilo (PMMA) como se quema relativamente constante y no lo hace carbón. Con el fin de encender la muestra, un soplete se hizo pasar sobre la superficie de la muestra de 50 a 60 seg, momento en el cual se encendió uniformemente toda la superficie. Porque elmuestra de combustible era pequeña y los resultados experimentales han encontrado ser muy repetible, el método se considera suficiente para la ignición. A diferencia de los combustibles líquidos se impregnan en una mecha no combustible, combustibles sólidos regresión como una función del tiempo y son por lo tanto nunca verdad lograr un régimen estable. En lugar de ello, se eligieron los primeros tiempos de la quema a muestrear donde el combustible se mantuvo relativamente plana, determinado experimentalmente que ocurra durante los primeros 150 segundos después del encendido.

Para ambos combustibles líquidos y sólidos, temperaturas por encima de la superficie del combustible fueron asignadas en la fase gaseosa utilizando termopares de hilo fino. Para PMMA, las temperaturas se tomaron muestras a los 6 puntos por encima de la superficie a partir de la capa de fundido en la fase de gas a intervalos de 0,25 mm (para las pruebas de convección forzada). Para combustibles líquidos, estas mediciones se llevaron a cabo de la capa delgada de combustible en la superficie a 6 puntos con la misma resolución. Estos perfiles se tomaron en 12 localidades colong la longitud de la superficie del combustible, dentro de 400 segundos de ignición para muestras líquidas y dentro de 150 segundos para PMMA.

Las mediciones de temperatura antes mencionados se llevaron a cabo utilizando de tipo R Pt / Pt-13% Rh termopares Micro (soldada por puntos) con dos diámetros de alambre, 50 micras (0,002 pulgadas) a 75 mm (0,003 pulgadas) que tienen diámetros del grano de aproximadamente 100 micras y 150 m, respectivamente. El tamaño de los termopares se elige de manera que el termopar era tan pequeña como sea posible sin recurrir rotura (para minimizar correcciones radiación necesaria), sin embargo algunas correcciones de radiación eran todavía necesario. El uso de dos termopares de diferentes diámetros se eligieron con el fin de determinar mejor una corrección de radiación correspondiente (descrito más adelante). termopares micro fueron luego atravesaron el uso de un conjunto de unislides XY controladas por ordenador con una resolución espacial máxima de 1,5 micras. Las señales de voltaje fueron luego se ACQpedirá otra, acondicionado y digitalizada a través de un módulo de adquisición de datos nominal de hasta 0,02 ° C sensibilidad de medición. software LabVIEW se utiliza para sincronizar el movimiento de ambas las 50 micras y 75 micras termopares alambre de diámetro con medición de la temperatura sobre la muestra.

Con el fin de determinar una corrección de radiación relativamente precisa, los dos tamaños de termopar descritas se desplazan sobre el mismo lugar durante las pruebas repetidas. La correlación de Collis y Williams se aplicó para pérdidas de calor de la muestra 5-6,8,

Ecuación 1 (1)

donde Nu es el número de Nusselt y Re = Ud w / v es el número de Reynolds, que se obtuvo por 0,02 <Re <44, con propiedades evaluadasa la temperatura de la película, Τ m, un promedio del gas, Τ g, y termopar, T se temperaturas tc. Aquí, el número de Reynolds Re se define como se indica para la velocidad de flujo de gas local U y la viscosidad cinemática v. D w en la ecuación. (1) representa el diámetro del alambre del termopar.

Para las mediciones de estado estable, como en el caso descrito aquí, un balance de energía en la unión de termopar se reduce a un balance de calor convectivo-radiativo (despreciando los errores debido a la conducción y los efectos catalíticos), dada por

Ecuación 2 (2)

Ecuación 360; (3)

donde Τ g es la temperatura del gas real, Τ tc es la unión de termopar (o talón) de la temperatura, Τ surr es la temperatura de los alrededores, tc ε es la emisividad de la unión de termopar, σ es el Stefan-Boltzmann constante y h es el coeficiente de transferencia de calor por convección del flujo sobre la unión de termopar define como h = k Nu / d. k es la conductividad térmica del gas, Nu es el número de Nusselt, y d es el diámetro del alambre del termopar. La elección de la correlación número de Nusselt es de suma importancia en el cálculo de una corrección de radiación a la temperatura de termopar medida porque, como se muestra en la Ec. (3), la corrección de radiación es inversamente proporcional al número de Nusselt. Esta elección es complicada, sin embargo, debido a la EXI stence de múltiples correlaciones número de Nusselt "apropiadas" y la dificultad en la estimación de las propiedades de la mezcla de gas que rodea el termopar, en particular su conductividad térmica. El grueso de la evidencia en la literatura, sin embargo, indica claramente que una correlación número de Nusselt cilíndrica es la más apropiada para la descripción de la transferencia de calor por convección a casi todos los termopares prácticos 5-6, preferentemente la de Collis y Williams 8.

La correlación número de Nusselt debe ser sustituido en un equilibrio convectivo-radiativo estado estacionario (ecuación 3) y descuidando pequeña dependencia de la temperatura, se forman un sistema de dos ecuaciones con dos incógnitas (es decir, Τ G y U),

Ecuación 4 (4)

t "fo: keep-together.within-page =" 1 "> y

Ecuación 5 (5)

Las ecuaciones (4) y (5) debe ser resuelto de forma iterativa juntos en cada punto, ya que las conductividades de la fase gas y viscosidades cinemáticas son a la vez una función de la temperatura. La temperatura del grano debe ser usado como la primera iteración de la temperatura del gas para evaluar la conductividad térmica y la viscosidad cinemática, con el valor iterativo re-tomado hasta errores bajas se abordan. Al resolver las ecuaciones, parece que la corrección de radiación (es decir, la diferencia entre la lectura del termopar y la temperatura real) aumenta para los termopares de mayor diámetro y se reduce con el aumento de las velocidades de flujo a través de la perla. D w 1 y d w 2 en las ecuaciones . (4) y (5) representanteresentir los diámetros de alambre termopar utilizado en nuestro estudio.

La emisividad de la perla (ε tc) también se puede encontrar como una función de la temperatura usando un método descrito por Jakob 9. En su análisis, Jakob resuelve ecuaciones de onda de Maxwell para el complejo de índices de refracción sobre una superficie metálica como una función de su resistividad eléctrica. Un supuesto se toma en el límite de baja resistividad y grandes índices de refracción, lo que es válido para los metales, produciendo una correlación simple para la emisividad total hemisférica de platino (Pt) como,

Ecuación 6 (6)

donde, para el platino, r e r e ≈, 273 T / 273, con T en K y r e, 273 <em> = 11x10 -6 Ω-cm.
Por lo tanto, la emisividad de platino se convierte en 5-6

Ecuación 7 (7)

para 0 <T <2330 K. La emisividad de la cabeza del termopar o unión, tal como aparece en las ecuaciones. (4) y (5) por lo tanto se puede evaluar mediante el uso de la expresión anterior. Una iteración no es necesario para las Ecs. (6) y (7), porque el valor real de la temperatura del grano se conoce, sólo la temperatura del gas y la velocidad en las Ecs. (4) y (5) necesita ser resuelto de forma iterativa.

Durante los experimentos, dos termopares se desplazan exactamente a los mismos puntos de medición y los datos se tomaron muestras para tener en cuenta la corrección de radiación en las mediciones de temperatura. Las correcciones aplicadas como resultado of iteración a las ecuaciones. (4) y (5) eran pequeñas, por ejemplo, sólo 79 K para el termopar de alambre de diámetro 50 micras, con 1.700 K y menos de 5 K cerca de la superficie de combustible 6. Dado que los termopares también zonas de cruce de alta temperatura gradientes consideración de pérdidas de conducción a través del cable también debe tenerse en cuenta, sin embargo, debido a las pequeñas áreas de las secciones transversales de los cables del termopar, estos errores se calcularon en <1%, por lo tanto, no hay correcciones eran necesarias 5-6.

Con la superficie del combustible situado en el centro de la corriente de aire a la salida del túnel de viento, se proporcionó un fácil acceso a la superficie del combustible para el termopar micro y mediciones anemómetro de hilo caliente. Durante los recorridos de flujo en frío del túnel de viento (sin combustión) la velocidad de corriente libre, U ∞ del túnel de viento fue calibrado usando un anemómetro de hilo caliente, que muestrea a una velocidad de 50.000 muestras / seg para un total de duration de 10 segundos por punto. El perfil de velocidad a lo largo de la salida de todo el túnel fue tomada, revelando que un tapón consistente flujo que emana del centro de la salida del túnel. Con ello se espera para un canal cuadrado, como la salida de nuestro túnel de viento. Mediciones anteriores de Sforza et al. 10 demostraron que la longitud del núcleo potencial de un chorro de cuadrados con el número de Reynolds Re d entre 2,6 y 8,8 x 10 4 debe ser de aproximadamente 5 d aguas abajo de la salida, donde d es la altura del canal. Para d = 30,48 cm, la anchura de la salida del túnel de viento, Re d es de entre 1,5 x 10 4 y 3,9 x 10 4 significado la muestra se mantiene dentro de 1 d (20 cm) de la salida del túnel. La repetibilidad de estas mediciones era menos de 3% de la media.

Las temperaturas se midieron sobre la superficie de una hoja encendida de 10 cm x 10 cm x 1,27cm PMMA coloca en la salida de un túnel de viento que funciona a T = ∞ 0,79 m / sec y 2,06 m / seg. Los procedimientos descritos anteriormente se utilizaron para capturar mediciones de temperatura que fueron adimensionales en términos de longitud y normales * = Y / L, la temperatura, T * = (T - T w, p / T fl ad - T w, p) , donde Τ w, p y fl Τ, ad representan la pared y temperaturas de llama adiabática, respectivamente para un combustible dado, y la posición normal a la superficie de combustible donde se mide la temperatura y L la longitud de la superficie del combustible. La temperatura no dimensional gradientes normal a la superficie a continuación, se calcularon, (∂ T * / ∂ y *) y * = 0 mediante el ajuste de un polinomio de quinto orden a las temperaturas no dimensionales y la extracción de la pendiente en la superficie del combustible, y * = 0.

Figura 2 (a) muestra estos gradientes de temperatura no dimensionales a lo largo de la longitud de la superficie del combustible. Son claramente más alta en el borde delantero de la superficie del combustible, donde la llama es más cercana a la superficie del combustible, y disminuyen hacia el borde de salida (x = 100 mm), donde la llama está más lejos de la superficie del combustible. Los gradientes de temperatura no dimensionales pueden ser utilizados para determinar la tasa de masa-ardor local mediante la aplicación de la correlación 4,6,

Ecuación 8 (8)

donde B es el número de transferencia de masa del combustible dado, k w la conductividad térmica del aire evaluada en la temperatura de la pared, c p el calor específico del aire evaluado a una temperatura adiabática de la llama del combustible, y L </ Em> la longitud de la superficie del combustible de pirólisis. Se encuentra entonces la tasa de masa quema local para variar de una manera similar a los gradientes de temperatura no dimensionales, se muestra en la Figura 2 (b).

A diferencia de los combustibles líquidos, de PMMA la tasa de quema de masa local puede también ser aproximado a posteriori mediante la medición de regresión superficial local durante intervalos de tiempo fijos 2,11. muestras de PMMA fueron quemados en condiciones representativas por periodos de tiempo que van desde los 50 segundos y aumentando a intervalos de 50 seg, seguido por la extinción de la muestra. El caudal másico de pirólisis de PMMA se calcula en cada ubicación x a lo largo del eje de simetría central utilizando una aproximación de primer orden dada por Pizzo et al. 11, discutido en la literatura en otras partes 4-6. Una densidad media de PMMA, ρ s = 1.190 kg / m 3 se utilizó junto con la regresión de superficie medida a lo largo de la superficie del combustible allegar a tasas de pérdida de masa durante cada intervalo de 50 segundos a lo largo de la longitud de la muestra de combustible. Aunque un paso de tiempo más corto sería deseable, los errores en la medición hacen que se convierte poco práctica cuando los pasos de tiempo son de menos de 50 seg 5.

Para comparar las tasas de pérdida de masa de los termopares locales con los de los perfiles de regresión, los datos de tiempos de agotamiento de combustible de 100 y 150 seg se utilizaron para comparar las velocidades de combustión de masas locales que se muestran en la Figura 2 (b). Estos tiempos corresponden a aproximadamente los mismos tiempos se tomaron estas mediciones. Como puede verse en la figura, los dos métodos de medición de la velocidad de combustión de masas locales aparecen muy cerca uno del otro, lo que sugiere la metodología funciona bien para estos tipos de llamas.

Para llamas convección dominados como estos pequeños queridos, laminares, los gradientes de temperatura en la superficie del combustible también se pueden utilizar para extraer conflujos de calor convectivas, ya que son, en esencia, directamente relacionados con el gradiente de temperatura en la superficie. Utilizando las tasas de pérdida de masa medidos, los componentes de flujo de calor de la llama también pueden ser extraídos a lo largo de la zona de pirólisis. El uso de varios aproximaciones al equilibrio térmico a la superficie del combustible, que se enumeran en la literatura otras partes 2-3, estos componentes se pueden determinar sobre la superficie de una losa de la quema de PMMA. La figura 3 muestra este resultado, para una llama PMMA estabilizado con un ambiente libre de -stream velocidad de U ∞ = 2,06 m / seg. Por tanto, la técnica puede ser extremadamente útil en la evaluación de una serie de medidas para describir la quema de pequeñas muestras de combustibles, lo que lleva a una mayor comprensión del proceso de combustión, en particular la relación entre la fase sólida y gas.

Figura 1
Figura 1. ExperimentoConfiguración al. (a) esquemático del montaje experimental utilizado para medir las tasas de pérdida de masa y perfiles de temperatura a través de una convección forzada llama de difusión de la capa límite. (B) Montaje experimental para la investigación de las llamas de difusión en la capa limite bajo flujo forzado. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figura 2
Figura 2. Temperatura del gradiente y la velocidad de combustión Resultados locales. (A) Variación de los gradientes de temperatura no dimensionales normales a lo largo de la superficie del combustible para una capa límite llama de difusión PMMA en U ∞ = 0,79 m / sec y 2,06 m / seg, respectivamente. (B) Variación de los tipos de masas de quema de locales para Diffusi PMMA capa límiteen llamas en diferentes condiciones de libre flujo. Las velocidades de combustión de masas locales obtenidos a través de los gradientes de temperatura no dimensionales se comparan con los datos experimentales obtenidos a través de la regresión de la superficie de PMMA. Por favor, haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

figura 3
Figura 3. Flujo de calor Resultados bajo flujo forzado. Distribución de los diversos componentes de flujo de calor de la llama en la zona de pirólisis para una capa límite llama de difusión de PMMA en la U ∞ = 2,06 m / seg. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Discussion

El objetivo de esta investigación fue desarrollar una nueva metodología para la estimación de las velocidades de combustión de masas locales, tanto para combustibles líquidos y sólidos bajo una variedad de condiciones de flujo de campo. El estudio se analizaron dos casos, una convección libre llama de difusión de la capa límite y las llamas de difusión capa límite de convección forzada establecidos bajo diferentes condiciones de flujo libre, el uso de combustibles líquidos o sólidos.

Las velocidades de combustión locales medidos a través de mediciones de termopar de alambre fino sobre las dos mechas empapado en combustible líquido y más de losas macizas de PMMA se encontraron para que coincida con otros medios de estimación de regresión, es decir, las mediciones de combustible. Estos gradientes de temperatura cerca de la superficie del combustible se determinaron utilizando una correlación en base a la analogía Reynolds 12-13 que, mientras que requiere constante, la combustión laminar, funcionó muy bien para las muestras a pequeña escala, en última instancia resulta en datos dentro de 15% de precisión para la media de los resultados y mucho más por measurem localesentos 4-6. El factor de correlación para estas mediciones de la tasa de pérdida de masa locales depende de la cantidad de transferencia de masa del combustible Spalding representativa y otras propiedades termofísicas de combustible que se puede calcular a priori. Los resultados sugieren que esta técnica puede ser útil para extraer estas cantidades y entender la quema de combustibles de pequeña escala con mayor detalle en el futuro.

Otros estudios en la literatura han ampliado la obra representativa aquí incorporación de simulaciones numéricas 4 y experimentos con muestras orientados verticalmente, ardor libremente 4,5, y las muestras horizontalmente montado bajo vientos ambiente 6. Para estas configuraciones, los componentes de los flujos de calor también se han determinado localmente sobre la superficie del combustible utilizando la misma técnica termopar de alambre fino muy cerca de la superficie del combustible condensada. Mientras que los componentes de flujo de calor se han medido en el pasado mediante el uso de medidores embebidos, this técnica es mínimamente invasiva y ofrece una medición directa de los flujos de calor por convección, que no ha sido posible antes.

Especial cuidado se debe tomar durante los experimentos de la hora de elegir las configuraciones y la configuración del aparato específicas. En estos experimentos, los termopares elegidos para el paso 3.2 que sobresale de un pequeño tubo de cerámica, manteniendo la tensión en el cable y haciendo que la ubicación del termopar relativamente fijo. El uso de un cable de termopar suspendido sobre toda la llama sin un tubo reduciría posibles perturbaciones del tubo de cerámica, sin embargo, sería que la instalación de la ubicación específica del termopar mucho más variable que el alambre tiende a expandirse, con temperaturas crecientes. A veces, los cambios en la configuración podrían inducir efectos a través de la anchura de la muestra (por ejemplo inclinando la muestra). Si la configuración se modifica a partir de las estudiadas en el pasado 4-6, en torno a 4,14 paso controles ocasionales que la temperatura de la llama meamedicio- través de la anchura de la muestra no muestran ninguna variación significativa se debe tomar (es decir, un supuesto 2-D todavía mantiene). De lo contrario, tendrá que ser puesto en marcha un sistema de mapas en 3-D.

Los pasos más importantes, mientras que realizan los experimentos tienen que ver con la preparación del combustible y el uso adecuado de los termopares. Incluso ligeras desviaciones en el posicionamiento de los termopares podrían causar errores, por lo tanto, se debe tener cuidado al colocar el termopar en los pasos 3.2, 4.13 y 4.14. La mecha de combustible también debe ser colocado de manera que una superficie lo más plana posible se mantiene (paso 2.1) y todo el material de relleno debe ser al horno de mechas (paso 2.1.1).

El sistema de escape, que se activa en el paso 4.1 también debe mantenerse lo más mínimo o aislado como sea posible cerca de la experimento para ayudar a eliminar las perturbaciones del flujo. Esto se debe comprobar asegurando una pequeña vela no se sopla donde la prueba se llevará a cabo (sin viento). Deflectores, pantallas, Una instalación cerrada separada o pruebas en un espacio grande se pueden utilizar para lograr esto. En la etapa 4.2, el combustible sólido se encenderá tan uniformemente como sea posible. Mientras que el soplete de propano no es la fuente más ideal para hacer esto, no se encontraron experimentos para ser sensibles a la fuente de ignición en trabajos anteriores 4-6. La sensibilidad a la fuente de ignición debe ser documentado durante los experimentos variando el tiempo o la intensidad de la exposición y la observación de los resultados en la velocidad de combustión de masa constante. Si se observa la sensibilidad de un panel radiante, alternativamente, se debe utilizar para encender muestras. Los combustibles sólidos, o cualquier combustible que no tiene un gran tamaño (> 300 seg) constante región quema como se observa por las tasas de pérdida de masa debe tener mapeo temperatura tomada durante una corta región. Por ejemplo, en la etapa 4.13, se recomienda la asignación para PMMA para ser hecho cargo de la primera 150 seg, mientras que el combustible es todavía relativamente plana y la regresión superficie ha sido bien documentado. mediciones de regresión superficie pueden usar ImageJ u otro software de imagen similar para medir los píxeles de las fotografías y se convierten en longitud. Alternativamente, un micrómetro digital se puede utilizar para medir la regresión superficie de la placa sólida después de enfriarse (en cuenta la superficie de materiales "burbujeo", tales como PMMA debe lijar primero).

La correlación velocidad de combustión propuesto se basa en suposiciones laminares, sin embargo, se plantea la hipótesis de que esta técnica debe seguir una forma similar para la quema turbulenta de una superficie de combustible, aunque con una relación funcional modificada que debe determinarse experimentalmente. El trabajo que aquí se presenta se puede extender posteriormente a turbulento de combustión de la capa límite y las interacciones asociadas entre la turbulencia y la liberación de calor en fase gaseosa que impulsan el flujo de calor incidente a la superficie del combustible puede investigarse más a fondo.

La teoría en que se basa la correlación velocidad de combustión también deja de lado la radiación. La teoría se simplifica leading a la incertidumbre en sus capacidades predictivas en circunstancias que no están cubiertos por el presente trabajo. Por ejemplo, la metodología propuesta puede no funcionar para las altas llamas deposiciones de hollín en el que el flujo de calor a la superficie es en gran parte radiativo. Para grandes llamas pared turbulentos, en los que el flujo de calor por radiación a la superficie del combustible condensada es alta, la velocidad de combustión de correlación propuesto puede o puede no funcionar. La inclusión de los efectos de la radiación en la correlación propuesta es, por lo tanto, la investigación deseable y además debe llevarse a cabo con el fin de determinar esta relación funcional. Esta área requiere mejoras en el modelo si los métodos de predicción de confianza para poder alcanzar para tales llamas.

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

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References

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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).

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