Waiting
Login processing...

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

Engineering

Sabit Laminer Sınır Tabaka Difüzyon Flames Yerel Isı eriticiler ve Yazma Oranları Tahmini Deneysel Metodoloji

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

Abstract

yoğunlaşmış faz yakıtların gerçekçi yanma davranışını modelleme, çünkü gaz fazı alevler ve yoğunlaştırılmış faz yakıtlar arasındaki kesişme noktasında meydana gelen karmaşık etkileşimlerin çözmek için bir yetersizlik kısmen ulaşamayacağı kalmıştır. Mevcut araştırma laminer sınır tabaka içinde yanıcı yoğunlaştırılmış yakıt yüzeyi ve gaz fazı alevler arasındaki dinamik ilişkiyi keşfetmek için bir teknik sağlar. Deneyler önceden Katı ve sıvı yakıtların hem üzerinde hem zorunlu ve ücretsiz konvektif ortamlarda yapılmıştır. Reynolds Analoji dayanan eşsiz bir metodoloji, yakıt yüzeyinde yerel sıcaklık değişimleri kullanan bu laminer sınır tabaka difüzyon alevler yerel kitle yanan oranları ve alev ısı akısı tahmin etmek için kullanılmıştır. Yerel kitle yanan oranları ve alevlerden konvektif ve ışınım ısı geri bildirim iki eksenli Traver duvara yakın eşlenen sıcaklık değişimleri kullanılarak hem piroliz ve tüy bölgelerinde ölçüldüse sistemi. Bu deneyler zaman alıcıdır ve yoğunlaştırılmış yakıt yüzey ateşleme aşağıdaki zaman sadece sınırlı bir süre için sürekli yanık olarak tasarım zor olabilir. Yakıt yüzeyine yakın sıcaklık profilleri, yerel sıcaklık değişimleri makul tahminler yakalamak için çok yüksek bir uzaysal çözünürlükte bir yoğunlaştırılmış yakıt yüzeyinin sürekli yanması sırasında eşlenmesi gerekir. termokupl gelen ışıma ısı kayıpları için dikkatli düzeltmeler de hassas ölçümler için çok önemlidir. Bu nedenlerden dolayı, tüm deney düzeneği nedeniyle mikro termokupl konumlandırılması en hataları ortadan kaldırarak, bir bilgisayar kontrollü hareket mekanizması ile otomatik gerekmektedir. adımların ana hatları tekrarlanabilir duvar yakınındaki sıcaklık değişimlerini yakalamak ve sağlanan yanma oranları ve ısı akıları yerel değerlendirmek için bunları kullanmak.

Introduction

Kritik gelişmeler son yüzyıl içinde yangın güvenliği araştırma alanında yapılmış olmasına rağmen, alev yayılma oranları tahmin hala farklı konfigürasyonlarda birçok malzeme için bir sorun olmaya devam etmektedir. Alev yayılma sık sık ateşleme ilk kaynağından çıkan yeni unsurların ateşleme bir dizi olarak inşa ya da doğal ortamlarda ya ilerler. Bu unignited elemanlara ısıtma oranları katkıda çünkü bireysel yanan malzemelerin yanma özelliklerinin Bilgi, alev yayılması bu oranları tahmin etmek için kritik öneme sahiptir. Bir yakıt elemanının ısı salınım oranı (HRR) dolayısıyla yangın araştırma 1 en temel miktar olarak gösterildi olmuştur, yoğunlaştırılmış faz yakıt yakma (kütle kaybı) oranı, yani buharlaşma oranına yaklaşık olarak eşit olmak bir katı yakıt, sıvı yakıt veya piroliz oranı.

yanma oranı mater yanıcılık bir ölçüsü olarak düşünülebilirial ve yangın risk analizi kritik bir parametre ve yangın söndürme sistemleri tasarımıdır. Dikey duvarın yerel kütle kaybı (veya yakma) oranı, m "f, özellikle, bu gibi bir duvara alev yayılması, yangın büyüme ve enerji serbest bırakma oranları dahilinde birçok yangın ile ilgili sorunlar, önemli bir değişken bir kasa yangın ve duman ve sıcak gaz tüyleri yayılması dikey duvar üzerinde yukarı alev yayılması öngörülmesi ile, alev yüksekliği hesaplanması gerekir, toplam enerji salım hızına bağlıdır. bu da, doğrudan doğruya etkilenir duvarın 2-3 tüm tesiriyle alanı üzerinde entegre yerel kütle-kayıp oranı. bu entegre kütle kaybı oranları bilgisi oldukça iyi bilinmesine rağmen, yakıt yüzeyi boyunca artan yerlerde kitlesel yakan oranları bilgisi iyi bilinen değildir deneysel teknikler ölçmek için, çünkü bu oranlar son derece sınırlıdır. Bu "yerel" kitle-yanma hızını sağlayan bir tekniktirbilgiler daha farklı yakıtlar veya birbirlerinden konumları ayırt mekanizmaları anlamak için araştırmacılar sağlayan, yoğunlaştırılmış yakıtların yakılması ile artan fikir verebilir. En malzemeler ilk küçük ölçekte değerlendirilir olarak (örneğin, bir koni kalorimetre 1), mantıklı bir ilk adım yoğunlaştırılmış yakıt yüzeyleri üzerinde küçük, laminer difüzyon alevler içinde yerel kitle yanan oranlarını ölçmek için bir teknik sağlamaktır.

Burada sunulan çalışma yoğunlaştırılmış yakıt yüzeyler üzerinde kurulan sabit laminer alevler üzerinde deneyler yürütmek için deneysel metodoloji ve protokollerini tartışır. Mikro termokupl kullanarak yerel sıcaklık değişimleri tahmini bu alevler 4-6 yerel kitle yanan oranları ve ısı akıları tahmini için özellikle yararlı bir tekniktir. Literatür verilerinin analizi conden yerel ısı transferi, yanma ve sürtünme katsayılarının belirlenmesi zorluğunu göstermektedirfizik anlamak ve belirli bir yangın ve yayılmasını 4-6 sürücü altında yatan mekanizmalar için önemli olan sed yakıt yüzeyi. belki kalan yakıt yüzeyi üzerinde yerel yerlerde en iyi ölçülen ateş özelliği var ısı akıları, bileşenleri ölçmek zordur kanıtlamıştır. Bu tür yakıtların değişkenliği, ısı akış ölçeklenebilirlik, ısı akış ölçer teknolojileri kararlı durum şartlarının sağlanması ve farklı zorluk olarak etkileri literatürde 4 mevcuttur verilerin oldukça geniş bir dağılım katkıda bulunmuştur. yüksek doğrulukta yerel sıcaklık değişimleri ölçümleri bu değişkenliği hafifletmek ve aynı zamanda laminer duvar yangınları, bir kanonik yangın araştırma probleminin sayısal doğrulama için kullanılan olabilir ısı transfer korelasyon sağlamak için yardımcı olacaktır. Bu tür deneyler ayrıca Laminer ve türbülanslı sınır tabakası içinde bir yanıcı yoğunlaştırılmış yakıt yüzeyi ve gaz fazı alevler arasındaki dinamik ilişkiyi inceleyen yararlıdırs. doğru doğru ve tekrarlanabilir bir şekilde, bu sıcaklık farkları yakalamak için yöntemler aşağıda anlatılmıştır.

Protocol

Deney 1. Planlama

  1. Yangın veya yanma araştırma laboratuarı girmeden önce talimatları ve güvenlik önlemlerine uyun. Güvenlik eğitimi genellikle yeni kullanıcılar için gereklidir.
  2. Gerekli testleri yürütmek için önceden deneyler planlayın. deney, gerekli yakıt ve gerekli ekipman taşıma ayrıntıları düşünün.
  3. ilgi sıvı veya katı yakıt deneyleri belirleyin. buna göre malzemeleri hazırlayın.

Malzeme ve Enstrümantasyon 2. Hazırlık

  1. akaryakıt deneyler için, gözenekli yanmaz malzemeden (toprak alkali silikat yün) bir yakıt fitili hazırlamak. Önceki deneyler 4-6 kullanmış olması 8 cm x 8 cm x serbest konveksiyon testleri için 1,27 cm ve 10 cm x 10 cm x 1,27 cm zorlanmış konveksiyon testleri için kalın levhalar.
    1. için bir propan meşalesi bir difüzyon aleve maruz kaldığında, yaklaşık 20 dakika boyunca verilen yakıt fitil fırındafitil içinde organik bağlayıcıların yakmak için.
    2. fitilin iki sıvı yakıt sızmasını ortadan kaldırmak için, bolca üst yüz hariç fitilin bütün yüzeyleri kapsayan bir şırınga ile sıvı sodyum silikat uygulanmaktadır.
    3. alüminyum folyo ile fitilin üst yüzüne ama kalkan. fitilin kenarlarına alüminyum folyo yapıştırmak için bir yüksek sıcaklık yapışkan kullanın.
  2. Katı yakıt deneyler için, katı yakıt bir yaprak kesip. Önceki serbest konveksiyon deneylerinde 2, içinde bir 8 cm x 8 cm x net bir döküm polimetil metakrilat (PMMA) 1.27 cm kalınlığında levha kullanılmıştır.
  3. Daha sonra örnek monte etmek hangi yakıt numunesi boyutuna eşit seramik elyaf yalıtım kurulu bir levha bir yuva kesin. Genellikle, yakıt fitili aynı gözenekli yanmaz kullanın; Ancak yüksek sıcaklık mat siyah boya ile mühür.
  4. Verilen veri toplama donanım ve yazılım kontrol edin. yazılımını açın ve öfke kontrolGerekli testleri yapılmadan önce çalıçtırdıgınızda haritalama algoritması.

Deneysel Kur'un 3. hazırlanması

  1. o yeterince uzakta verilen alevin tam yan görünüm yakalanır ve böylece yakıt merkez ekseni ile aynı hizada ve böylece bir yan görünüm dijital SLR fotoğraf makinesi yerleştirin.
    1. zorunlu konveksiyon için fl ames, görüntü piroliz bölgesinde fl ame stand-off mesafesini hesaplamak için 16 cm x 8 cm lik bir alanı kaplayan akaryakıt numunenin merkezinde görüş saha.
  2. yakıt numunesi üzerinde hareket mekanizması yerleştirin. dikkatle travers mekanizması yatay eksene 50 mikron tel çapı mikro termokupl takın.
  3. Programlanabilir step motor kontrolörü açın.
  4. zorla akış deneyleri, güç yukarı rüzgar tünelinin santrifüj blower durumunda.
  5. güç ayarları Rangi ile 7.000 Hz frekansa darbe genişliği modülasyonu (PWM) denetleyicisi olarak ayarlayın% 16 den sıcak telli anemometre ile doğrulanmış farklı fan hızları için% 50 ng.
  6. Test başlamadan önce koruyucu gözlük ve yangına dayanıklı elle eldiven giyiniz.
  7. Her test sırasında, doygunluk onun noktasına kadar sıvı yakıt (metanol veya etanol) ile fitil ıslatın. 8 cm x 8 cm x 1.27 cm kalınlığında fitil için, 90 mi, tam da 10 cm x 10 cm x 1.27 cm kalınlığında fitil iki 60 ml şırıngalar kullanılarak fitil emmek için yeterli, 120 mi yeterli olduğu bulunmuştur.
  8. yakıt fitil tutucu içine dikkatlice yakıt batırılmış fitil / katı yakıt plaka koyun. Bir açı ölçer ile yakıt fitil yüzey düzgünlüğünü kontrol edin.
  9. kütle denge yazılımını açın ve USB arayüz ayarlarını kontrol edin. kütle dengesi kontrol ve test öncesi okuma unutmayın.

Bir Yanma veya yangın Lab 4. Koşu Deneyleri

  1. Deneylerin her set tamamladıktan sonra egzoz açarak deneysel tesisin uygun havalandırma sağlayın. Exhaust olarak minimal veya akış bozuklukları ortadan kaldırmak için deneyler sırasında mümkün olduğunca izole olmalıdır.
  2. Bir örnek ateşlendiğinde önce, yakıt yüzeyinin merkez ekseni boyunca hizalanmış grafik kağıdına veya cetvel yaprağının bir resim alarak yan görünüm dijital kamera kalibre. Kalibrasyon görüntülerden bir ortalama piksel / aa sayısını edinin. görüntülerin post-processing sırasında piksel / mm bu değeri kullanın (ImageJ ölçüm ölçeği kurmak için).
  3. anlık bir akaryakıt fitil için dokunarak ve katı yakıt ile 50-60 saniye boyunca yüzey üzerinde eşit alevi geçen bir propan meşale ile yakıt tutuşturmak.
  4. hemen üniform kontak sonrası deneysel başlangıç ​​zamanı. yanan zamanı belirtmek için kronometre kullanın.
  5. kütle denge yazılım üzerinde veri toplama düğmesine basın.
  6. Bir zaman aralığı üzerinde yanan fitilin kütle kaybı izlemek ve ölçüm dosyasına yazmak. g kütle denge yazılımını kullanıniven amaç.
  7. Tekrarlayın tekrarlanabilirliği sağlamak için aynı koşullar altında 4.3 çoklu testler için 4.6 için yineleyin.
  8. Kütle kaybı doğrusal bir uygunluğu yüksek R2 değerine sahip sürekli yanan rejimi belirlemek için karşılık zaman eğrisi kütle kaybı kullanın.
  9. Kararsız katı yakıtlar için, yüzey gerileme ölçmek için tükenmişlik kontaktan 50 sn aralıklarla numuneler yanık (örneğin, 50 saniye, vb 100 sn, 150 sn için).
  10. Kesme regresyon test için soğutulduktan sonra merkez hattı boyunca katı yakıtları yandı.
  11. ImageJ oyulmuş katı yakıtlar ve yükün yan bakışı fotoğraflarını çekin. bir cetvel ile cm piksel dönüştürerek akım içerisinde yerlerde regresyon ölçün. adım prosedürü adım ImageJ belirli bir görüntü aşağıda listelenmiştir işlemek için.
    1. Açık Görüntü → Dosyayı Seç aracılığıyla ImageJ katı yakıt numunesinin Açık yan görünüm fotoğraf.
    2. ImageJ katı yakıt numunesinin (cetvel) ile kalibrasyon görüntüyü açmakAçık Kalibrasyon Görüntü → Dosyayı Seç yoluyla.
    3. Kalibrasyon görüntü ve katı yakıt numunesi görüntü biriktirecek. Yığınları → Görüntüler yığını → Görüntü git.
    4. Set ölçüm ölçeği: Böyle fotoğrafta bir cetvel olarak bilinen mesafe iki nokta arasındaki bir çizgi çizin. → Set Ölçeği Analiz gidin. Set Ölçeği penceresinin hattının uzunluğu ise, piksel cinsinden görüntülenir. uygun kutulara bilinen mesafeyi ve ölçü birimleri yazın ve Tamam'a tıklayın.
    5. Yeni bir çizgi çizin ve ölçüm skalası doğru olduğunu onaylayın.
    6. Verilen örnek fotoğrafta iki nokta arasındaki mesafeyi ölçerek: İki nokta arasında bir çizgi çizin. Durum çubuğu (yatay) açısını ve uzunluğunu gösterecektir. → ölçün Analiz (veya Ctrl + M veya basitçe klavyede M tipi) bir veri penceresine değerleri aktarır.
    7. burn-out numunenin kalınlığının ölçülmesi ve i çıkarılmadan her akım içerisinde konum x regresyon ölçünNumunenin nitial kalınlığı.
  12. Katı yakıtların yüzeyi yaklaşık düz kaldığı zaman aralığını Not ve sıcaklık haritalama için kullanmak ya da yüzey gerileme telafi etmek için yapılan termokupl pozisyonları ayarlamaları.
  13. Kararlı yanma rejimi sırasında katı PMMA için yaklaşık 150 sn ve sıvı bulanmış fitiller için 400 sn ölçümleri yakalamak için sıcaklık haritalama aralığını ayarlayın. Sıvı ve katı yakıtların sürekli yanma zaman aralığına dayalı sıcaklık haritalama aralığını ayarlayın. Yüzeye yakın bir tavsiye adım boyu 0.25 mm 4-6.
  14. XY UniSlide kullanarak yakıt yüzeyi ile dikkatlice bir mikro termokupl hizalayın. numunenin genişlik merkezi, verilen termokupl yerleştirin.
  15. XY UniSlide kullanarak yakıt fitil ön kenarına dikkatlice mikro termokupl taşıyın.
  16. Bir bilgisayarda bir veri toplama programını çalıştırın ve d bir klasörden ızgara tarama algoritması okumakesktop.
    Not: Deneme sürüyor sonra, veri toplama otomatik ve kullanıcı sadece deneme planlandığı gibi gidiyor emin olmak için nezaret etmek gerekiyor.
  17. Bir bilgisayarda bir veri toplama programı kullanarak, veri elde ve bir ölçüm dosyasına yazmak. Not 100 4-5 Hz 6 500 örnekleme oranları son deneylerde kullanıldı.
  18. Bittiğinde, alevi söndürmek. PWM kontrol kapatın ve 3 fazlı 240 VAC güç çıkışından üfleyici elektrik fişini çekin.
  19. step motor kontrolörü kapatın.
  20. Tekrarlayın 4.12 Aynı termokupl ile benzer veya farklı akış koşullarında ek deneyler için 4.18 için yineleyin. 5 deneyden en az, verilen her akım durumunda (örneğin, zorunlu akış hızı ya da dikey yönde) için tekrarlanmalıdır.
  21. Tekrarlayın 75 mikron mikro termokupl için 4.18 ile 4.12 arasındaki adımları. sam boyunca iki termokupl (50 mikron ve 75 mikron tel çapı) TraverseDoğru radyasyon düzeltmeler için alev merkezinde e yolu. Daha küçük termokupl da kullanılabilir, ancak genellikle 50 mikron altındaki teller için meydana kırılması olabilir.

5. Veri Analizi

  1. Matlab içine LVM dosya veya diğer analitik yazılımı işlenen verileri okuyun.
  2. farklı testler her uzamsal noktada sıcaklık verilerini ortalama.
  3. Aşağıda detaylı bir şekilde tarif Collis ve Williams 10 korelasyon, aşağıdaki her bir akım içerisinde yerde ortalama termokupl verilerinden bir radyasyon düzeltme hesaplama.
  4. Ham sıcaklık verilerine radyasyon düzeltmesi ekleyerek telafi sıcaklık ölçümleri hesaplayın.
  5. Sıcaklık veri ve mekansal konumu olmayan boyutlandırmak.
  6. Matlab veya diğer özel yazılım bir eğri fit algoritma kullanarak uygun bir üst dereceden çok terimli oturuş yakıt yüzeyinde boyutsuz sıcaklık verilerine uyacak. yüzeye yakın 4 ila 6 puanDaha önceki çalışmalarda 4-6 iyi iş gördüğü bulunmuştur.
  7. Yakıt yüzeyi (y = 0) sigara boyutlu sıcaklık dağılımı yüksek mertebeden polinom uyum eğiminden yakıt yüzeyinde normal boyutsuz sıcaklık farkları hesaplayın.
  8. Reynolds Analoji 4 dayalı bir teorik korelasyon kullanılarak yakıt yüzeyinde karşılık gelen yerel boyutsuz sıcaklık gradyanı yerel kitle yanan hızını hesaplayınız.
  9. Yakıt 5-6 yüzeyindeki sıcaklık degrade konvektif ısı akışını hesaplayın.

Representative Results

Deneyler Şekil 1'de gösterildiği bir dikey yapılandırma ve Maryland Üniversitesi'nde eşsiz bir yatay rüzgar tüneli tesisi, hem de yapılmamıştır. Aksine, geleneksel çekme veya kapalı dönüş rüzgar tünelinin daha Maryland Üniversitesi'nde rüzgar tüneli tesisi değişkeni kullanır hızlı fan ters sonunda bir kanal üzerinden hava akışını yönlendiren bir 100 x 75 x 100 cm plenum basınç vermek için. Bu yapılandırma, sürekli yanma deneyleri duman yeniden sirküle değil gibi, rüzgar tüneli hasarlı veya yangın etkilenmiş ve termokupl serbestçe örnekleme bölüm boyunca hareket edebiliyoruz değil sağlar. Çıkış kanalı plenum bağlı bir 122 cm, 30.5 cm genişliğinde daralan bölümünden oluşur. akışını düzeltmek ve gelen türbülans yoğunluğunu azaltmak için, ince örgü ekranlar daralan bölümün girişinde ve çıkışında yerleştirilmiş ve 0.3 cm delikli bir 5 cm kalınlığında petek olduğunu vardırTünel çıkışından 110 cm yukarı yerleştirilir. Rüzgar tüneli çıkan akış hızı bir darbe genişlik-modülasyon ile fan hızını değiştirerek kontrol edilir (PWM) kontrolör ve yakıt numuneleri akım hızları kullanımı yoluyla kontrol edilmiştir tünelin, çıkışında yerleştirilir bir hotwire anemometre.

Rüzgar tünelinin çıkışında yakıt örnekleri zaman içinde sürekli olarak numune kütlesi kaybını ölçen bir yük hücresi üzerine yerleştirildi. Yük hücresi rüzgarın bozuklukları önlemek için, numune bir alüminyum kağıda yükseltilmiş (30.5 x 61.0 cm x 1.5 mm kalınlığında) iki U-parantez ve 1.27 cm kalınlığında seramik elyaf yalıtım levhası ile çevrili pürüzsüz bir yüzey sağlamak için yanan numune etrafında. kurulu üst yüzeyi görsel olarak alev gözlemlemek için iyi bir zemin sağlamak ve yalıtım sızdırmaz bir yayma yaklaşık% 98 olan bir yüksek sıcaklık mat siyah boya ile kaplanmıştırhangi ayrıca organik bağlayıcı içerir. yalıtım levhası gelen akış için nispeten künt vücudu sunar, çünkü rüzgar tünelinin çıkışında doğrudan numune kurulumunu yerleştirerek akış ayrılması ve alevler içinde gözlenen önemli türbülans sonuçlandı. Ha ve arkadaşları., Önceki eser, bir yakıt numunenin gelen bölümüne uzatma plaka ekleme Bu akış ayrılması önlenir ve örnek gelen bir laminer akış profili temin bulundu. 10 cm genişliğinde, 40.6 cm uzunluğunda, ince metal dudak nedenle, zamanla teorisi 7 mevcut eşleşme bulunmuştur laminer difüzyon bir alev sağlamak, rüzgar tünelinin çıkışında numune ön kenardan monte edilir.

test sıvı yakıtlarda gözenekli yanıcı olmayan fitil gerekiyordu. 10 cm x nedeniyle yüksek gözeneklilik ve düşük termal iletkenliği 10 cm x 1.27 cm tazyikli akış deneyleri için seçilen toprak alkali silikat yün kalın levha. Ben hayırSarf numuneden yakıt sızmasını önlemek için, sodyum silikat tutkal ön yüze dışındaki tüm alüminyum folyo uygulamak için kullanıldı. örnek de "alev testleri sırasında. (örnek bağlayıcı kaldırılmasını gösteren) mavi sarı değiştirildi hangi noktada yaklaşık 20 dakika boyunca numune üzerinde bir kaynak makinesini geçirerek organik bağlayıcıların kaldırmak için 'pişmiş, fitilleri sırılsıklam oldu 10 cm genişliğinde fitiller için doygunluk noktası olarak tespit edilmiştir, sıvı yakıt (etanol veya metanol) içinde yaklaşık 120 ml.

yakıt kütle yanma oranı 1 Hz hızında yanma sırasında zaman içinde örnek kayıp kütle ölçümü ile belirlenmiştir. Örnek kurulum yüksek hassasiyetle bu kütle kaybı oranını ölçmek için yeterince iyi bir maksimum 32.2 kg kapasiteli ve 0.1 g çözünürlük ile hassas kütle dengesine üzerinde desteklenmiştir. co oksijen kaynağı ile numunenin ateşleme ardından, kütle-kayıp oranızamanın bir fonksiyonu olarak ndensed yakıt artar, yakıtın yanması en sonunda testin sonuna doğru kaybolur sabit bir oranda ulaştı. fitil boyunca yakıtın buharlaşması ziyade difüzyon yanan hakim bu "istikrarlı" bölge, veri örneklenir ilgi bölgedir. bir sıvı fitil için, numuneler, yaklaşık 400 saniye, bir test, yaklaşık orta% 80 için sürekli bir kütle kaybı hızı ile yakmak için bulunmuştur. Mevcut olan tüm yanma oranı ölçümlerinin tekrarlanabilirlik ortalama% 1.2 oranında olan bulunmuştur belirtilen koşullar altında en az altı tekrarlanan deneylerde, ortalamasıdır.

bir katı yakıt numunenin test edilmesi için, polimetil metakrilat (PMMA) nispeten sürekli yakar ve kömür değil olarak seçilmiştir. örnek ateşlemek için, bir oksijen kaynağı tüm yüzey eşit alev hangi noktasında 50-60 saniye, örnek yüzeyi üzerine geçirilmiştir. ÇünküYakıt Numune küçüktü ve çok tekrarlanabilir olduğu tespit deney sonuçları, yöntem ateşleme için yeterli olduğu kabul edilmiştir. Bir yanıcı olmayan fitil içine batırılmış sıvı yakıtların aksine, katı yakıtlar, zamanın bir fonksiyonu olarak gerileme ve bu nedenle gerçekten istikrarlı bir rejim elde asla. Yakıt nispeten yatay bir seyir nereye Bunun yerine, yanma erken kez deneysel ilk 150 sn aşağıdaki ateşleme sırasında meydana kararlı, numune alınacak seçildi.

hem sıvı hem katı yakıtlar, yakıt yüzey üzerinde sıcaklıklar ince telli termokupl kullanılarak gaz fazında haritalanmıştır. PMMA için sıcaklıklar (zorlanmış konveksiyon testler için) 0,25 mm aralıklarla gaz fazına erimiş tabakadan başlayarak yüzeyi üzerinde 6 noktada örneklenmiştir. sıvı yakıtlar için, bu ölçümler aynı çözünürlükte 6 puan dışarı yüzeyinde yakıt ince tabakasından yapılmıştır. Bu profiller 12 yerlerde al alındıSıvı numuneler için ateşleme 400 saniye içinde yakıt yüzeyinin uzunluğu, ong ve PMMA için 150 sn içinde.

bahsedilen sıcaklık ölçümleri kullanılarak gerçekleştirildi R tipi Pt / Pt-13% RH, iki tel çapları, 50 um (0.002 in) ve 75 (0.003) um, yaklaşık 100 um tane çapı olan mikro termokupllar (nokta kaynaklı) ve sırasıyla, 150 um. termokupl boyutu termokupl (gerekli radyasyon düzeltmeleri en aza indirmek için), ancak bazı radyasyon düzeltmeler hala gerekli olduğunu kırılmasını yinelenen olmadan mümkün olduğu kadar küçük olduğu gibi seçildi. Farklı çaplarda iki ısıl çiftler kullanılarak daha uygun bir radyasyon düzeltme (daha sonra açıklanacaktır) tespit etmek için seçilmiştir. Mikro termokupl daha sonra 1.5 um'lik bir yüksek uzamsal çözünürlük de bilgisayarla kontrol XY unislides kümesi kullanılarak geçilen edildi. Gerilim sinyalleri daha sonra AKA edildi edildiedinilmiş, klimalı ve 0.02 ° C ölçüm hassasiyeti kadar puan bir veri toplama modülü üzerinden sayısallaştırılmış. LabVIEW program numune üzerinde sıcaklık ölçümü 50 um ve 75 um tel çapı termokupl hem de hareket senkronize etmek için kullanıldı.

nispeten doğru radyasyon düzeltmesini belirlemek için, tarif edilen iki termokupl boyutları tekrar testler sırasında aynı yerde üzerinden enine edildi. Collis ve Williams korelasyon, numune 5-6,8 ısı kayıpları için uygulanmıştır

denklem 1 (1)

nerede Nu Nusselt sayısı ve Re = Ud a / h özellikleri ile 0,02 <Re <44 için elde edilmiştir Reynolds sayısı, değerlendirilirFilm sıcaklığında Τ m, gaz, Τ g ve termokupl Τ TC sıcaklıkları arasında bir ortalama. Yerel gaz akış hızı U ve kinematik viskozite v belirtildiği gibi burada, Reynolds sayısı Re tanımlanır. Denklem w, d. (1) termokupl tel çapını temsil eder.

Burada anlatılan örneğinde olduğu gibi kararlı durum ölçümleri için, termokupl kavşağı üzerinde bir enerji dengesi (iletim ve katalitik etkileri nedeniyle hatalar ihmal), tarafından verilen bir konvektif-radyasyonlu ısı dengesi azaltır

denklem 2 (2)

denklem 360 (3)

Τ g gerçek gazı sıcaklığı olduğu, Τ tc ε tc termokupl kavşak emisyon olduğunu, termokupl kavşak (veya boncuk) sıcaklık, Τ surr çevresi sıcaklığı olduğunu, σ Stefan-Boltzmann sabiti ve h h = k Nu / gün. k olarak tanımlanan termokupl kavşak üzerinde akış ısı transfer katsayısını gazın ısıl iletkenliği, Nu Nusselt sayısı, d termokupl tel çapı olduğunu. Nusselt sayısı korelasyon seçimi denklem de gösterildiği gibi, çünkü ölçülen termokupl sıcaklığına radyasyon düzeltme hesaplama açısından büyük önem taşımaktadır. (3), radyasyon düzeltme Nusselt sayısı ile ters orantılıdır. Bu seçim, exi, ancak, karışık Birden "uygun" Nusselt sayısı korelasyonları stence ve termokupl, özellikle termal iletkenliği çevreleyen gaz karışımının özellikleri tahmininde zorluk. Literatürde kanıt toplu Ancak açık silindirik Nusselt sayısı korelasyon Neredeyse bütün pratik termokupl 5-6, Collis ve Williams, 8, tercihen edilene konvektif ısı aktarımını tanımlanması için en uygun olan olduğunu göstermektedir.

Nusselt sayısı korelasyon kararlı durum konvektif radyatif dengesi (denklem 3) ve ihmal küçük sıcaklık bağımlılığı sübstitüe edilmelidir iki bilinmeyen (yani Τ g ve u) iki denklem bir sistem olup, oluşturulan

denklem 4 (4)

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

Denklem 5 (5)

Denklemler (4) ve gaz fazı iletkenlikleri ve kinematik viskositelerinin sıcaklığın bir fonksiyonu hem yana (5), her noktada yinelemeli bir araya çözülmelidir. boncuk sıcaklığı düşük hatalar yaklaştı kadar iteratif değeri yeniden çekilen termal iletkenliği ve kinematik viskozite, değerlendirmek için gaz sıcaklığı ilk yineleme olarak kullanılmalıdır. Denklemleri çözerken, radyasyon düzeltme (yani, termokupl okuma ve gerçek sıcaklık arasındaki fark) büyük çaplı termokupl için artar ve boncuk üzerinde akım hızları arttıkça azaldığını görünür. 1 w d ve d 2 w numaralı denklemlerde . (4) ve (5) temsilcisiÇalışmamızda kullanılan termokupl tel çapları kızıyorum.

Boncuk (ε TC) emisyon Jakob 9 tarafından belirtildiği bir yöntem kullanılarak, sıcaklığın bir fonksiyonu olarak bulunabilir. Onun analizde, Jakob elektrik direnç bir fonksiyonu olarak metalik bir yüzey üzerinde kırılma karmaşık endeksleri için Maxwell'in dalga denklemleri çözer. Bir varsayım olarak platinyum yarı küresel toplam yayıcılık (Pt) için basit bir korelasyon elde metaller için de geçerlidir düşük öz direnç ve kırılma endisinin limiti, içinde alınmış

Denklem 6 (6)

nerede, platin, r e ≈ r e, 273 T / 273, T ile K ve r e, 273 <em> = 11x10 -6 Ω cm.
Bu nedenle, platinyum emisyon 5-6 olur

Denklem 7 (7)

0 <T <2330 K. Denklem göründüğü gibi termokupl boncuk ya da kavşağın yayma, için. (4) ve (5) bu nedenle yukarıdaki ifadeyi kullanarak değerlendirilebilir. Bir yineleme Denklem için gerekli değildir. (6) ve (7) topuk sıcaklığında gerçek değeri bilindiğinden, Denklem sadece gaz sıcaklığı ve hızı. (4) ve (5) iteratif çözülmesi gerekir.

Deneyler sırasında, iki termokupl aynı ölçüm noktaları tam olarak geçilen ve veri sıcaklık ölçümlerinde radyasyon düzeltme için hesap numune alındı. düzeltmeler sonucunda o kadar uygulananf numaralı ifadelerden yineleme. (4) ve (5), örneğin, küçük sadece 79 K 50 mikron tel çapı 1.700 K termokupl ve yakıt yüzeyi 6 yakın az 5 K için. termokupl yana yüksek sıcaklıkta çapraz bölgeleri kablo üzerinden iletim kayıplarının dikkate da ancak nedeniyle termokupl tellerin küçük kesit alanları, dikkat edilmesi gereken gradyanlar, bu tür hatalar olduğu hesaplandı <% 1, bu nedenle düzeltme gerekli olan 5-6.

rüzgar tünelinin çıkışında hava akımının ortasına konumlandırılmış yakıt yüzeyi ile, yakıt yüzeyine kolay erişim için mikro termokupl ve sıcak telli anemometre ölçümleri için sağlanmıştır. Rüzgar tünelinin (yanma) serbest akım hızının soğuk akış çalışmalar sırasında, rüzgar tünelinin U ∞ toplam duratio 50,000 numune / saniye bir hızda örneklenmiş bir sıcak tel anemometre kullanılarak kalibre edilmiştirnokta başına 10 saniyelik n. Tüm tünelin çıkışında boyunca hız profili tutarlı bir fiş tünel çıkışından merkezinden çıkan akış ortaya koyan, alındı. Bu tür bizim rüzgar tünelinin çıkışında bir kare kanal için bekleniyor. Sforza vd. 10 önceki ölçümler 2.6 ve 8.8 arasında d Re Reynolds sayısı ile bir kare jet potansiyel çekirdek uzunluk x 10 4 d kanal yüksekliği çıkış, mansap yaklaşık 5 gün olması gerektiğini gösterdi. D = 30.48 cm, rüzgar tüneli çıkış genişliği, Re d numune tünel çıkışının 1 d (20 cm) içinde kalır anlamı 4 10 x 4 10 x 1.5 ile 3.9 olduğunu. Bu ölçümlerin tekrarlanabilirliği ortalama% 3 içinde oldu.

Sıcaklıklar 10 cm yanmış tabakanın yüzeyi üzerine ölçülmüştür x 10 cm x 1.27cm PMMA U ∞ = 0.79 m / sn ve 2.06 m / sn çalışan bir rüzgar tüneli çıkışında yerleştirdi. (- T W, P / T FL, reklam - T W, P T), yukarıda belirtilen prosedürler normal uzunluğu y * = Y / L ve sıcaklık, T * = açısından olmayan boyutsuzlaştırılmış edildi sıcaklık ölçümleri yakalamak için kullanılan , Τ p ve Τ fl, w, reklam sırasıyla belirli bir yakıt yüzeyine dik pozisyon sıcaklığı ölçülür y yakıt ve L yakıt yüzeyinin uzunluğu için, duvar ve adyabatik alev sıcaklıkları temsil eder. Boyutsuz sıcaklıklara beşinci dereceden polinom uydurma ve yakıt yüzeyi, y de eğim ayıklanması boyutsuz sıcaklık sonra hesaplandı yüzeye normal gradyanlar, (∂ T * / ∂ y *) y * = 0 * = 0.

Şekil 2 (a), yakıt yüzeyinin uzunluğu boyunca, bu boyutsuz sıcaklık gradyanları gösterir. Onlar açıkça alev yakıt yüzeyine en yakın olan yakıt yüzeyinin, ön kenarına en yüksek olan ve alev yakıt yüzeyinden uzak olan firar kenarı (x = 100 mm), doğru azalır. Boyutsuz sıcaklık gradyanı, korelasyon 4,6 uygulanarak lokal kitle yanma hızını belirlemek için kullanılabilir

Denklem 8 (8)

nerede B verilen yakıtın kütle aktarım sayısı, duvar sıcaklığında değerlendirilen havanın ısı iletkenliği w k, c p yakıt bir adyabatik alev sıcaklığında değerlendirilen havanın özgül ısı, ve L <olduğunu/ Em> tesiriyle yakıt yüzeyinin uzunluğu. Yerel toplu yanma hızı daha sonra, Şekil 2'de gösterildiği gibi, boyutsuz sıcaklık değişimleri benzer bir şekilde değiştirmek için bulunan (b).

Sıvı yakıtlar aksine, PMMA yerel kitle yanan oranı da zaman 2,11 sabit aralıklarla üzerinde lokal yüzey regresyon ölçerek bir posteriori yaklaşık olarak hesaplanabilir. PMMA örnekleri süreler 50 sn de başlayan ve örnek nesli ardından 50 sn aralıklarla artırılması için temsili şartlar altında yakıldı. PMMA piroliz kütle akış hızı başka 4-6 literatürde ele Pizzo ve ark., 11 tarafından verilen bir birinci dereceden bir yaklaşım kullanarak ekseni merkez simetri boyunca her X konumunda hesaplanır. PMMA ortalama yoğunluğu, ρ s / m3 1.190 kg yakıt yüzeyi boyunca ölçülen yüzey gerileme ile birlikte kullanılmıştır =yakıt numunesi uzunluğu boyunca her 50 sn aralığında kütle kaybı oranları varmak. Kısa bir zaman adımı arzu edilmesine rağmen, ölçüm hataları zaman adımları 50 saniyeden az 5 olduğunda bu pratik hale getirmek.

Regresyon profillerden olanlar ile termokupl yerel kitle kaybı oranlarını karşılaştırmak, 100 ve 150 sn yakıt tükenme süreleri elde edilen veriler Şekil 2'de gösterilen yerel kitle yanan fiyatlarını karşılaştırın kullanılmıştır (b). Bu kez bu ölçümler alındı ​​yaklaşık aynı zamanlara karşılık gelmektedir. Şekilde görüldüğü gibi, içi toplu yanma hızı ölçüm her iki yöntem bir yöntem öne alev Bu tip iyi çalışır, birbirine çok yakın görünür.

Bu tür küçük ve laminer olanlar konvektif çoğunlukta alevler, yakıt yüzeyindeki sıcaklık gradyanları Ayrıca, Con çıkarmak için kullanılabiliroldukları gibi vective ısı akıları, özünde, doğrudan yüzeyde sıcaklık gradyanı ile ilgili. ölçülen kütle kaybı oranları kullanılarak, alev ısı akışının bileşenleri de piroliz zonu boyunca elde edilebilir. Başka literatürde 2-3'te yakıt yüzeyinde ısı dengesi, çeşitli yaklaşımlar kullanılarak, bu bileşenler PMMA yanan levhanın yüzeyi üzerine tespit edilebilir. PMMA alev ortam bilgilerini ile stabilize için, Şekil 3'de bu sonuç Şekil U ∞ = 2.06 m / sn -stream hızı. teknik nedenle yanma işlemi, katı ve gaz fazı arasında özellikle ilişkinin anlaşılmasını artan yol açan yakıtların küçük numunelerin yanan tanımlamak için çeşitli önlemler değerlendirilmesinde son derece yararlı olabilir.

Şekil 1
Şekil 1. Deneyal Kur. zorunlu-taşınım sınır tabakası difüzyon ateşte kütle kaybı oranları ve sıcaklık profillerini ölçmek için kullanılan deney düzeneği (a) şematik. (B) zorla akışı altında sınır tabaka difüzyon alevleri araştırmak için deney düzeneği. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

şekil 2
Şekil 2. Sıcaklık Gradient ve Yerel Yazma Oranı Sonuçları. (A) sırasıyla U ∞ = 0.79 m / sn ve 2.06 m / sn, bir PMMA sınır tabakası difüzyon alevi yakıt yüzeyi boyunca, normal olmayan boyutlu sıcaklık değişimleri değişimi. (B) PMMA sınır tabaka diffusi yerel kitle yanan oranları DeğişimiFarklı serbest akışlı koşullarda alevler üzerinde. Boyutsuz sıcaklık değişimleri elde edilen yerel kitle yanan oranları PMMA yüzey gerileme elde edilen deneysel verilerle karşılaştırılır. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 3,
Şekil 3. Isı Flux U bir PMMA sınır tabakası difüzyon alevi için piroliz bölgesinde alev ısı akışının çeşitli bileşenlerinin Zorla Akış. Dağıtım altında sonuçtan ∞ = 2.06 m / sn. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Discussion

Bu araştırmanın amacı, akış alan çeşitli koşullar altında sıvı ve katı yakıtlar hem yerel kitle yanan oranlarının tahmini için yeni bir metodoloji geliştirmekti. Çalışma sıvı ve katı hem de yakıt kullanan, iki olgu, bir serbest taşınım sınır tabakası difüzyon alevi ve farklı serbest akışı koşulları altında kurulan zorlanmış konveksiyon sınır tabaka difüzyon alevleri düşündü.

hem sıvı yakıt batırılmış fitiller üzerinde ve PMMA katı plakalar üzerinde ince telli termokupl ölçümleri ile ölçülen yerel yanma oranları tahmini başka yollarla, yani yakıt regresyon ölçümleri maç bulundu. Yakıt yüzeyinin yakınındaki bu sıcaklık değişimleri sonuçta ortalama sonuçları ve çok% 15 doğruluk içinde veri sonuçlanan sabit gerektiren süre, laminer yanma, küçük ölçekli örnekleri için çok iyi çalıştı, Reynolds analoji 12-13 dayalı bir ilişki kullanılarak belirlendi yerel measurem daha fazlaveliler 4-6. Bu yerel kütle kaybı hızı ölçümleri için korele faktörü Örnek yakıt ve önsel hesaplanabilir diğer yakıt termo-fiziksel özelliklerinin Spalding kütle transferi sayısına bağlıdır. Sonuçlar, bu teknik, bu miktarları özü ve ileride daha ayrıntılı olarak küçük çaplı yakıt yakılmasının anlamak için yararlı olabileceğini düşündürmektedir.

Literatürde Diğer çalışmalar serbestçe 4,5 yanma, dikey yönelimli numuneler üzerinde sayısal simülasyonlar 4 ve deneyler içeren burada temsili çalışmalarını genişletti ve ortam rüzgarlar 6. maddesine örnekleri yatay monte var. Bu yapılandırmalar için, ısı akıları bileşenleri de yoğunlaştırılmış yakıt yüzeye çok yakın, aynı ince telli termokupl tekniği kullanılarak yakıt yüzey üzerinde yerel belirlenmiştir. ısı akışının bileşenlerin gömüldüğü ölçme kullanımı geçmişte ölçülmüştür birlikte, this tekniği minimal invaziv ve daha önce mümkün olmamıştır konvektif ısı akıları, direkt ölçümü sunuyor.

belirli yapılandırmalar ve cihazların kurulumu seçerken özellikle dikkatli deneyler sırasında alınmalıdır. Bu deneylerde, termokupl tel üzerindeki gerilimi tutmak ve termokupl yeri nispeten sabit hale küçük bir seramik tüp fırlamıştı adım 3.2 için seçilen. , Seramik tüp olası rahatsızlıkları azaltacak bir tüp olmadan tüm alev üzerinde asılı duran bir termokupl tel kullanarak ancak tel sıcaklık artışı ile genişletmek eğilimi çok daha değişken termokupl belirli bir konuma yerini yapacak. Bazen yapılandırmada bir değişiklik (örnek eğimli örneğin) Numunenin genişliği boyunca etkilere neden olabilir. Kurulum aşamasında etrafında, son 4-6 okudu olanlardan 4.14 arada kontrolleri değiştirilirse o alev sıcaklığı meaNumunenin genişliği boyunca ümler anlamlı değişim (yani, bir 2-D varsayım hala tutan) alınmalıdır göstermektedir. Aksi takdirde, bir 3-D haritalama sistemi uygulanacak gerekecektir.

deneyler yaparken en kritik adımlar yakıt hazırlanması ve termokupl doğru kullanımı ile yapmak zorundayız. Termokuplelerin konumlandırma bile hafif sapmalar adımlarla 3.2, 4.13 ve 4.14 olarak termokupl konumlandırırken, bu nedenle dikkat edilmelidir, hatalara neden olabilir. mümkün olduğunca düz bir yüzeye (adım 2.1) korunur ve tüm dolgu malzemesi fitilleri (adım 2.1.1) dışında pişmiş gerektiğini, böylece yakıt fitil de yerleştirilmelidir.

Adım 4.1 aktive egzoz sistemi, aynı zamanda en az olarak tutulan ya da akış bozuklukları ortadan kaldırmaya yardımcı deney mümkün yakın olarak izole edilmelidir. Bu test (Rüzgar olmadan) gerçekleşecek nerede şişmiş olmayan küçük bir mum sağlayarak kontrol edilmelidir. Saptırma plakaları, ekranlar, Geniş bir alanda ayrı bir kapalı tesisi veya test Bunu gerçekleştirmek için kullanılabilir. Aşama 4.2, katı yakıt mümkün olduğu kadar homojen bir alev gerekir. Propan meşale bunu yapmak için en ideal kaynak olmasa da, deneyler geçmiş iş 4-6 ateşleme kaynağına karşı duyarlı olduğu tespit edilmemiştir. Ateşleme kaynağına Duyarlılık zaman ya da maruz kalma şiddeti değişen ve sürekli kitle yanma oranı sonuçları gözlemleyerek deneyler sırasında dokümante edilmelidir. hassasiyet gözlenirse bir ışıma paneli, alternatif örnekleri tutuşturmak için kullanılmalıdır. Katı yakıtlar, ya da kısa bir bölgeye alınan sıcaklık haritalama olmalıdır kütle kaybı oranları ile görüldüğü gibi bir büyük (> 300 sn) sürekli yanan bölgeye sahip olmayan herhangi bir yakıt. Yakıt hala nispeten düz ve yüzey regresyon iyi belgelenmiş iken Örneğin, adım 4.13 eşleştirme, ilk 150 saniye boyunca alınacak PMMA için tavsiye edilir. Yüzey regresyon ölçümleri I kullanabilirsinizmageJ ya da diğer benzer görüntü yazılımı fotoğrafları pikselleri ölçmek ve uzunluğuna dönüştürmek. Seçenek olarak ise, bir dijital mikrometre Soğuduktan sonra, katı levha yüzeyi gerilemesini ölçmek için kullanılabilir (örneğin, PMMA olarak "kabarcıklanma" malzeme yüzeyi dikkat ilk kumlanmalıdır).

Önerilen yanma hızı korelasyon laminer varsayımlara dayanmaktadır, ancak bu teknik deneysel olarak tespit edilmelidir değiştirilmiş fonksiyonel bir ilişki ile de olsa, bir yakıt yüzeyinin türbülanslı yakma için de benzer bir formu uygun olmalıdır varsayılmaktadır. Burada sunulan çalışma, daha sonra sınır tabakası yanma ve daha fazla araştırılması olabilir yakıt yüzeyine olay ısı akışını sürücü türbülans ve gaz fazında ısı salınımı arasındaki ilişkili etkileşimleri türbülanslı uzatılabilir.

yanma hızı ilişki dayandığı teori de radyasyon ihmal. teori basitleştirilmiş bir leBu çalışmada yer almayan durumlarda kendi öngörü yetenekleri belirsizlik ading. yüzeye ısı akışı büyük ölçüde ışınım olduğu Örneğin, verilen metodoloji yüksek sooting alevler için çalışmayabilir. yoğunlaştırılmış yakıt yüzeyine ışınım ısı akısı yüksek olduğu büyük çalkantılı duvar alevler için, önerilen yanma hızı ilişki ya da çalışmıyor olabilir. Önerilen korelasyon radyasyon etkileri dahil edilmesi dolayısıyla, arzu ve daha fazla araştırma bu işlevsel ilişkiyi belirlemek amacıyla yapılmalıdır vardır. kendine güvenen tahmin yöntemleri, alevler için elde edilecekse bu alanda modelinde iyileştirmeler gerektirir.

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

Mühendislik Sayı 112 Reynolds benzerliği mikro termokupl sıcaklık değişimleri kitle yanma oranları ısı akıları difüzyon alevleri
Sabit Laminer Sınır Tabaka Difüzyon Flames Yerel Isı eriticiler ve Yazma Oranları Tahmini Deneysel Metodoloji
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