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

Bu deneyin genel amacı, kararlı laminer sınır tabaka difüzyon alevlerinde, yoğunlaşmış yakıt servislerindeki yerel sıcaklık gradyanlarını tahmin etmek için mikro-termokuplların kullanımını tanımlamaktır. Bu yöntem, laminer ve türbülanslı sınır tabakalarda yanıcı bir yoğunlaşmış yakıt yüzeyi ile gaz fazı alevleri arasındaki dinamik ilişkinin araştırılması gibi, yangın bilimi alanındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Bu tekniğin temel avantajı, kararlı laminer sınır tabaka difüzyon alevlerinde yerel kütle yanma hızlarını doğru bir şekilde ölçmek için kullanılabilmesidir.

Bu prosedürü Colin Miller ve Wei Tangle gösterecekler. Her ikisi de makine mühendisliğinde doktora öğrencileridir. Sıvı yakıt deneyleri için, alkali toprak silikat yünü gibi gözenekli yanmaz bir malzemeden yakıt fitili hazırlayın.

Bir propan pürmüzünden gelen difüzyon alevi kullanarak fitili yaklaşık 20 dakika boyunca pişirin. Bu işlem, fitilin içindeki tüm organik bağlayıcıları yakacaktır. Ardından, alüminyum folyoya yüksek sıcaklık yapıştırıcısı uygulayın ve alüminyum folyoyu fitile sabitleyin.

Üst kısım temiz kalmalıdır. Katı yakıt deneyleri için, fitil ile aynı boyutlarda bir katı yakıt tabakası hazırlayın. Katı yakıtsı monte etmek için, seramik fiber yalıtım levhasına uzun bir yuva açın veya yüksek sıcaklığa dayanıklı mat siyah boya ile mühürlenmiş gözenekli, yanmaz bir malzeme kullanın.

Gerek serbest konveksiyon gerekse zorlanmış akış deneyleri için, dijital bir SLR kamerayı yakıtın merkezi eksenini ve alevin bir yan tarafını tamamen görebilecek şekilde konumlandırın. Zorlanmış konveksiyon alevleri için, piroliz bölgesindeki alev kopma mesafesinin hesaplanabilmesi amacıyla yakıt numunesinin merkezini 16'ya 8 santimetrelik bir alanda görüntüleyin. Ardından, traverse mekanizmasını yakıt numunesinin üzerine yerleştirin.

Ardından, yatay eksenine 50 mikronluk bir tel termokuplu dikkatlice takın. Sonra, programlanabilir step motor kontrolcüsünü açın ve zorlanmış akış deneyleri için rüzgar tünelinin santrifüj blowerını fişe takın. Daha sonra, PWM kontrolcüsünü blower hızına göre ayarlayın.

Rüzgar tüneli çıkışındaki hızı doğrulamak için sıcak tel anemometre kullanın. Şimdi, koruyucu ekipmanları giyin ve testi gerçekleştirmek için son hazırlıkları yapın. Fitili sıvı yakıtla doygunluğa ulaşana kadar ıslatın.

Ardından, yakıta batırılmış fitili veya katı yakıt plakasını dikkatlice yakıt-fitil tutucusuna yerleştirin. Şimdi, bir açı ölçer kullanarak yakıt fitili yüzeyinin düzlüğünü kritik bir şekilde doğrulayın. Daha sonra kütle terazisini kontrol edin ve test öncesindeki okumayı not edin.

Yakıtı ateşlemeden önce oda havalandırmasını kontrol edin. Egzoz sistemi çalışmalı ancak deney çevresindeki hava akışını minimum düzeyde etkileyecek şekilde ayarlanmalıdır. Bir numune ateşlenmeden önce, numunenin yerleştirileceği noktada bir cetvel kullanarak dijital kamerayı kalibre edin.

Ayrıca, kütle dengesi yazılımından veri toplamayı başlatın. Şimdi, numuneyi konumlandırın ve ardından yakıtı bir propan meşalesi ile ateşleyin. Fitiller için, alevi kısa süreliğine ucun yüzeyine değdirin.

Katı yakıtlar için, alevi 50 ila 60 saniye boyunca yüzey üzerinde düzenli olarak gezdirin. Yakma süresinin ardından, alevi üfleyerek söndürün. Katı yakıtlar söz konusu olduğunda, yakma işlemini belirlenen süre boyunca gerçekleştirin.

Ardından, aynı zaman aralığını kullanarak yakma işlemini birkaç kez tekrarlayın. Tüm yakma verileri toplandığında, PWN kontrolörünü sıfıra getirip blower'ın fişini çekerek blower'ı kapatın. Son olarak, step motorun kontrolörünü kapatın.

Birkaç yanma işlemi boyunca, diğer metrikleri doğrulamak amacıyla katı yakıtın kademeli regresyonu ölçülebilir. Her yanma döneminden sonra, yanmış katı yakıtı merkez hattı boyunca kesin. Ardından, yanma regresyonunu yan görünüşlü bir fotoğrafla belgeleyin.

Yan görünüş fotoğraflarını ImageJ'de analiz edin. Dosya Seç (Select File) ve Görüntüyü Aç (Open Image) seçenekleri aracılığıyla bu fotoğrafları açın. Ardından, Kalibrasyon Görüntüsünü Aç (Open Calibration Image) seçeneğini kullanarak cetvelin görüntüsünü açın.

Ardından, kalibrasyon görüntüsünü katı yakıt görüntüsünün üzerine üst üste yerleştirin. Şimdi, cetvel üzerindeki bilinen mesafeye sahip iki nokta arasında bir çizgi çizerek ölçüm ölçeğini belirleyin. Daha sonra, Analiz menüsü altından Ölçeği Ayarla seçeneğini belirleyin.

Ölçek Ayarla (Set Scale) penceresinde, hattın Bilinen Uzaklığını (Known Distance) girin ve Tamam'a tıklayın. Ölçüm ölçeğinin doğru olduğunu onaylamak için bu işlemi yeni bir hatla tekrarlayın. Şimdi, örnek fotoğrafta bir hat çizerek uzaklıkları ölçün ve ardından durum çubuğundaki açı ile uzaklık değerlerini inceleyin. Control M tuşlarına basarak veriler veri penceresine kaydedilir.

Yanma gerilemesi, örneğin kalınlığının başlangıç kalınlığından çıkarılmasıyla hesaplanır. Önemli bir nokta olarak, yakıt yüzeyinin yaklaşık olarak düz kaldığı zaman aralığını not edin. Sıcaklık haritalaması ile karşılaştırmak veya yüzey gerilemesini telafi etmek amacıyla yapılan termokupl konum ayarlamaları için bu döneme ait yanma gerilemesini kullanın.

Sıcaklık haritalamasını kurmak için, bir X-Y unislide kullanarak bir mikro termokuplu yakıt yüzeyine dikkatlice hizalayın. Bunu katı bir numunenin fitil merkezine yerleştirin. Yakıt fitili için, mikro termokuplu ön kenar boyunca dikkatlice konumlandırmak için X-Y unislide'ı kullanın.

Bir termokuplun numune yüzeyine mükemmel şekilde yerleştirilmesi kritik önem taşır. Eğer konumlandırma hatalıysa, tüm ölçümler belirli bir oranda yanlış çıkacaktır. Doğru ölçümler elde etmek için termokupl, yakıt yüzeyine mümkün olduğunca yakın olmalıdır.

Velmex betiğinde, sıcaklık haritalama aralığını katı PMMA için 150 saniye veya sıvı emdirilmiş fitiller için 400 saniye olarak ayarlayın. Numunenin yüzeyinden ölçülecek adım boyutunu, her çeyrek milimetrede bir veri toplayacak şekilde ayarlayın. Örnekleme hızını 100 ile 500 hertz arasına ayarlayın.

Eşleme sırasında yüzey, deney hataları dahilinde deforme olursa sonuçlar artık geçerli olmaz; bu nedenle ölçüm süresini ve aralığını doğru ayarlamak kritik önem taşır. Şimdi, yakma deneyini gerçekleştirirken, veri toplama programını masaüstündeki bir klasörden ızgara tarama algoritmasını okuyacak şekilde çalıştırın. Program çalışırken, LabVIEW'deki veri toplama modülü tarafından tetiklendiğinde veriler otomatik olarak kaydedilecektir.

PMMA numuneleri için zorlanmış konveksiyon sınır tabaka difüzyon alevi üzerindeki kütle kaybı oranları ve sıcaklık profilleri ölçülmüştür. Sonuçlar, mikro termokupllar ve iki termokupl radyasyon düzeltme yöntemi sayesinde, yakıt yüzeyine yakın bölgelerde düşük hatalarla doğru sıcaklıkların saptanabildiğini göstermektedir. Bir PMMA sınır tabaka difüzyon alevinin yakıt yüzeyi boyunca boyutsuz sıcaklık gradyanları, iki farklı hava akım hızında ölçülmüştür.

Yerel kütle yanma hızlarındaki varyasyonlar, farklı serbest akış koşullarında da ölçülmüştür. Boyutsuz sıcaklık gradyanları aracılığıyla elde edilen yerel kütle yanma hızları, PMMA yüzeyinin regresyonu yoluyla elde edilen deneysel verilerle karşılaştırılmıştır. Sonuçlar birbiriyle oldukça uyumludur.

Alev ısı akısı bileşenleri, saniyede 2,06 metrelik zorlanmış bir akışta daha ayrıntılı olarak incelenmiştir. Yüzeye yakın sıcaklık ölçümlerinin detayları, yüzey kütle kaybı oranlarıyla birleştirildiğinde yerel analiz için yanmanın tüm bileşenlerini sağlayan konvektif ısı akılarının çıkarılmasına olanak tanımıştır. Bu teknik bir kez kavrandığında, yakıt örneği başına birkaç dakika içinde gerçekleştirilebilir.

Bu prosedürün ardından, malzemelerin yanma davranışını daha iyi anlamak ve nümerik kodları doğrulamak amacıyla yerel kütle yanma hızlarının ve ısı transferinin analizi gerçekleştirilebilir. Bu alevlerle çalışmanın son derece tehlikeli olabileceğini unutmayın; bu prosedürü uygularken koruyucu gözlük takmak, iyi havalandırılan koşullarda çalışmak ve yanan malzemelerin toksik olmadığından emin olmak gibi önlemler her zaman alınmalıdır.