स्थिर लेमिना की सीमा परत प्रसार लपटों में स्थानीय गर्मी अपशिष्टों और जलन दरें के आकलन के लिए प्रायोगिक क्रियाविधि

1Department of Fire Protection Engineering, University of Maryland
Engineering
 

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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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Abstract

सघन चरण ईंधन के जलने यथार्थवादी व्यवहार मॉडलिंग गैस चरण आग की लपटों और सघन चरण ईंधन के बीच इंटरफेस में होने वाली जटिल संबंधों को हल करने में असमर्थता की वजह से भाग में पहुंच से बाहर बनी हुई है। वर्तमान अनुसंधान लामिना सीमा परतों में एक दहनशील संघनित ईंधन की सतह और गैस चरण आग की लपटों के बीच गतिशील संबंध का पता लगाने के लिए एक तकनीक है। प्रयोगों से पहले दोनों ठोस और तरल ईंधन पर दोनों के लिए मजबूर किया और नि: शुल्क संवहनी वातावरण में आयोजित किया गया है। एक अनूठी पद्धति, रेनॉल्ड्स सादृश्य के आधार पर, इन लामिना सीमा परत प्रसार ईंधन की सतह पर स्थानीय तापमान ढ़ाल का उपयोग आग की लपटों के लिए स्थानीय जन जलने दरों और लौ गर्मी अपशिष्टों का अनुमान किया गया था। स्थानीय जन जलने दरों और आग की लपटों से संवहनी और विकिरण गर्मी प्रतिक्रिया एक दो अक्ष ट्रेवर द्वारा दीवार के पास मैप किया तापमान ढ़ाल का उपयोग करके दोनों pyrolysis और पंख क्षेत्रों में मापा गयाएसई प्रणाली। इन प्रयोगों समय लेने वाली हैं और गाढ़ा ईंधन सतह प्रज्वलन के बाद समय का केवल एक सीमित अवधि के लिए तेजी से जलता है के रूप में डिजाइन करने के लिए चुनौतीपूर्ण हो सकता है। ईंधन की सतह के पास तापमान प्रोफाइल क्रम में स्थानीय तापमान ढ़ाल के उचित अनुमान पर कब्जा करने में एक बहुत ही उच्च स्थानिक संकल्प पर एक संक्षिप्त ईंधन की सतह के स्थिर जल के दौरान मैप किया जा करने की जरूरत है। thermocouples से विकिरण गर्मी नुकसान के लिए सावधानी से सुधार भी सटीक मापन के लिए आवश्यक हैं। इन कारणों के लिए, पूरे प्रयोगात्मक सेटअप एक माइक्रो thermocouple की स्थिति के कारण एक कंप्यूटर नियंत्रित पार तंत्र के साथ स्वचालित किया जा करने के लिए, सबसे त्रुटियों को दूर करने की जरूरत है। कदम की एक रूपरेखा reproducibly पास दीवार तापमान ढ़ाल पर कब्जा करने और स्थानीय जलने दरों और गर्मी अपशिष्टों प्रदान की जाती है का आकलन करने के लिए उन्हें का उपयोग करने के लिए।

Introduction

महत्वपूर्ण प्रगति पिछली सदी में अग्नि सुरक्षा अनुसंधान के क्षेत्र में किया गया है, वहीं लौ प्रसार की दर की भविष्यवाणी अभी भी विविध विन्यास में कई सामग्री के लिए एक चुनौती बनी हुई है। लौ प्रसार अक्सर नए तत्वों का ignitions की एक श्रृंखला, इग्निशन का एक प्रारंभिक स्रोत से उत्पन्न के रूप में या तो निर्मित या प्राकृतिक वातावरण में आय। क्योंकि इस unignited तत्वों को हीटिंग की दरों में योगदान करने के लिए अलग-अलग जलने सामग्री के जलने विशेषताओं का ज्ञान, आदेश लौ प्रसार के इन दरों की भविष्यवाणी करने में महत्वपूर्ण है। गर्मी रिहाई दर (HRR) एक ईंधन तत्व की इसलिए आग अनुसंधान 1 में सबसे मौलिक मात्रा के रूप में उद्धृत किया गया है, सघन चरण ईंधन के जलने (जन-हानि) की दर से अर्थात् वाष्पीकरण की दर लगभग बराबर किया जा रहा है एक ठोस ईंधन का एक तरल ईंधन या pyrolysis दर।

जल दर एक विद्यालय की ज्वलनशीलता के एक उपाय के रूप में सोचा जा सकता हैial और आग जोखिम विश्लेषण में एक महत्वपूर्ण पैरामीटर और आग दमन प्रणाली के डिजाइन है। स्थानीय जन हानि (या जल) की दर, एम "एफ, एक खड़ी दीवार की विशेष रूप से, है, इस तरह की ऊर्जा की रिहाई दरों में एक दीवार पर लौ प्रसार, आग विकास, और भीतर के रूप में कई आग से संबंधित समस्याओं, में एक महत्वपूर्ण चर एक बाड़े में आग, धुंआ और गर्म गैस plumes के प्रसार को एक खड़ी दीवार पर ऊपर की ओर लौ प्रसार की भविष्यवाणी के लिए, लौ ऊंचाई गणना की जानी चाहिए, जो कुल ऊर्जा रिलीज दर पर निर्भर करता है;। कि, बारी में, सीधे से प्रभावित है स्थानीय जन-हानि दीवार 2-3 की पूरी pyrolyzing क्षेत्र में एकीकृत दर। जबकि इन एकीकृत बड़े पैमाने पर नुकसान दरों का ज्ञान अपेक्षाकृत अच्छी तरह से जाना जाता है, एक ईंधन सतह के साथ वृद्धिशील स्थानों पर बड़े पैमाने पर जलती हुई दरों का ज्ञान अच्छी तरह से नहीं जाना जाता है क्योंकि प्रयोगात्मक तकनीक को मापने के लिए ऐसी दरों बेहद सीमित कर रहे हैं। एक तकनीक है कि यह "स्थानीय" जन-जलती दर प्रदान करता हैजानकारी सघन ईंधन के जलने की वृद्धि हुई अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकता है, शोधकर्ताओं को सक्षम करने के लिए आगे तंत्र है जो अलग अलग ईंधन या एक दूसरे से भेद विन्यास को समझते हैं। अधिकांश सामग्री पहली बार छोटे पैमाने पर मूल्यांकन कर रहे हैं (उदाहरण के लिए, एक शंकु कैलोरीमीटर 1 में), एक तार्किक पहला कदम छोटे, अधिक गाढ़ा ईंधन सतहों लामिना का प्रसार आग की लपटों में स्थानीय जन जलने दर को मापने के लिए एक तकनीक प्रदान करना है।

यहाँ प्रस्तुत काम प्रयोगात्मक कार्यप्रणाली और स्थिर लामिना से अधिक गाढ़ा ईंधन सतहों की स्थापना की आग की लपटों पर प्रयोगों से बाहर ले जाने के लिए प्रोटोकॉल पर चर्चा। माइक्रो thermocouples का उपयोग कर स्थानीय तापमान ढ़ाल का आकलन इन लपटों 4-6 में स्थानीय जन जलने दरों और गर्मी अपशिष्टों के आकलन के लिए एक विशेष रूप से उपयोगी तकनीक है। साहित्य डेटा के विश्लेषण से conden पर स्थानीय गर्मी हस्तांतरण, दहन और घर्षण गुणांक का निर्धारण करने की कठिनाई से पता चलता हैएसईडी ईंधन सतह है, जो भौतिकी को समझने और अंतर्निहित तंत्र है कि एक विशेष आग और उसके प्रसार को 4-6 ड्राइव के लिए महत्वपूर्ण हैं। गर्मी अपशिष्टों, जो शायद एक ईंधन की सतह पर स्थानीय स्थानों पर सबसे अच्छी तरह से मापा आग संपत्ति बनी हुई है, के घटक मापने के लिए मुश्किल साबित कर दिया है। इस तरह के ईंधन की परिवर्तनशीलता, गर्मी प्रवाह क्षमता, स्थिर राज्य की स्थिति गर्मी प्रवाह गेज प्रौद्योगिकियों को प्राप्त करने और भिन्न की कठिनाई के रूप में प्रभाव डेटा की एक नहीं बल्कि व्यापक बिखराव जो साहित्य 4 में उपलब्ध है के लिए योगदान दिया। उच्च सटीकता के साथ स्थानीय तापमान ढ़ाल के माप इस परिवर्तनशीलता को कम करने के लिए और भी गर्मी हस्तांतरण सहसंबंध है कि लामिना दीवार आग, एक विहित आग अनुसंधान समस्या के संख्यात्मक सत्यापन के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है प्रदान करने में मदद करेगा। इस तरह के प्रयोगों भी लामिना और अशांत सीमा परत में एक दहनशील संघनित ईंधन की सतह और गैस चरण आग की लपटों के बीच गतिशील संबंध की खोज में उपयोगी होते हैंएस। के तरीके सही एक सटीक और repeatable तरीके से इन तापमान ढ़ाल पर कब्जा करने के लिए नीचे वर्णित हैं।

Protocol

1. प्रयोगों की योजना

  1. निर्देश और सुरक्षा सावधानियों आग या दहन अनुसंधान प्रयोगशाला में प्रवेश से पहले का पालन करें। सुरक्षा प्रशिक्षण आम तौर पर नए उपयोगकर्ताओं के लिए आवश्यक है।
  2. अग्रिम में अपने प्रयोगों अनुसूची आवश्यक परीक्षणों से बाहर ले जाने के लिए। प्रयोग के लिए आवश्यक ईंधन और आवश्यक उपकरणों के परिवहन के विवरण पर विचार करें।
  3. ब्याज की तरल या ठोस ईंधन प्रयोगों को पहचानें। तदनुसार सामग्री तैयार करें।

2. सामग्री और इंस्ट्रूमेंटेशन की तैयारी

  1. तरल ईंधन प्रयोगों के लिए, झरझरा noncombustible सामग्री (क्षारीय पृथ्वी सिलिकेट ऊन) के एक ईंधन बाती तैयार करते हैं। पिछले प्रयोगों से 4-6 का उपयोग किया है 8 सेमी x 8 सेमी x नि: शुल्क संवहन परीक्षण के लिए 1.27 सेमी और 10 सेमी x 10 सेमी x 1.27 सेमी मजबूर संवहन परीक्षण के लिए मोटी चादरें।
    1. आदेश में एक प्रोपेन मशाल से एक प्रसार लौ को यह उजागर द्वारा लगभग 20 मिनट के लिए दिए गए ईंधन बाती सेंकनाबाती अंदर कार्बनिक बाँधने को जलाने के लिए।
    2. आदेश बाती की तरफ से तरल ईंधन के रिसाव को खत्म करने के लिए, उदारतापूर्वक शीर्ष चेहरे को छोड़कर बाती के सभी चेहरों को शामिल करते हुए एक सिरिंज के साथ तरल सोडियम सिलिकेट लागू होते हैं।
    3. लेकिन एल्यूमीनियम पन्नी के साथ बाती के शीर्ष चेहरा सब शील्ड। बाती के पक्ष में एल्यूमीनियम पन्नी पेस्ट करने के लिए एक उच्च तापमान चिपकने का प्रयोग करें।
  2. ठोस ईंधन प्रयोगों के लिए, ठोस ईंधन का एक चादर में कटौती। पिछले मुक्त संवहन प्रयोगों 2 में, एक 8 सेमी x 8 सेमी x एक स्पष्ट डाली polymethyl methacrylate (PMMA) के 1.27 सेमी मोटी चादर का इस्तेमाल किया गया है।
  3. सिरेमिक फाइबर इन्सुलेशन बोर्ड ईंधन नमूना, जिसमें बाद में नमूना माउंट करने के आकार के बराबर की एक चादर में एक स्लॉट बाहर कट। अक्सर, ईंधन बाती के रूप में ही झरझरा noncombustible का उपयोग करें; हालांकि उच्च तापमान मैट काले रंग के साथ इसे सील।
  4. दिए गए डाटा अधिग्रहण हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर की जाँच करें। सॉफ्टवेयर खोलें और गुस्सा जाँचआवश्यक परीक्षणों से बाहर ले जाने से पहले ature मानचित्रण एल्गोरिथ्म।

3. प्रायोगिक सेटअप की तैयारी

  1. एक ओर देखने डिजिटल एसएलआर कैमरा इतनी जगह है कि यह ईंधन की केंद्रीय धुरी के साथ गठबंधन किया है और अब तक काफी दूर इतना है कि दिए गए लौ से भरा ओर देखने पर कब्जा कर लिया है।
    1. मजबूर संवहन के लिए FL एम्स, छवि pyrolysis क्षेत्र में फ्लोरिडा AME खड़े बंद दूरी की गणना के लिए 16 सेमी x 8 सेमी की एक क्षेत्र को कवर ईंधन नमूना के केंद्र में देखने का एक फ़ील्ड।
  2. ईंधन नमूना ऊपर पार तंत्र रखें। देखभाल के साथ पार तंत्र की क्षैतिज अक्ष करने के लिए एक 50 माइक्रोन तार-व्यास सूक्ष्म thermocouple संलग्न।
  3. प्रोग्राम stepper मोटर नियंत्रक चालू करें।
  4. मजबूर प्रवाह प्रयोगों, बिजली पवन सुरंग की केन्द्रापसारक धौंकनी के मामले में।
  5. शक्ति सेटिंग्स Rangi साथ 7,000 हर्ट्ज की एक आवृत्ति को पल्स चौड़ाई मॉडुलन (PWM) नियंत्रक सेट16% से अलग धौंकनी गति, एक गर्म-तार anemometer के साथ सत्यापित करने के लिए 50% करने के लिए एनजी।
  6. परीक्षण के साथ आगे बढ़ने से पहले सुरक्षा चश्मा और आग प्रतिरोधी हाथ दस्ताने पहनें।
  7. प्रत्येक परीक्षा के दौरान तरल ईंधन (मेथनॉल या इथेनॉल) संतृप्ति की अपनी बात पर निर्भर साथ बाती भिगो दें। एक 8 सेमी x 8 सेमी x 1.27 सेमी मोटी बाती के लिए, 90 मिलीलीटर पूरी तरह से बाती दो 60 मिलीलीटर सीरिंज का उपयोग कर सोख करने के लिए एक 10 सेमी x 10 सेमी x 1.27 सेमी मोटी बाती, जबकि पर्याप्त था, 120 मिलीलीटर के लिए पर्याप्त होना पाया गया।
  8. ईंधन से लथपथ बाती / ठोस ईंधन प्लेट ध्यान से ईंधन-बाती धारक में रखें। एक कोण नापने का यंत्र के साथ ईंधन बाती सतह की उदासी की जाँच करें।
  9. जन संतुलन सॉफ्टवेयर खोलें और यूएसबी इंटरफ़ेस सेटिंग्स की जाँच करें। जन संतुलन की जाँच करें और परीक्षण से पहले अपने पढ़ने पर ध्यान दें।

4. एक दहन या आग लैब में चल रहे प्रयोगों

  1. प्रयोगों के प्रत्येक सेट पूरा करने के बाद निकास मोड़ से प्रायोगिक सुविधा का उचित वेंटीलेशन सुनिश्चित करें। एxhaust के रूप में कम से कम या प्रयोगों के दौरान संभव के रूप में अलग-थलग प्रवाह गड़बड़ी खत्म करने में मदद करने के लिए होना चाहिए।
  2. इससे पहले एक नमूना प्रज्वलित है, ग्राफ पेपर या शासक के एक पत्रक है कि ईंधन की सतह की केंद्रीय धुरी के साथ गठबंधन किया है की एक तस्वीर लेने के द्वारा ओर देखने डिजिटल कैमरा जांचना। अंशांकन छवियों से एक औसत पिक्सेल / मिमी गिनती प्राप्त करते हैं। छवियों के बाद के प्रसंस्करण के दौरान पिक्सल / मिमी के इस मूल्य का उपयोग करें (ImageJ में माप पैमाने स्थापित करने के लिए)।
  3. एक प्रोपेन मशाल के साथ ईंधन आग लगना, क्षण भर के लिए एक तरल ईंधन बाती के लिए इसे छू और लौ एक ठोस ईंधन के साथ 50-60 सेकंड के लिए सतह पर समान रूप से गुजर रहा है।
  4. तुरंत वर्दी प्रज्वलन के बाद प्रयोगात्मक समय शुरू करो। जलने समय निरूपित करने के लिए एक बंद घड़ी का प्रयोग करें।
  5. जन संतुलन सॉफ्टवेयर पर डाटा अधिग्रहण बटन दबाएँ।
  6. एक समय अंतराल पर जलती बाती की जन हानि निगरानी और यह एक माप फाइल करने के लिए लिखें। जी के लिए बड़े पैमाने पर संतुलन सॉफ्टवेयर का प्रयोग करेंIven उद्देश्य।
  7. दोहराएँ एक ही परिस्थितियों में 4.3 कई परीक्षणों के लिए 4.6 करने के लिए कदम repeatability सुनिश्चित करने के लिए।
  8. स्थिर जल के शासन, जहां बड़े पैमाने पर नुकसान की एक रेखीय फिट एक उच्च आर 2 महत्व है निर्धारित करने के लिए बनाम समय वक्र बड़े पैमाने पर नुकसान का प्रयोग करें।
  9. अस्थिर ठोस ईंधन के लिए, सतह प्रतिगमन को मापने के लिए burnout करने के लिए प्रज्वलन से 50 सेकंड वेतन वृद्धि पर नमूने जला (जैसे, 50 सेकंड, 100 सेकंड, 150 सेकंड, आदि के लिए)।
  10. कट प्रतिगमन परीक्षण के लिए ठंडा करने के बाद centerline के साथ ठोस ईंधन जला दिया।
  11. ImageJ में कटौती ठोस ईंधन और लोड की ओर देखने तस्वीरें ले लो। एक शासक के साथ मुख्यमंत्री के पिक्सल परिवर्तित करके streamwise स्थानों पर प्रतिगमन उपाय। कदम प्रक्रिया द्वारा कदम ImageJ में एक दिया छवि इसके अंतर्गत सूचीबद्ध है संसाधित करने के लिए।
    1. ImageJ में ठोस ईंधन नमूना फाइल → खुला छवि चयन के माध्यम से ओपन ओर देखने तस्वीर।
    2. अंशांकन छवि खोलें ImageJ में ठोस ईंधन नमूने की (शासक) के साथफ़ाइल → ओपन कैलिब्रेशन चुनें छवि के माध्यम से।
    3. अंशांकन छवि और ठोस ईंधन नमूना छवि हो चुकी है। छवि के लिए जाने के ढेर → छवियाँ ढेर करने के लिए →।
    4. माप पैमाने पर सेट: इस तरह के फोटोग्राफ पर एक शासक के रूप में ज्ञात दूरी के दो अंक के बीच एक लाइन ड्रा। → सेट स्केल का विश्लेषण करने के लिए जाओ। सेट स्केल खिड़की लाइन की लंबाई में, पिक्सल में प्रदर्शित किया जाएगा। ज्ञात दूरी और उचित बक्से में माप की इकाइयों को टाइप करें और ठीक क्लिक करें।
    5. एक नई लाइन ड्रा और पुष्टि करते हैं कि माप पैमाने सही है।
    6. दिए गए नमूने तस्वीर में मापने दो अंक के बीच की दूरी: दो अंक के बीच एक लाइन ड्रा। स्थिति पट्टी (क्षैतिज) से कोण और लंबाई में दिखाई देंगे। → उपाय, विश्लेषण (या Ctrl + M या बस कीबोर्ड पर टाइप एम) एक डेटा खिड़की करने के लिए मूल्यों को हस्तांतरण।
    7. जला हुआ नमूना की मोटाई मापने और मैं इसे से घटाकर द्वारा प्रत्येक streamwise X स्थान प्रतिगमन उपायनमूने के nitial मोटाई।
  12. नोट समय अंतराल जिस पर ठोस ईंधन की सतह लगभग सपाट रहने और तापमान मानचित्रण के लिए उपयोग करें, या thermocouple सतह प्रतिगमन के लिए क्षतिपूर्ति करने के लिए किए गए पदों के समायोजन।
  13. स्थिर जल के शासन के दौरान माप पर कब्जा करने, ठोस PMMA के लिए लगभग 150 सेकंड और तरल लथपथ wicks के लिए 400 सेकंड तापमान मानचित्रण अंतराल सेट करें। तापमान मानचित्रण तरल और ठोस ईंधन के जलने स्थिर समय अंतराल पर आधारित अंतराल सेट करें। सतह के पास एक सिफारिश कदम आकार 0.25 मिमी 4-6 है।
  14. ईंधन एक XY unislide का उपयोग करने की सतह के साथ सावधानी से एक माइक्रो thermocouple संरेखित करें। नमूने की चौड़ाई के केंद्र में दी thermocouple रखें।
  15. XY unislide का उपयोग कर ईंधन बाती के अग्रणी धार को ध्यान से सूक्ष्म thermocouple ले जाएँ।
  16. एक कंप्यूटर पर एक डाटा अधिग्रहण कार्यक्रम चलाने के लिए और विकास पर एक फ़ोल्डर से ग्रिड स्कैनिंग एल्गोरिथ्म पढ़esktop।
    नोट: एक बार प्रयोग चल रहा है, डेटा संग्रह स्वचालित है, और उपयोगकर्ता सिर्फ यकीन है कि प्रयोग के रूप में की योजना बनाई जा रही है बनाने के लिए यह की देखरेख करने की जरूरत है।
  17. एक कंप्यूटर पर एक डाटा अधिग्रहण कार्यक्रम का उपयोग करना, डाटा अधिग्रहण और यह एक माप फाइल करने के लिए लिखें। ध्यान दें, 100 4-5 500 हर्ट्ज के लिए 6 का नमूना दरों पिछले प्रयोगों में इस्तेमाल किया गया।
  18. जब समाप्त हो, आग बुझाने। PWM नियंत्रक को बंद कर दें और 3 चरण 240 VAC बिजली की दुकान से धौंकनी की शक्ति प्लग काट।
  19. stepper मोटर नियंत्रक बंद कर दें।
  20. दोहराएँ 4.12 ही thermocouple के साथ समान या अलग प्रवाह की स्थिति में अतिरिक्त प्रयोगों के लिए 4.18 करने के लिए कदम। 5 परीक्षण की एक न्यूनतम प्रत्येक दिया प्रवाह हालत (जैसे, मजबूर प्रवाह वेग या खड़ी ओरिएंटेशन) के लिए दोहराया जाना चाहिए।
  21. दोहराएँ एक 75 माइक्रोन सूक्ष्म thermocouple के लिए 4.18 करने के लिए 4.12 कदम। दो thermocouples (50 माइक्रोन और 75 माइक्रोन तार-व्यास) सैम के साथ पारसटीक विकिरण सुधार के लिए लौ के केंद्र में ई पथ। छोटे thermocouples भी इस्तेमाल किया जा सकता है, लेकिन अक्सर 50 माइक्रोन से नीचे तारों के लिए हुआ टूटना हो सकता है।

5. डेटा विश्लेषण

  1. मैटलैब में एलवीएम फ़ाइल या अन्य विश्लेषणात्मक सॉफ्टवेयर से संसाधित डेटा पढ़ें।
  2. विभिन्न परीक्षणों से प्रत्येक स्थानिक बिंदु पर तापमान डेटा औसत।
  3. प्रत्येक streamwise स्थान पर औसतन thermocouple डेटा से एक विकिरण सुधार की गणना, कॉलिस और विलियम्स 10 के संबंध में विस्तार से नीचे वर्णित के बाद।
  4. कच्चे तापमान के आंकड़ों के विकिरण सुधार जोड़ने के द्वारा मुआवजा तापमान माप की गणना।
  5. तापमान डेटा और स्थानिक स्थान गैर गुणा विस्तार।
  6. एक उपयुक्त उच्च आदेश बहुपद फिट मैटलैब या अन्य समर्पित सॉफ्टवेयर में एक वक्र फिट एल्गोरिथ्म का उपयोग के साथ ईंधन की सतह पर गैर-आयामी तापमान डेटा फिट। 4 से 6 की सतह के पास अंकपिछले अध्ययनों में 4-6 अच्छी तरह से काम करने के लिए पाए गए।
  7. ईंधन की सतह (y = 0) पर गैर-आयामी तापमान वितरण करने के लिए उच्च आदेश बहुपद फिट की ढलान से ईंधन की सतह पर सामान्य गैर-आयामी तापमान ढ़ाल की गणना।
  8. एक सैद्धांतिक रेनॉल्ड्स सादृश्य 4 पर आधारित सह-संबंध का उपयोग कर ईंधन की सतह पर इसी स्थानीय गैर-आयामी तापमान ढाल से स्थानीय जन जल दर की गणना।
  9. ईंधन 5-6 की सतह पर तापमान ढाल से संवहनी गर्मी प्रवाह की गणना।

Representative Results

प्रयोगों एक खड़ी विन्यास और मैरीलैंड विश्वविद्यालय में एक अनूठा क्षैतिज पवन सुरंग की सुविधा, चित्र 1 में दिखाया दोनों में प्रदर्शन किया गया है। बल्कि एक पारंपरिक पुल या बंद वापसी हवा सुरंग से, मैरीलैंड विश्वविद्यालय में पवन सुरंग की सुविधा के लिए एक चर का उपयोग करता है गति बनाने वाला एक 100 x 75 x 100 सेमी विस्तृत बैठक जो विपरीत छोर पर एक वाहिनी बाहर हवा का प्रवाह ड्राइव दबाव डालने के लिए। यह विन्यास निरंतर दहन प्रयोगों के रूप में धुआं नहीं फिर से वितरित किया जाता है, हवा सुरंग क्षतिग्रस्त नहीं है या आग से प्रभावित है और thermocouples के लिए स्वतंत्र रूप से नमूने अनुभाग भर में स्थानांतरित करने में सक्षम हैं सक्षम बनाता है। बाहर निकलें वाहिनी विस्तृत बैठक से जुड़े 122 सेमी, 30.5 सेमी चौड़ा अभिसारी अनुभाग के होते हैं। प्रवाह सीधा और आने वाली अशांति तीव्रता को कम करने के लिए, ठीक मेष स्क्रीन प्रवेश द्वार और converging अनुभाग के बाहर निकलने पर रखा जाता है और 0.3 सेमी के छेद के साथ एक 5 सेमी मोटी छत्ते हैसुरंग से बाहर निकलें से 110 सेमी नदी के ऊपर रखा। प्रवाह हवा सुरंग बाहर निकलने के वेग एक पल्स चौड़ाई मॉडुलन के साथ पंखे की गति बदलती द्वारा नियंत्रित किया जाता है (PWM) नियंत्रक और ईंधन के नमूने सुरंग, जहां प्रवाह वेग उपयोग के माध्यम से जाँच की है की दुकान पर रखा जाता है एक Hotwire anemometer की।

पवन सुरंग की दुकान पर ईंधन नमूने एक लोड सेल है जो लगातार समय के साथ नमूना के लिए बड़े पैमाने पर नुकसान उपायों के शीर्ष पर रखा गया था। लोड सेल करने के लिए हवा की गड़बड़ी से बचने के लिए, नमूना एल्यूमीनियम का एक पत्रक पर उठाया गया था (30.5 x 61.0 सेमी x 1.5 मिमी मोटी) दो अंडर कोष्ठक द्वारा और 1.27 सेमी मोटी सिरेमिक फाइबर इन्सुलेशन बोर्ड से घिरा हुआ एक चिकनी सतह सुनिश्चित करने के लिए जलने नमूना के आसपास। बोर्ड के ऊपर की सतह उत्सर्जन लगभग 98% के साथ एक उच्च तापमान काले मैट रंग के साथ लेपित किया गया था नेत्रहीन लौ के अवलोकन के लिए एक अच्छी पृष्ठभूमि सुनिश्चित करने के लिए और इन्सुलेशन सील करने के लिएजो भी जैविक बाँधने में शामिल है। क्योंकि इन्सुलेशन बोर्ड भेजे प्रवाह के लिए एक अपेक्षाकृत कुंद शरीर प्रस्तुत करता है, नमूना सेटअप सीधे रखने विंड टनल के आउटलेट में प्रवाह जुदाई और महत्वपूर्ण अशांति आग की लपटों में मनाया में हुई। हा एट अल। द्वारा पिछले काम में पाया गया कि एक ईंधन नमूने के प्रमुख खंड के लिए एक विस्तार प्लेट संलग्न इस प्रवाह जुदाई को रोका और एक लामिना का प्रवाह प्रोफ़ाइल नमूना को भेजे गए सुनिश्चित की। इसलिए एक 10 सेमी चौड़ा, 40.6 सेमी लंबी पतली, धातु होंठ हवा सुरंग के आउटलेट के लिए नमूने के अग्रणी धार से मुहिम शुरू की, एक लामिना का प्रसार लौ कि अंततः मौजूदा सिद्धांत 7 मैच के लिए मिला था प्रदान किया गया था।

तरल ईंधन परीक्षण में एक झरझरा noncombustible बाती की जरूरत थी। एक 10 सेमी x 10 सेमी x 1.27 सेमी क्षारीय पृथ्वी सिलिकेट ऊन की मोटी चादर मजबूर प्रवाह प्रयोगों के लिए चयनित किया गया था इसकी उच्च porosity और कम तापीय चालकता के कारण है। मैं नहींनमूना से ईंधन के रिसाव को रोकने के लिए rder, सोडियम सिलिकेट गोंद सामने चेहरा छोड़कर सभी के लिए एल्यूमीनियम पन्नी लागू करने के लिए इस्तेमाल किया गया था। नमूना भी था, "लगभग 20 मिनट है, जो बिंदु पर लौ नीले रंग के लिए पीले रंग से बदल (नमूना से बाँधने के हटाने का संकेत है)। परीक्षण के दौरान के लिए नमूना पर एक टांका लगाने का यंत्र से गुजर रहा कार्बनिक बाँधने दूर करने के लिए पके हुए ', wicks लथपथ थे तरल ईंधन (इथेनॉल या मेथनॉल) जो 10 सेमी चौड़ा wicks के लिए संतृप्ति के बिंदु होना पाया गया की लगभग 120 मिलीलीटर के साथ।

ईंधन की बड़े पैमाने पर जल दर 1 हर्ट्ज की दर से बड़े पैमाने पर दहन के दौरान समय के साथ नमूना से खो मापने के द्वारा निर्धारित किया गया था। नमूना सेटअप 32.2 किलो की अधिकतम क्षमता और 0.1 ग्राम का संकल्प, काफी ठीक उच्च परिशुद्धता के साथ इस जन-हानि की दर को मापने के लिए के साथ एक सटीक बड़े पैमाने पर संतुलन पर समर्थन किया था। एक टांका लगाने का यंत्र द्वारा नमूना के प्रज्वलन के बाद सह के बड़े पैमाने पर नुकसान की दरसमय के एक समारोह के रूप में ndensed ईंधन बढ़ जाती है, अंत में एक स्थिर दर जो कि अंत में परीक्षण के अंत की ओर fades के रूप में ईंधन जलता तक पहुंच गया। यह "स्थिर" क्षेत्र है, जहां के बजाय बाती के माध्यम से प्रसार ईंधन के वाष्पीकरण जलने पर हावी है, जहां डाटा नमूना है ब्याज के क्षेत्र है। एक तरल बाती के लिए, नमूने लगभग 400 सेकंड, लगभग बीच 80 एक परीक्षण के% के लिए एक स्थिर बड़े पैमाने पर नुकसान की दर के साथ जला पाए गए। प्रस्तुत सभी जल दरों में निर्दिष्ट शर्तों के तहत कम से कम छह बार-बार परीक्षण, जहां माप repeatability मतलब के 1.2% के भीतर होना पाया गया है की औसत हैं।

एक ठोस ईंधन नमूने के परीक्षण के लिए, polymethyl methacrylate (PMMA) का चयन किया गया यह अपेक्षाकृत तेजी से जलता है और चार नहीं करता है। आदेश नमूना प्रज्वलित करने के लिए, एक टांका लगाने का यंत्र 50-60 सेकंड है, जो बिंदु पर पूरी सतह समान रूप से प्रज्वलित किया गया के लिए नमूना की सतह पर पारित किया गया था। क्यों किईंधन नमूना छोटा था और बहुत repeatable हो पाया प्रयोगात्मक परिणाम, विधि प्रज्वलन के लिए पर्याप्त नहीं समझा था। एक noncombustible बाती में भिगो तरल ईंधन के विपरीत, ठोस ईंधन के समय के एक समारोह के रूप में वापस आना है और इसलिए वास्तव में एक स्थिर शासन को प्राप्त नहीं कर रहे हैं। इसके बजाय, जलने के शुरुआती समय जांचा जा करने के लिए जहां ईंधन अपेक्षाकृत सपाट बने रहे, प्रयोगात्मक पहले 150 सेकंड के बाद प्रज्वलन के दौरान घटित करने के लिए चुना गया चुने गए हैं।

दोनों तरल और ठोस ईंधन के लिए, ईंधन की सतह पर तापमान ठीक-तार thermocouples का उपयोग कर गैस चरण में मैप किया गया। PMMA के लिए, तापमान सतह 0.25 मिमी अंतराल (मजबूर संवहन परीक्षण के लिए) पर गैस चरण में पिघला हुआ परत से शुरू ऊपर 6 बिंदुओं पर नमूना थे। तरल ईंधन के लिए, इन मापों ईंधन की पतली परत से सतह पर 6 अंक के लिए बाहर एक ही संकल्प पर प्रदर्शन किया गया। इन प्रोफाइल 12 स्थानों पर ले जाया गया अलईंधन की सतह की लंबाई, तरल नमूने के लिए प्रज्वलन के 400 सेकंड के भीतर ओंग और PMMA के लिए 150 सेकंड के भीतर।

ऊपर उल्लिखित तापमान माप का उपयोग कर बाहर किए गए आर प्रकार पं / पं-13% आरएच सूक्ष्म thermocouples (हाजिर वेल्डेड) दो तार व्यास, 50 माइक्रोन (0.002) और 75 माइक्रोन (0.003) में लगभग 100 माइक्रोन का मनका व्यास होने के साथ और 150 माइक्रोन, क्रमशः। thermocouples के आकार में इस तरह चुना गया था कि thermocouple टूटना आवर्ती के बिना संभव के रूप में छोटे (आवश्यक विकिरण सुधार को कम करने के लिए), लेकिन कुछ विकिरण सुधार अभी भी आवश्यक थे। विभिन्न व्यास के दो thermocouples का उपयोग करना ताकि बेहतर एक उपयुक्त विकिरण सुधार (बाद में वर्णित) निर्धारित करने के लिए चुने गए हैं। माइक्रो thermocouples तो 1.5 माइक्रोन की एक अधिकतम स्थानिक संकल्प के साथ कंप्यूटर नियंत्रित XY unislides का एक सेट का उपयोग कर तय किए गए थे। वोल्टेज संकेत तो ACQ गएuired, वातानुकूलित और एक डाटा अधिग्रहण 0.02 डिग्री सेल्सियस माप संवेदनशीलता पर निर्भर दर्जा मॉड्यूल के माध्यम से डिजीटल। LabVIEW सॉफ्टवेयर नमूना भर में तापमान माप के साथ दोनों 50 माइक्रोन और 75 माइक्रोन तार-व्यास thermocouples की गति सिंक्रनाइज़ करने के लिए इस्तेमाल किया गया था।

आदेश में एक अपेक्षाकृत सही विकिरण सुधार का निर्धारण करने में, दो thermocouple आकार वर्णित दोहराया परीक्षण के दौरान एक ही स्थान पर तय किए गए थे। कॉलिस और विलियम्स के सहसंबंध नमूना 5-6,8 से गर्मी नुकसान के लिए लागू किया गया था,

1 समीकरण (1)

जहां परमाणु नसेल्ट संख्या है और पुन = उद डब्ल्यू / वी रेनॉल्ड्स संख्या है, जिसके लिए 0.02 <पुन <44 प्राप्त किया गया था, गुणों के साथ मूल्यांकन किया जाता हैफिल्म के तापमान पर, Τ मीटर, गैस, Τ जी, और thermocouple, Τ टीसी तापमान के एक औसत। इधर, रेनॉल्ड्स संख्या पुन रूप में स्थानीय गैस प्रवाह वेग यू और कीनेमेटीक्स चिपचिपापन V के लिए संकेत दिया परिभाषित किया गया है। Eq में डब्ल्यू। (1) thermocouple तार व्यास का प्रतिनिधित्व करता है।

स्थिर राज्य माप के लिए, मामला यहाँ वर्णित के रूप में, thermocouple जंक्शन पर एक ऊर्जा संतुलन एक संवहनी विकिरणवाला गर्मी संतुलन को कम कर देता है (त्रुटियों की उपेक्षा चालन और उत्प्रेरक प्रभाव के कारण), द्वारा दिए गए

2 समीकरण (2)

3 समीकरण60, (3)

जहां Τ जी रियल गैस तापमान है, Τ टीसी ε टीसी thermocouple जंक्शन का उत्सर्जन होता है, thermocouple जंक्शन (या मनका) तापमान, Τ surr परिवेश के तापमान है, σ स्टीफन-बोल्ट्जमान स्थिर है और रहा है thermocouple जंक्शन एच = कश्मीर परमाणु / डी। कश्मीर के रूप में परिभाषित अधिक प्रवाह के संवहनी गर्मी हस्तांतरण गुणांक गैस की तापीय चालकता है, परमाणु नसेल्ट संख्या है, और डी thermocouple तार व्यास है। नसेल्ट संख्या सहसंबंध के चुनाव मापा thermocouple तापमान के लिए एक विकिरण सुधार की गणना, क्योंकि के रूप में दिखाया गया है Eq में सर्वोपरि महत्व का है। (3), विकिरण सुधार व्युत्क्रमानुपाती नसेल्ट संख्या के लिए आनुपातिक है। इस चुनाव EXi के कारण जटिल है, हालांकि, एकाधिक "उचित" नसेल्ट संख्या सहसंबंध की stence और गैस मिश्रण के गुणों thermocouple, विशेष रूप से अपने थर्मल चालकता आसपास के आकलन में कठिनाई। साहित्य में सबूत के थोक, हालांकि, स्पष्ट रूप से इंगित करता है कि एक बेलनाकार नसेल्ट संख्या सहसंबंध के लगभग सभी व्यावहारिक thermocouples 5-6, अधिमानतः कॉलिस और विलियम्स 8 की है कि संवहनी गर्मी हस्तांतरण वर्णन करने के लिए सबसे उपयुक्त है।

नसेल्ट संख्या सह-संबंध एक स्थिर राज्य संवहनी विकिरणवाला संतुलन (3 समीकरण) और छोटे तापमान निर्भरता की उपेक्षा में प्रतिस्थापित किया जाना चाहिए, दो अज्ञात (अर्थात् Τ जी और यू) के साथ दो समीकरणों की एक प्रणाली का गठन कर रहे हैं,

4 समीकरण (4)

टी "के लिए: रखने together.within-पेज =" 1 "> और

5 समीकरण (5)

समीकरण (4) और (5), प्रत्येक बिंदु पर iteratively एक साथ हल किया जाना चाहिए के बाद से गैस चरण conductivities और विज्ञान सम्बन्धी viscosities दोनों तापमान के एक समारोह कर रहे हैं। मनका तापमान तक कम त्रुटियों संपर्क कर रहे हैं थर्मल चालकता और कीनेमेटीक्स चिपचिपापन, चलने का मूल्य फिर से ले जाया साथ मूल्यांकन करने के लिए गैस तापमान की पहली यात्रा के रूप में इस्तेमाल किया जाना चाहिए। जब समीकरण को हल है, यह Eqs में डब्ल्यू 2 प्रतीत होता है कि विकिरण सुधार (यानी, thermocouple पढ़ने और वास्तविक तापमान के बीच अंतर) बड़ा व्यास thermocouples के लिए बढ़ जाती है और मनका अधिक प्रवाह वेग में वृद्धि के साथ कम हो जाता है। डी डब्ल्यू 1 और डी । (4) और (5) प्रतिनिधिthermocouple तार हमारे अध्ययन में इस्तेमाल व्यास बुरा मानना।

मनका टीसी) के उत्सर्जन का भी एक विधि जेकब 9 द्वारा उल्लिखित का उपयोग करते हुए तापमान के एक समारोह के रूप में पाया जा सकता है। अपने विश्लेषण में, जेकब इसकी विद्युत प्रतिरोधकता के एक समारोह के रूप में एक धातु की सतह पर अपवर्तन के जटिल सूचकांकों के लिए मैक्सवेल की लहर समीकरणों को हल करती है। एक धारणा कम प्रतिरोधकता और अपवर्तन के बड़े सूचकांकों की सीमा है, जो धातुओं के लिए सच है के रूप में लिया जाता है, (पं) प्लेटिनम की अर्धगोल कुल उत्सर्जन के रूप में करने के लिए एक सरल सहसंबंध उपज,

समीकरण 6 (6)

जहां, प्लैटिनम के लिए, आर आर ई, 273 टी / 273, कश्मीर में टी के साथ और आर ई, 273 <उन्हें> = 11x10 -6 Ω सेमी।
इसलिए, प्लैटिनम उत्सर्जन 5-6 हो जाता है

समीकरण 7 (7)

0 <टी <2,330 लालकृष्ण thermocouple मनका या जंक्शन के उत्सर्जन, Eqs में प्रकट होता है के रूप में लिए। (4) और (5) इसलिए ऊपर अभिव्यक्ति का उपयोग करके मूल्यांकन किया जा सकता है। एक चलना Eqs के लिए आवश्यक नहीं है। (6) और (7) क्योंकि मनका तापमान के वास्तविक मूल्य में जाना जाता है, केवल गैस तापमान और Eqs में वेग। (4) और (5) iteratively हल करने की जरूरत है।

प्रयोगों के दौरान दोनों एक ही thermocouples माप अंक के लिए वास्तव में तय किए गए थे और डेटा तापमान माप में विकिरण सुधार के लिए खाते में नमूना था। सुधार एक परिणाम के रूप में लागू किया हेएफ Eqs पुनरावृति। (4) और (5) छोटे थे, उदाहरण के लिए 1700 कश्मीर में 50 माइक्रोन तार-व्यास thermocouple और कम से कम ईंधन की सतह के पास 6 5 कश्मीर के लिए ही +79 कश्मीर। thermocouples के बाद भी उच्च तापमान के पार क्षेत्रों gradients तार के माध्यम से चालन घाटे का विचार भी हालांकि thermocouple तारों के छोटे क्रॉस अनुभागीय क्षेत्रों की वजह से विचार किया जाना चाहिए, ऐसी त्रुटियों होने की गणना कर रहे थे <1%, इसलिए कोई सुधार आवश्यक थे 5-6।

ईंधन की सतह हवा सुरंग के बाहर निकलने पर हवा धारा के केंद्र में तैनात साथ, ईंधन की सतह तक आसानी से पहुँचा सूक्ष्म thermocouple और गर्म-तार anemometer मापन के लिए प्रदान किया गया। हवा सुरंग (कोई दहन) मुक्त धारा वेग की ठंड प्रवाह रन के दौरान, पवन सुरंग के यू एक गर्म-तार anemometer जो कुल duratio के लिए 50,000 नमूने / सेकंड की दर से जांचा का उपयोग कर calibrated किया गया थाबिंदु प्रति 10 सेकंड के एन। पूरे सुरंग के आउटलेट के साथ वेग प्रोफ़ाइल लिया गया था, खुलासा है कि एक सुसंगत प्लग सुरंग आउटलेट के केंद्र से निकलने वाली प्रवाह। इस तरह हमारे विंड टनल के आउटलेट के रूप में एक वर्ग चैनल के लिए उम्मीद है। Sforza एट अल। 10 से पिछले माप से पता चला है कि 2.6 और 8.8 के बीच रेनॉल्ड्स संख्या के साथ एक वर्ग जेट पुन डी के संभावित कोर लंबाई 10 x 4 होना चाहिए के बारे में 5 डी से बाहर निकलें, जहां डी चैनल की ऊंचाई है के बहाव। डी = 30.48 सेमी के लिए, पवन सुरंग आउटलेट की चौड़ाई, पुन डी नमूना और अर्थ 1.5 के बीच 10 x 4 3.9 x 10 4 सुरंग आउटलेट के 1 डी (20 सेमी) के भीतर रहता है। इन मापों के repeatability मतलब की 3% के भीतर था।

तापमान 10 सेमी की एक प्रज्वलित चादर की सतह पर मापा गया x 10 सेमी x 1.27सेमी PMMA यू = 0.79 मीटर / सेकंड और 2.06 मीटर / सेकंड पर परिचालन एक पवन सुरंग की दुकान पर रखा। (- टी डब्ल्यू, पी / टी फ्लोरिडा, विज्ञापन - टी डब्ल्यू, पी टी) को उपरोक्त उल्लिखित तापमान मापन जो थे सामान्य लंबाई Y * = y / एल और तापमान, टी * = के मामले में गैर-dimensionalized पर कब्जा करने के लिए इस्तेमाल किया गया , जहां Τ डब्ल्यू, पी और Τ फ्लोरिडा, विज्ञापन दीवार और ऐडियाबैटिक लौ तापमान क्रमश: एक दिए गए ईंधन, वाई स्थिति ईंधन की सतह के लिए सामान्य, जहां का तापमान मापा जाता है और एल ईंधन की सतह की लंबाई के लिए प्रतिनिधित्व करते हैं। गैर-आयामी तापमान सतह के लिए सामान्य तो गणना की गई ढ़ाल, (∂ टी * / ∂ y *) वाई * = 0 गैर-आयामी तापमान के पांचवें क्रम बहुपद फिटिंग और ईंधन की सतह, वाई पर ढलान निकालने के द्वारा * = 0।

चित्रा 2 (क) ईंधन की सतह की लंबाई के साथ इन गैर-आयामी तापमान ढ़ाल से पता चलता है। उन्होंने स्पष्ट रूप से ईंधन की सतह, जहां लौ ईंधन की सतह के सबसे करीब है के अग्रणी धार पर सबसे अधिक हैं, और अनुगामी किनारे (एक्स = 100 मिमी), जहां लौ ईंधन की सतह से दूर है ओर कम होती है। गैर-आयामी तापमान ढ़ाल, सहसंबंध 4,6 लगाने से स्थानीय जन-जल दर निर्धारित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता

समीकरण 8 (8)

जहां बी दिए गए ईंधन के बड़े पैमाने पर स्थानांतरण नंबर, कश्मीर डब्ल्यू हवा की तापीय चालकता दीवार तापमान पर मूल्यांकन, सी पी हवाई ईंधन की एक adiabatic लौ तापमान पर मूल्यांकन के विशिष्ट गर्मी, और एल <है/ Em> pyrolyzing ईंधन की सतह की लंबाई। स्थानीय जन जल दर तो एक तरह से गैर-आयामी तापमान ढ़ाल के समान में भिन्नता पाई जाती है तो, चित्रा 2 में दिखाया गया है (ख)।

तरल ईंधन के विपरीत, PMMA के लिए स्थानीय जन-जल दर भी एक अनुभवजन्य समय 2,11 की निश्चित अंतराल पर स्थानीय सतह प्रतिगमन को मापने के द्वारा अनुमानित किया जा सकता है। PMMA नमूने समय की अवधि 50 सेकंड में शुरू करने और 50 सेकंड नमूना के विलुप्त होने के द्वारा पीछा अंतराल पर बढ़ाने के लिए प्रतिनिधि की शर्तों के तहत जला दिया गया। PMMA के लिए pyrolysis जन प्रवाह की दर एक पहले के आदेश सन्निकटन Pizzo एट अल। 11 द्वारा दिए गए, कहीं और 4-6 साहित्य में चर्चा का उपयोग कर धुरी केंद्रीय समरूपता के साथ प्रत्येक x स्थान पर गणना की जाती है। PMMA के औसत घनत्व, ρ एस = 1,190 किग्रा / एम 3 के लिए ईंधन की सतह के साथ मापा सतह प्रतिगमन के साथ इस्तेमाल किया गया थाईंधन नमूना की लंबाई के साथ प्रत्येक 50 सेकंड के अंतराल के दौरान बड़े पैमाने पर नुकसान दरों पर पहुंचें। हालांकि एक छोटे समय के कदम वांछनीय होगा, माप में त्रुटियों यह अव्यावहारिक हो जाते हैं जब बार कदम कम से कम 50 सेकंड 5 कर रहे हैं।

प्रतिगमन प्रोफाइल से उन लोगों के साथ thermocouples से स्थानीय जन-हानि की दरों की तुलना करने के लिए, 100 और 150 सेकंड के ईंधन burnout काल से डेटा चित्रा 2 में दिखाया स्थानीय जन जलने की दरों की तुलना करने के लिए इस्तेमाल कर रहे थे (ख)। इन बार लगभग एक ही बार इन माप ले जाया गया के अनुरूप हैं। जैसा कि चित्र में देखा जा सकता है, स्थानीय जन जलने की दर को मापने के दोनों विधियों बहुत एक दूसरे के करीब दिखाई देते हैं, कार्यप्रणाली का सुझाव आग की इन प्रकार के लिए अच्छी तरह से काम करता है।

इस तरह इन छोटे, लामिना लोगों के रूप में convectively बहुल आग की लपटों के लिए, ईंधन की सतह पर तापमान ढ़ाल भी चोर को निकालने के लिए इस्तेमाल किया जा सकताvective गर्मी अपशिष्टों के रूप में वे कर रहे हैं, संक्षेप में, सीधे सतह पर तापमान ढाल से संबंधित है। मापा बड़े पैमाने पर नुकसान दरों का उपयोग, लौ गर्मी प्रवाह के घटकों को भी pyrolysis क्षेत्र के साथ निकाला जा सकता है। ईंधन की सतह पर गर्मी संतुलन, कहीं और साहित्य 2-3 में सूचीबद्ध करने के लिए कई अनुमानों का उपयोग करना, इन घटकों PMMA की एक जलती हुई स्लैब की सतह पर निर्धारित किया जा सकता है। इस परिणाम से पता चलता है 3 चित्रा, के लिए एक PMMA लौ एक परिवेश मुक्त के साथ स्थिर यू = 2.06 मीटर / सेकंड की -stream वेग। तकनीक इसलिए कई उपायों का मूल्यांकन, ईंधन के छोटे नमूने के जलने का वर्णन करने के दहन प्रक्रिया, विशेष रूप से ठोस और गैस चरण के बीच संबंधों की समझ में वृद्धि हुई करने के लिए अग्रणी में अत्यंत उपयोगी हो सकता है।

आकृति 1
चित्रा 1. प्रयोगअल सेटअप। (क) प्रयोगात्मक एक मजबूर-संवहन सीमा परत प्रसार लौ पर बड़े पैमाने पर नुकसान दरों और तापमान प्रोफाइल को मापने के लिए इस्तेमाल किया सेटअप के योजनाबद्ध। (ख) के लिए मजबूर प्रवाह के तहत सीमा परत प्रसार आग की लपटों की जांच के लिए प्रायोगिक स्थापना। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र 2
चित्रा 2. तापमान ढाल और स्थानीय जल दर परिणाम। (एक) यू = 0.79 मीटर / सेकंड और 2.06 मीटर / सेकंड में क्रमश: एक PMMA सीमा परत प्रसार लौ के लिए ईंधन की सतह के साथ सामान्य गैर-आयामी तापमान ढ़ाल का रूपांतर। (ख) PMMA सीमा परत diffusi के लिए स्थानीय जन-जलती दरों का रूपांतरअलग-मुक्त धारा की स्थिति में आग की लपटों पर। स्थानीय जन जलने गैर-आयामी तापमान ढ़ाल के माध्यम से प्राप्त की दरों PMMA सतह के प्रतिगमन के माध्यम से प्राप्त की प्रयोगात्मक डेटा के खिलाफ तुलना में है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र तीन
चित्रा 3. गर्मी प्रवाह यू में एक PMMA सीमा परत प्रसार लौ के लिए pyrolysis क्षेत्र में लौ गर्मी प्रवाह के विभिन्न घटकों के मजबूर प्रवाह। वितरण के तहत परिणाम = 2.06 मीटर / सेकंड। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

Discussion

इस जांच के लक्ष्य के प्रवाह क्षेत्र की स्थिति की एक किस्म के तहत दोनों तरल और ठोस ईंधन के लिए स्थानीय जन जलने दरों के आकलन के लिए एक नई पद्धति विकसित करने के लिए किया गया था। अध्ययन में दो मामलों में, एक नि: शुल्क संवहन सीमा परत प्रसार लौ और मजबूर संवहन सीमा परत प्रसार आग की लपटों अलग मुक्त धारा की शर्तों के तहत स्थापित माना जाता है, दोनों तरल और ठोस ईंधन का उपयोग कर।

स्थानीय जलने दोनों तरल ईंधन से लथपथ wicks पर और PMMA की ठोस स्लैब पर ठीक-तार thermocouple माप के माध्यम से मापा दरों के आकलन के अन्य साधन, अर्थात् ईंधन प्रतिगमन माप मैच के लिए पाए गए। ईंधन की सतह के पास ये तापमान ढ़ाल रेनॉल्ड्स सादृश्य 12-13 है कि, जबकि स्थिर आवश्यकता होती है, लामिना का दहन, बहुत अच्छी तरह से छोटे पैमाने पर नमूने के लिए काम किया है पर आधारित एक संबंध का उपयोग कर निर्धारित किया गया है, अंततः मतलब परिणाम और अधिक के लिए 15% सटीकता के भीतर डेटा में जिसके परिणामस्वरूप स्थानीय measurem के लिए और अधिकदस्तावेजों 4-6। इन स्थानीय जन-हानि की दर माप के लिए सम्बंधित कारक Spalding प्रतिनिधि ईंधन और ईंधन जो एक प्राथमिकताओं की गणना की जा सकती है के अन्य थर्मामीटरों भौतिक गुणों की बड़े पैमाने पर स्थानांतरण संख्या पर निर्भर करता है। परिणाम बताते हैं इस तकनीक इन मात्रा निकालने के लिए और भविष्य में अधिक से अधिक विस्तार में छोटे पैमाने पर ईंधन के जलने से समझने के लिए उपयोगी हो सकता है।

साहित्य में अन्य अध्ययनों से यहाँ प्रतिनिधि काम का विस्तार किया है खड़ी उन्मुख नमूनों पर संख्यात्मक सिमुलेशन 4 और प्रयोगों को शामिल करने, स्वतंत्र रूप से जल रहा है 4,5, और परिवेश हवाओं 6 के तहत क्षैतिज घुड़सवार नमूने हैं। इन विन्यास के लिए, गर्मी अपशिष्टों के घटकों को भी स्थानीय स्तर पर ईंधन की सतह पर ही ठीक-तार thermocouple तकनीक बहुत ही गाढ़ा ईंधन की सतह के करीब का उपयोग निर्धारित किया गया है। गर्मी प्रवाह के घटकों एम्बेडेड गेज के उपयोग के द्वारा अतीत में मापा गया है, वहीं थीतकनीक न्यूनतम इनवेसिव है और संवहनी गर्मी अपशिष्टों है, जो पहले नहीं किया गया संभव के प्रत्यक्ष माप प्रदान करता है।

विशेष देखभाल जब विशिष्ट विन्यास और तंत्र की स्थापना को चुनने के प्रयोगों के दौरान लिया जाना चाहिए। इन प्रयोगों में, thermocouples 3.2 कदम एक छोटे से चीनी मिट्टी ट्यूब से protruded के लिए चुना, तार पर तनाव रखने और बनाने thermocouple के स्थान अपेक्षाकृत तय की। , एक thermocouple तार एक ट्यूब के बिना पूरे लौ पर निलंबित उपयोग करते हुए चीनी मिट्टी ट्यूब से संभव गड़बड़ी को कम करेगा, लेकिन यह thermocouple के विशिष्ट स्थान का पता लगाने में बहुत अधिक चर के रूप में तार तापमान में वृद्धि के साथ विस्तार करने के लिए जाता होगा। कभी कभी विन्यास में परिवर्तन (उदाहरण के लिए नमूना inclining) नमूना की चौड़ाई में प्रभाव उत्पन्न कर सकता है। सेटअप 4.14 कभार चेक के कदम के आसपास, पिछले 4-6 से अध्ययन उन लोगों से संशोधित किया गया है कि अगर लौ तापमान विदेश मंत्रालयनमूने की चौड़ाई में surements कोई महत्वपूर्ण बदलाव लिया जाना चाहिए (यानी, एक 2-डी धारणा अभी भी रखती है) दिखा। अन्यथा, एक 3-डी मानचित्रण प्रणाली लागू करने की आवश्यकता होगी।

सबसे महत्वपूर्ण कदम है, जबकि प्रयोगों प्रदर्शन ईंधन की तैयारी और thermocouples के समुचित उपयोग के साथ क्या करना है। यहाँ तक कि thermocouples की स्थिति में मामूली विचलन हो सकता है इसलिए देखभाल कदम 3.2, 4.13 और 4.14 में thermocouple स्थिति जब लिया जाना चाहिए, त्रुटियों के कारण। इतना है कि संभव के रूप में के रूप में फ्लैट एक सतह (2.1 कदम) बनाए रखा है और सभी पूरक सामग्री wicks (कदम 2.1.1) से बाहर पके हुए किया जाना चाहिए ईंधन बाती भी रखा जाना चाहिए।

निकास प्रणाली, 4.1 चरण में सक्रिय भी कम से कम के रूप में रखा या प्रयोग करने के लिए संभव मदद करने के लिए करीब प्रवाह गड़बड़ी को खत्म करने के रूप में अलग किया जाना चाहिए। यह एक छोटा सा मोमबत्ती सुनिश्चित नहीं उड़ा रहा है, जहां परीक्षण जगह (पवन के बिना) ले जाएगा द्वारा जाँच की जानी चाहिए। बाधक होते हैं, स्क्रीन, एक बड़ी जगह में एक अलग से संलग्न सुविधा या परीक्षण यह पूरा करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। 4.2 कदम में, ठोस ईंधन के रूप में संभव के रूप में समान रूप से प्रज्वलित किया जाना चाहिए। जबकि प्रोपेन मशाल यह करने के लिए सबसे आदर्श स्रोत नहीं है, प्रयोगों पिछले काम 4-6 में इग्निशन स्रोत के प्रति संवेदनशील होना नहीं पाया गया। प्रज्वलन के स्रोत के लिए संवेदनशीलता समय या जोखिम की तीव्रता बदलती और स्थिर बड़े पैमाने पर जल दर पर परिणामों को देख कर प्रयोगों के दौरान प्रलेखित किया जाना चाहिए। संवेदनशीलता मनाया जाता है एक उज्ज्वल पैनल वैकल्पिक रूप से नमूने प्रज्वलित करने के लिए इस्तेमाल किया जाना चाहिए। ठोस ईंधन, या किसी भी ईंधन है कि एक बड़े (> 300 सेकंड) स्थिर जल के क्षेत्र के रूप में बड़े पैमाने पर नुकसान की दर से मनाया तापमान मानचित्रण एक छोटी क्षेत्र के दौरान लिया जाना चाहिए था नहीं है। उदाहरण के लिए, कदम 4.13 में मानचित्रण, PMMA पहले 150 सेकंड से अधिक ले जाया करने के लिए सिफारिश की है, जबकि ईंधन अभी भी अपेक्षाकृत सपाट है और सतह प्रतिगमन अच्छी तरह से प्रलेखित किया गया है। भूतल प्रतिगमन माप मैं उपयोग कर सकते हैंmageJ या अन्य इसी तरह की छवि सॉफ्टवेयर तस्वीरों पर पिक्सल मापने और लंबाई में बदलने के लिए। वैकल्पिक रूप से, एक डिजिटल माइक्रोमीटर ठोस थाली की सतह को मापने के लिए प्रतिगमन के बाद इसे ठंडा किया जा सकता है (जैसे PMMA के रूप में "बुदबुदाती" सामग्री की सतह पर ध्यान दें पहले रेत से भरा जाना चाहिए)।

प्रस्तावित जल दर सह-संबंध लामिना मान्यताओं पर आधारित है, तथापि, यह धारणा है कि इस तकनीक, एक ईंधन की सतह के अशांत जल के लिए एक समान रूप से पालन करना चाहिए एक संशोधित कार्यात्मक संबंध है जो प्रयोगात्मक निर्धारित किया जाना चाहिए के साथ यद्यपि। यहाँ प्रस्तुत काम बाद में सीमा परत दहन और अशांति और गैस चरण गर्मी रिहाई के बीच संबद्ध बातचीत है कि ईंधन की सतह को घटना की गर्मी प्रवाह ड्राइव आगे की जांच की जा सकती है अशांत करने के लिए बढ़ाया जा सकता है।

सिद्धांत जिस पर जल दर के सहसंबंध आधारित है भी विकिरण neglects। सिद्धांत oversimplified है leहालात है कि वर्तमान काम के द्वारा कवर नहीं कर रहे हैं में अपने भविष्य कहनेवाला क्षमताओं में अनिश्चितता को ading। उदाहरण के लिए, दिए गए कार्यप्रणाली उच्च sooting आग की लपटों के लिए काम नहीं कर सकते हैं जहां सतह के लिए गर्मी प्रवाह काफी हद तक विकिरण है। बड़े अशांत दीवार आग, जहां सघन ईंधन की सतह के लिए विकिरणवाला गर्मी प्रवाह अधिक है के लिए, प्रस्तावित जल दर सह-संबंध या काम नहीं हो सकता। प्रस्तावित संबंध में विकिरण के प्रभाव का समावेश इस प्रकार, वांछनीय और आगे अनुसंधान के क्रम में यह कार्यात्मक संबंध निर्धारित करने में किया जाना चाहिए, है। इस क्षेत्र में मॉडल के क्षेत्र में सुधार की आवश्यकता है यदि आश्वस्त भविष्यवाणी तरीकों जैसे आग की लपटों के लिए हासिल किया जाना है।

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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  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).
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