Name: experimental methodology for estimation of local heat fluxes and burning rates in steady laminar boundary layer diffusion flames
Uploaded: 2016-06-01T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 29 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Experimental Methodology for Estimation of Local Heat Fluxes and Burning Rates in Steady Laminar Boundary Layer Diffusion Flames at JoVE.com

The authors would like to acknowledge financial support for this work from the Minta Martin Foundation at the University of Maryland, College Park.

1. التخطيط للتجارب <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> اتبع تعليمات واحتياطات السلامة قبل دخول النار أو الاحتراق مختبر أبحاث. مطلوب التدريب في مجال السلامة بشكل عام للمستخدمين الجدد. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> جدولة تجاربك مقدما لإجراء الاختبارات المطلوبة. النظر في تفاصيل التجربة، ونقل الوقود المطلوبة والمعدات اللازمة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> التعرف على التجارب الوقود السائلة أو الصلبة من الفائدة. إعداد المواد وفقا لذلك. </li></ol> 2. إعداد المواد والأجهزة <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> للتجارب الوقود السائل، وإعداد الفتيل الوقود من المواد noncombustible مسامية (القلوية الترابية سيليكات الصوف). وقد استخدمت التجارب السابقة 4-6 أغسطس سم × 8 سم × 1.27 سم للاختبارات الحمل الحراري الحر و 10 سم × 10 سم × 1.27 سم ورقة سميكة لاختبارات الحمل القسري. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> خبز الفتيل الوقود نظرا لحوالي 20 دقيقة عن طريق تعريضها لانتشار اللهب من شعلة غاز البروبان من أجللحرق المجلدات العضوية داخل الفتيل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> من أجل القضاء على تسرب للوقود السائل من الجانبين من الفتيل، وتطبيق متحررا سيليكات الصوديوم السائلة مع حقنة تغطي جميع جوه الفتيل ما عدا الوجه العلوي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حماية جميع ولكن الوجه العلوي من الفتيل مع رقائق الألومنيوم. استخدام مادة لاصقة درجة حرارة عالية للصق رقائق الألومنيوم على الجانبين من الفتيل. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> للتجارب الوقود الصلب، وقطع ورقة من الوقود الصلب. في التجارب الطبيعية الحراري السابقة 2، 8 سم × 8 سم x لقد استخدمت ورقة 1.27 سم سميكة من الواضح يلقي ميتاكريلات (PMMA). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قطع فتحة في ورقة من ألياف السيراميك عزل مجلس مساويا لحجم العينة الوقود الذي شن في وقت لاحق العينة. في كثير من الأحيان، استخدام نفس مسامية noncombustible كما الفتيل الوقود؛ ومع ذلك ختم ذلك مع ارتفاع في درجة الحرارة ماتي الطلاء الأسود. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحقق من إعطاء البيانات اقتناء الأجهزة والبرمجيات. فتح البرنامج والتحقق من الغضبالخوارزمية رسم الخرائط ature قبل تنفيذ الاختبارات المطلوبة. </li></ol> 3. إعداد برنامج الإعداد التجريبي <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع الجانبية الرأي كاميرا SLR الرقمية بحيث تتماشى مع المحور الرئيسي للوقود وبعيدا بما فيه الكفاية بحيث يتم التقاط عرض الجانب كاملة من اللهب معين. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> لالقسري الحراري فلوريدا أميس، صورة لELD فاي نظر في مركز العينة الوقود الذي يغطي مساحة 16 سم × 8 سم لحساب فلوريدا AME المواجهة عن بعد في منطقة الانحلال الحراري. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع آلية اجتياز فوق عينة الوقود. نعلق 50 ميكرون أسلاك قطرها الحرارية الصغيرة إلى المحور الأفقي للآلية اجتياز مع الرعاية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تشغيل وحدة تحكم السائر المحركات برمجة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> في حالة التجارب تدفق القسري، والسلطة حتى منفاخ الطرد المركزي من نفق الرياح. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تعيين تحكم نبض تعديل العرض (PWM) على تردد 7000 هرتز مع إعدادات الطاقة rangiنانوغرام من 16٪ إلى 50٪ لسرعات منفاخ المختلفة، والتحقق مع شدة الريح الساخنة الأسلاك. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ارتداء النظارات الواقية والقفازات جهة مقاومة للحريق قبل المضي قدما في الاختبار. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> خلال كل اختبار، نقع الفتيل مع الوقود السائل (الميثانول أو الايثانول) تصل إلى نقطة التشبع. ل8 سم × 8 سم × 1.27 سم الفتيل سميكة، وكانت 90 مل تكفي لامتصاص كامل الفتيل باستخدام اثنين من 60 مل الحقن في حين ل10 سم × 10 سم × 1.27 سم الفتيل سميكة، تم العثور على 120 مل أن يكون كافيا. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع الفتيل / لوحة الوقود الصلب غارقة الوقود بعناية في حامل الوقود الفتيل. تحقق من التسطيح من سطح الفتيل الوقود مع مقياس زاوية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> فتح برنامج التوازن الشامل وتحقق من إعدادات واجهة USB. تحقق التوازن الشامل ونلاحظ قراءته قبل الاختبار. </li></ol> 4. التجارب الجري في الاحتراق أو مختبر النار <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضمان التهوية السليمة للمنشأة تجريبية عن طريق تشغيل العادم بعد الانتهاء من كل مجموعة من التجارب. هxhaust ينبغي أن يكون الحد الأدنى كما أو عزل ممكن خلال التجارب للمساعدة في القضاء على الاضطرابات التدفق. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قبل أشعلت عينة، معايرة الجانبية الرأي الكاميرا الرقمية من خلال التقاط صورة من ورقة من ورق الرسم البياني أو حاكم أن يتم محاذاة على طول المحور المركزي لسطح الوقود. الحصول على متوسط ​​عدد بكسل / مم من الصور المعايرة. استخدم هذه القيمة من بكسل / ملم خلال مرحلة ما بعد المعالجة للصور (لإعداد المقياس في ImageJ). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إشعال الوقود مع الشعلة البروبان، ولمس لحظات لأنها الفتيل الوقود السائل وتمرير اللهب بشكل موحد على السطح ل50-60 ثانية مع الوقود الصلب. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وقت البدء التجريبي مباشرة بعد اشتعال موحد. استخدام ساعة توقيت للدلالة على حرق الوقت. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> اضغط على زر الحصول على البيانات على برنامج التوازن الكتلي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مراقبة فقدان كتلة من الفتيل حرق خلال فترة زمنية موقوتة والكتابة إلى ملف القياس. استخدام برنامج التوازن الكتلي للزالغرض اللاعب Iven. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> كرر الخطوات من 4،3-4،6 لإجراء اختبارات متعددة تحت نفس الظروف لضمان التكرار. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام فقدان كتلة مقابل منحنى الوقت لتحديد نظام حرق مطرد، حيث نوبة خطية من فقدان كتلة لديه عالية القيمة R 2. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> للوقود الصلب غير مستقرة، وحرق العينات في 50 الزيادات ثانية من الاشتعال إلى الإرهاق لقياس الانحدار سطح (على سبيل المثال، لمدة 50 ثانية، 100 ثانية، 150 ثانية، وما إلى ذلك). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> أحرق قطع الوقود الصلبة على طول محور بعد التبريد لاختبار الانحدار. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> خذ الجانبية الرأي الصور الوقود الصلب قطع وتحميل إلى يماغيج. قياس الانحدار في مواقع streamwise عن طريق تحويل بكسل إلى سم مع الحاكم. خطوة الإجراء خطوة لمعالجة يتم سرد صورة معينة في ImageJ أدناه. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> فتح صورة جانبية نظرا لعينة الوقود الصلب في ImageJ عن طريق تحديد ملف → فتح ملف الصور. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> فتح الصورة المعايرة (مع حاكم) من العينة الوقود الصلب في ImageJعن طريق تحديد ملف → المفتوحة معايرة صورة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> كومة من صورة معايرة والصلبة صورة عينة الوقود. الذهاب إلى صورة → الأكوام → صور إلى كومة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تعيين نطاق القياس: رسم خط بين نقطتين من المسافة المعروفة مثل حاكم على الصورة. الذهاب إلى تحليل → تعيين مقياس. في إطار مجموعة مقياس طول الخط، في بكسل، سيتم عرض. اكتب المسافة وحدات القياس المعروفة في المربعات المناسبة ثم انقر فوق موافق. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> رسم خط جديد وتأكد من أن المقياس هو الصحيح. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قياس المسافة بين نقطتين في صورة عينة معينة: رسم خط بين نقطتين. وشريط الحالة تظهر زاوية (من أفقي) وطولها. تحليل → قياس (أو Ctrl + M أو ببساطة نوع M على لوحة المفاتيح) نقل القيم إلى نافذة البيانات. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قياس الانحدار في كل streamwise موقع x بواسطة قياس سماكة من العينة نفاد وطرح عليه من طسمك nitial من العينة. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ملاحظة الفترة الزمنية التي على سطح الوقود الصلب يظل ثابتا تقريبا وتستخدم لرسم خرائط درجة الحرارة، أو تعديلات من المناصب الحرارية التي أدخلت على تعويض عن الانحدار السطح. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تعيين الفاصل الزمني خرائط درجة الحرارة لالتقاط القياسات خلال نظام حرق مطرد، ما يقرب من 150 ثانية لPMMA الصلبة و 400 ثانية لالفتائل غارقة في السائل. تعيين الفاصل الزمني خرائط درجة الحرارة على أساس ثابت الفاصل الزمني حرق الوقود السائلة والصلبة. حجم خطوة الموصى بها بالقرب من سطح 0.25 ملم 4-6. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> محاذاة الحرارية الصغيرة بعناية مع سطح الوقود باستخدام unislide XY. ضع الحرارية المقدمة في مركز العرض من العينة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> نقل الحرارية الصغيرة بعناية إلى الحافة الأمامية للالفتيل الوقود باستخدام unislide XY. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تشغيل برنامج الحصول على البيانات على جهاز كمبيوتر وقراءة خوارزمية شبكة المسح الضوئي من مجلد على دesktop. ملاحظة: بمجرد أن التجربة هي جارية، وجمع البيانات تلقائيا، ويحتاج المستخدم فقط للإشراف على ذلك للتأكد من التجربة تسير كما هو مخطط لها. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> باستخدام برنامج الحصول على البيانات على الكمبيوتر، والحصول على البيانات والكتابة إلى ملف القياس. ملاحظة، واستخدمت معدلات أخذ العينات من 100 إلى 500 4-5 6 هرتز في التجارب الماضية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> عند الانتهاء، إطفاء اللهب. إيقاف وحدة تحكم PWM وقطع التيار الكهرباء من منفاخ من 3 مراحل 240 فولت منفذ السلطة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إيقاف وحدة تحكم السائر المحركات. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> كرر الخطوات 4،12-4،18 للتجارب إضافية في ظروف تدفق مماثلة أو مختلفة مع نفس الحرارية. وينبغي تكرار ما لا يقل عن 5 اختبارات لكل تدفق شرط معين (على سبيل المثال، سرعة تدفق القسري أو اتجاه عمودي). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> كرر الخطوات 4،12-4،18 ل75 ميكرون الحرارية الصغيرة. اجتياز اثنين من المزدوجات الحرارية (50 ميكرون و 75 ميكرون سلك القطر) على طول ساممسار ه في مركز الشعلة للتصحيحات الإشعاع دقيقة. ويمكن أيضا أن تستخدم، ولكن الكسر في كثير من الأحيان حدث المزدوجات الحرارية الصغيرة للأسلاك أقل من 50 ميكرون. </li></ol> تحليل 5. البيانات <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> قراءة البيانات التي تتم معالجتها من ملف LVM إلى مطلب أو غيرها من البرامج التحليلية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> متوسط ​​البيانات درجة الحرارة في كل نقطة مكانية من اختبارات مختلفة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حساب تصحيح الإشعاع من البيانات الحرارية في المتوسط ​​في كل موقع streamwise، بعد ارتباط من كوليس ويليامز 10 صفها بالتفصيل أدناه. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حساب قياسات درجات الحرارة تعويض بإضافة تصحيح الإشعاع لبيانات درجة حرارة الخام. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> غير إضافة أبعاد البيانات درجة الحرارة والموقع المكاني. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> احتواء البيانات درجة الحرارة غير الأبعاد على سطح الوقود مع العليا تناسب متعدد الحدود المناسب باستخدام خوارزمية تناسب منحنى في Matlab أو غيرها من برامج مخصصة. 4-6 نقاط بالقرب من السطحوجدت لتعمل بشكل جيد في دراسات سابقة 4-6. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حساب التدرجات درجة حرارة غير طبيعية الأبعاد على سطح الوقود من المنحدر من أعلى لكي تناسب متعدد الحدود لتوزيع درجة الحرارة غير الأبعاد على سطح الوقود (ص = 0). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حساب معدل حرق الاعلام المحلية من المقابلة التدرج في درجة الحرارة غير الأبعاد المحلية على سطح الوقود باستخدام الارتباط النظري على أساس القياس رينولدز 4. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> حساب التدفق الحراري الحمل الحراري من التدرج في درجة الحرارة على سطح 5-6 الوقود. </li></ol>

<ol>
	<li>Babrauskas, V., Peacock, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heat+release+rate:+the+single+most+important+variable+in+fire+hazard.">Heat release rate: the single most important variable in fire hazard.</a> Fire Safety J. 18 (3), 255-272 (1992).</li><li>Pagni, P., Shih, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Excess+pyrolyzate.">Excess pyrolyzate.</a> Proc. Combust. Inst. 16 (1), 1329-1343 (1977).</li><li>Orloff, L., Modak, A. T., Alpert, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Burning+of+large-scale+vertical+surfaces.">Burning of large-scale vertical surfaces.</a> Proc. Combust. Inst. 16 (1), 1345-1354 (1977).</li><li>Singh, A. V., Gollner, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Estimation+of+local+mass+burning+rates+for+steady+laminar+boundary+layer+diffusion+flames.">Estimation of local mass burning rates for steady laminar boundary layer diffusion flames.</a> Proc. Combust. Inst. 35 (3), 2527-2534 (2015).</li><li>Singh, A. V., Gollner, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+methodology+for+estimation+of+local+heat+fluxes+in+steady+laminar+boundary+layer+diffusion+flames.">A methodology for estimation of local heat fluxes in steady laminar boundary layer diffusion flames.</a> Combust. Flame. 162 (5), 2214-2230 (2015).</li><li>Singh, A. V., Gollner, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Local+burning+rates+and+heat+flux+for+forced+flow+boundary-layer+diffusion+flames.">Local burning rates and heat flux for forced flow boundary-layer diffusion flames.</a> AIAA J. 54 (2), 408-418 (2016).</li><li>Collis, D., Williams, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-dimensional+convection+from+heated+wires+at+low+Reynolds+numbers.">Two-dimensional convection from heated wires at low Reynolds numbers.</a> J. Fluid Mech. 6 (3), 357-384 (1959).</li><li>Jakob, L. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Heat Transfer. , (1967).</li><li>Sforza, P., Steiger, M., Trentacoste, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Studies+on+three-dimensional+viscous+jets.">Studies on three-dimensional viscous jets.</a> AIAA J. 4 (5), 800-806 (1966).</li><li>Pizzo, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+observations+on+the+steady-state+burning+rate+of+a+vertically+oriented+PMMA+slab.">Experimental observations on the steady-state burning rate of a vertically oriented PMMA slab.</a> Combust. Flame. 152 (3), 451-460 (2008).</li><li>Chilton, T. H., Colburn, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mass+transfer+(absorption)+coefficients+prediction+from+data+on+heat+transfer+and+fluid+friction.">Mass transfer (absorption) coefficients prediction from data on heat transfer and fluid friction.</a> Ind. Eng. Chem. 26 (1), 1183-1187 (1934).</li><li>Silver, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+the+Reynolds+analogy+to+combustion+of+solid+fuels.">Application of the Reynolds analogy to combustion of solid fuels.</a> Nature. 165, 725-726 (1950).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

وكان الهدف من هذا التحقيق لتطوير منهجية جديدة لتقدير معدلات حرق الاعلام المحلية لكل من الوقود السائلة والصلبة في إطار مجموعة من الشروط تدفق المجال. نظرت دراسة حالتين، والحمل الحراري الحر الطبقة المتاخمة للنشر اللهب واضطر الحراري الحدود النيران طبقة نشر المنشأة بموجب مختلف الظروف تيار الأحرار، وذلك باستخدام الوقود على حد سواء السائلة والصلبة. تم العثور على معدلات حرق المحلية قياسها عن طريق القياسات الحرارية غرامة سلك على كل الفتائل غارقة الوقود السائل وعلى ألواح صلبة من PMMA لتتناسب مع وسائل أخرى للتقدير، وهي قياسات الانحدار الوقود. تم تحديد هذه التدرجات درجة الحرارة بالقرب من سطح الوقود باستخدام علاقة على أساس القياس رينولدز 12-13 أنه في حين تتطلب ثابت، الصفحي الاحتراق، وعملت بشكل جيد جدا لعينات صغيرة الحجم، مما أدى في نهاية المطاف إلى البيانات داخل دقة 15٪ للحصول على نتائج متوسط ​​والكثير أكثر لmeasurem المحليالوالدان 4-6. عامل ربط لهذه القياسات معدل كتلة الخسارة المحلية يعتمد على سبالدينج عدد نقل الجماعي من الوقود تمثيلية وغيرها من الخصائص الحرارية الفيزيائية للوقود التي يمكن حسابها مسبقا. وتشير النتائج إلى أن هذه التقنية قد تكون مفيدة لاستخراج هذه الكميات وفهم حرق الوقود الصغيرة بمزيد من التفصيل في المستقبل. توسعت دراسات أخرى في الأدب عمل تمثيلي هنا دمج عمليات المحاكاة العددية 4 والتجارب على عينات موجه عموديا، حرق بحرية 4،5، وعينات أفقيا شنت تحت رياح المحيط 6. لهذه التكوينات، كما تم تحديد مكونات التدفقات الحرارة محليا على سطح الوقود باستخدام نفس غرامة سلك تقنية الحرارية قريبة جدا من سطح الوقود المكثف. في حين تم قياس مكونات التدفق الحراري في الماضي عن طريق استخدام أجهزة القياس جزءا لا يتجزأ، ثيالصورة التقنية التنظيرية وتقدم القياس المباشر من تدفقات الحرارة الحمل الحراري، وهو ما لم يكن ممكنا من قبل. وينبغي إيلاء عناية خاصة خلال التجارب عند اختيار التشكيلات والإعداد للجهاز معينة. في هذه التجارب، المزدوجات الحرارية اختار لخطوة 3.2 يبرز من أنبوب السيراميك الصغيرة، والإبقاء على التوتر على السلك، وجعل موقع الحرارية ثابتة نسبيا. باستخدام الأسلاك الحرارية معلق فوق لهب كامل من دون أنبوب من شأنه أن يقلل اضطرابات محتملة من أنبوب السيراميك، ولكن من شأنه أن يجعل تحديد موقع محدد للالحرارية أكثر متغير بقدر السلك يميل إلى التوسع مع زيادة درجات الحرارة. في بعض الأحيان تغييرات في تكوين يمكن أن يفضي الآثار عبر عرض العينة (على سبيل المثال تميل العينة). إذا تم تعديل برنامج الإعداد من الذين خضعوا للدراسة في 6/4 الماضي، حول الخطوة 4.14 الشيكات بين الحين والآخر أن شركة طيران الشرق الأوسط درجة حرارة اللهبتظهر surements عبر عرض من العينة لا تؤخذ تفاوت كبير (أي افتراض 2-D لا يزال يحمل). خلاف ذلك، سوف تحتاج إلى تطبيق نظام رسم الخرائط 3-D. الخطوات الأكثر أهمية أثناء تنفيذ تجارب لها علاقة مع إعداد الوقود والاستخدام السليم للالمزدوجات الحرارية. حتى انحرافات بسيطة في المواقع من المزدوجات الحرارية يمكن أن تتسبب في حدوث أخطاء، لذلك يجب توخي الحذر عند وضع الحرارية في الخطوات 3.2، 4.13 و 4.14. كما يجب وضع الفتيل الوقود بحيث يتم الحفاظ كما شقة سطح ممكن (الخطوة 2.1)، وينبغي أن يكون خبز جميع مواد حشو من الفتائل (الخطوة 2.1.1). وينبغي أيضا أن تبقى نظام العادم، وتفعيلها في الخطوة 4.1 كما أدنى أو عزل ممكن بالقرب من التجربة للمساعدة في القضاء على الاضطرابات التدفق. يجب فحص ذلك عن طريق ضمان شمعة صغيرة لا ينفخ فيها اختبار ستجري (بدون الرياح). يحير، شاشات، وهو مرفق مغلق منفصل أو الاختبار في مساحة كبيرة يمكن استخدامها لتحقيق ذلك. في الخطوة 4.2، يجب إشعال الوقود الصلب مثل موحد ممكن. بينما الشعلة البروبان ليست هي المصدر الأكثر مثالية للقيام بذلك، لم يتم العثور التجارب لتكون حساسة لمصدر الإشعال في الأعمال السابقة 4-6. يجب توثيق حساسية للمصدر الاشتعال خلال التجارب من خلال تغيير الوقت أو شدة التعرض ومراقبة النتائج على معدل حرق الشامل مطرد. إذا لوحظ حساسية لوحة مشعة يجب بدلا من ذلك أن تستخدم لإشعال العينات. الوقود الصلب، أو أي وقود لا يملك (&gt; 300 ثانية) المنطقة حرق ثابتة كبيرة كما لوحظ بنسب كتلة الخسارة ينبغي أن يكون التعيين في درجة الحرارة التي اتخذت خلال منطقة قصيرة. على سبيل المثال، في خطوة 4.13 ينصح تعيين لPMMA الواجب اتخاذها خلال أول 150 ثانية، في حين أن الوقود لا يزال ثابتا نسبيا، وقد الانحدار سطح موثقة جيدا. يمكن قياس الانحدار سطح استخدام أناmageJ أو غيرها من البرامج صورة مماثلة لقياس بكسل على الصور، وتحويل لطول. بدلا من ذلك، ميكرومتر الرقمية يمكن استخدامها لقياس الانحدار سطح لوحة الصلبة بعد أن يبرد (لاحظ سطح المواد &quot;فقاعات&quot; مثل PMMA يجب أن غطى بالرمل لأول مرة). ويستند حرق ارتباط المعدل المقترح على فرضيات الصفحي، ومع ذلك، افترض أن هذا الأسلوب الذي ينبغي أن يتبع شكل مشابه للحرق المضطرب من سطح الوقود، ولكن مع وجود علاقة وظيفية المعدلة التي يجب أن تحدد تجريبيا. العمل المقدم هنا يمكن تمديد وقت لاحق المضطربة الحدود احتراق طبقة والتفاعلات المصاحبة بين الاضطراب والغاز مرحلة إطلاق الحرارة التي تدفع تدفق الحرارة الحادث على سطح الوقود يمكن مواصلة التحقيق. النظرية التي يستند إليها ارتباط معدل حرق أيضا يهمل الإشعاع. ومن التبسيط نظرية جنيهADING لعدم اليقين في قدراتها التنبؤية في الظروف التي لا تغطيها العمل الحالي. على سبيل المثال، ومنهجية معينة قد لا تعمل لهيب sooting عالية حيث تدفق الحرارة إلى السطح الإشعاعي إلى حد كبير. لكبيرة النيران جدار مضطربة، حيث الإشعاعي تدفق الحرارة على سطح الوقود المكثف مرتفع، واقترح حرق ارتباط معدل قد أو قد لا تعمل. إدراج آثار الإشعاع في علاقة المقترح، وبالتالي، لا بد من إجراء أبحاث المرغوب فيه وزيادة من أجل تحديد هذه العلاقة الوظيفية. يتطلب هذا المجال التحسينات في نموذج إذا أساليب التنبؤ واثقة أن تتحقق لمثل هذه النيران.

في حين بذلت التطورات الهامة في مجال البحوث السلامة من الحرائق خلال القرن الماضي، وتوقع معدلات انتشار اللهب لا تزال تشكل تحديا لكثير من المواد في تشكيلات متنوعة. انتشار اللهب في كثير من الأحيان العائدات سواء في المناطق السكنية أو الطبيعية على شكل سلسلة من اشتعال النيران من العناصر الجديدة، المنبثقة من مصدر أولي للاشتعال. معرفة خصائص حرق المواد حرق الفردية أمر بالغ الأهمية من أجل التنبؤ هذه المعدلات من انتشار اللهب، لأن هذا يساهم في معدلات التسخين لعناصر unignited. ولذلك فقد تم استشهد معدل الحرارة اطلاق سراح (HRR) عنصر الوقود وكمية الأساسية في الأبحاث النار 1، يجري على قدم المساواة تقريبا لحرق (الكتلة خسارة) معدل استهلاك الوقود المرحلة مكثف، وهي نسبة تبخر وقود أو الانحلال الحراري معدل السائل من الوقود الصلب. يمكن اعتبار معدل حرق كإجراء من القابلية للاشتعال من الأمالاتحاد العالمي للتعليم ومعلمة الحرجة في تحليل المخاطر النار وتصميم نظم إخماد الحريق. خسارة المحلية كتلة (أو حرق) المعدل، M &quot;و، من جدار رأسي هي، على وجه الخصوص، وهو متغير مهم في العديد من المشكلات ذات الصلة بالحرائق، مثل انتشار اللهب على الحائط، والنمو النار، ومعدلات الطاقة الافراج داخل حريق الضميمة، وانتشار الدخان والغازات الساخنة أعمدة للتنبؤ انتشار اللهب الصاعد على الجدار العمودي، يجب أن يكون محسوبا على ارتفاع اللهب، الذي يعتمد على معدل إطلاق الطاقة.. هذا، بدوره، يتأثر مباشرة من قبل معدل كتلة الخسارة المحلية المتكاملة على المنطقة بأسرها pyrolyzing الجدار 2-3، في حين معرفة هذه المعدلات كتلة الخسارة متكاملة معروفة جيدا نسبيا، ومعرفة معدلات حرق الكتلة في مواقع إضافية على طول سطح الوقود ليست معروفة جيدا لأن تقنيات تجريبية لقياس هذه المعدلات محدودة للغاية. وهناك تقنية التي توفر هذا المعدل حرق كتلة &quot;المحلية&quot;المعلومات يمكن أن توفر زيادة البصيرة لحرق الوقود مكثف، مما يتيح للباحثين لمزيد من فهم الآليات التي تميز أنواع مختلفة من الوقود أو تكوينات من بعضها البعض. كما يتم تقييم معظم المواد لأول مرة على نطاق صغير (على سبيل المثال، في المسعر مخروط 1)، خطوة أولى منطقية لتوفير تقنية لقياس معدلات حرق الاعلام المحلية في الصغيرة، لهيب الصفحي نشر على الأسطح الوقود المختصرة. العمل المقدم هنا يناقش منهجية والبروتوكولات التجريبية لاجراء تجارب على النيران الصفحي ثابتة أنشئت فوق السطوح الوقود المختصرة. تقدير التدرجات درجة الحرارة المحلية باستخدام المزدوجات الحرارية الصغيرة هي تقنية مفيدة بشكل خاص لتقدير معدلات حرق الاعلام المحلية وتدفقات الحرارة في هذه النيران 4-6. تحليل البيانات الأدب يبين صعوبة تحديد نقل الحرارة، والاحتراق والاحتكاك معاملات المحلية في condenسطح الوقود الحوار الاقتصادي الاستراتيجي، والتي هي مهمة لفهم الفيزياء والآليات الكامنة التي تدفع حريق معين وانتشاره 4-6. وقد أثبتت مكونات التدفقات الحرارة، التي ظلت ربما خاصية النار أكثر تقاس جيدا في مواقع محلية على سطح الوقود، من الصعب قياس. وقد ساهمت تأثيرات مثل تقلب الوقود، تدفق الحرارة والتدرجية، وصعوبة تحقيق ظروف حالة الاستقرار واختلاف تقنيات قياس تدفق الحرارة إلى التشرذم واسعة بدلا من البيانات التي تتوفر في الأدب 4. وقياسات التدرجات درجة الحرارة المحلية مع دقة عالية تساعد على التخفيف من حدة هذه التقلبات، وكذلك تقديم الارتباطات نقل الحرارة التي يمكن استخدامها للتحقق من صحة العددي للحرائق جدار الصفحي، ومشكلة البحث النار الكنسي. مثل هذه التجارب مفيدة أيضا في استكشاف العلاقة الدينامية بين احتراق سطح الوقود المكثف والغاز مرحلة النيران في الصفحي وطبقة الحدود المضطربةالصورة. وصفت وسائل لالتقاط بدقة هذه التدرجات درجة الحرارة بطريقة دقيقة وقابلة للتكرار أدناه.

<table><tbody><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Thermocouples with connectors and clamps&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>Unsheathed Fine Gauge T/C</td><td>P13R-002</td><td>Omega Engineering, Inc.</td><td>Fine wire microthermocouples (R-type)</td></tr><tr><td>Unsheathed Fine Gauge T/C</td><td>P13R-003</td><td>Omega Engineering, Inc.</td><td>Fine wire microthermocouples (R-type)</td></tr><tr><td>Ceramic 2 hole round - 5 pk</td><td>TRX-010364-6</td><td>Omega Engineering, Inc.</td><td>Ceramic tubes to hold the fine wire thermocouples</td></tr><tr><td>Thermocouple extension wire</td><td>EXTT-RS-24-100</td><td>Omega Engineering, Inc.</td><td>Thermocouple extension wire</td></tr><tr><td>Male Female Connectors</td><td>SHX-R/S-MF</td><td>Omega Engineering, Inc.</td><td>Connectors for R-type thermocouples&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Accessories</td><td>MSRT-116-10</td><td>Omega Engineering, Inc.</td><td>Rubber tubes for maintaining grip for the ceramic tubes at the connectors&#039;s end</td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Traverse mechanism&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>X slide, travel = 10 inch, 0.025 in/rev, limits, NEMA 17</td><td>XN10-0100-E25-71</td><td>Velmex Inc.</td><td>Velmex unislide</td></tr><tr><td>Vexta type 17, 1.8 deg/step 2phase, single shaft stepper motor</td><td>PK245-01AA</td><td>Velmex Inc.</td><td>Stepper motor&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Mounting cleat, standard using 6-32 bolts</td><td>XMC-2</td><td>Velmex Inc.</td><td>Mounting accessories for the given Velmex unislide</td></tr><tr><td>6-32 x 7/16 SH Cap Screw for Xslide in X &amp;amp; Y axis</td><td>XMB-1</td><td>Velmex Inc.</td><td>Mounting accessories for the given Velmex unislide</td></tr><tr><td>X slide, travel = 10 inch, 0.025 in/rev, limits, NEMA 17</td><td>XN10-0100-E25-71</td><td>Velmex Inc.</td><td>Velmex unislide</td></tr><tr><td>Vexta type 17, 1.8 deg/step 2phase, single shaft stepper motor</td><td>PK245-01AA</td><td>Velmex Inc.</td><td>Stepper motor&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Mounting cleat, standard using 6-32 bolts</td><td>XMC-2</td><td>Velmex Inc.</td><td>Mounting accessories for the given Velmex unislide</td></tr><tr><td>6-32 x 7/16 SH Cap Screw for Xslide in X &amp;amp; Y axis</td><td>XMB-1</td><td>Velmex Inc.</td><td>Mounting accessories for the given Velmex unislide</td></tr><tr><td>Control, 2 Axis programmable stepping motor control, 1 motor at a time</td><td>VXM-2</td><td>Velmex Inc.</td><td>Stepper motor controller</td></tr><tr><td>USB to RS232 DB9 Serial Communication cable 10 ft</td><td>RPC-USB-RS232-3M</td><td>Velmex Inc.</td><td>Serial communication cable between the stepper motor controller and&amp;nbsp; computer</td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Data acquisition hardware&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>NI 9214 16-Ch Isothermal TC, 24-bit C Series Module for high accuracy thermocouple measurements (includes terminal block)</td><td>781510-01</td><td>National Instruments</td><td>Thermocouple data acquistion card</td></tr><tr><td>Power Cord, AC, U.S., 120 VAC, 2.3 meters</td><td>763000-01</td><td>National Instruments</td><td>Power cord for the 8 slot C-DAQ chassis</td></tr><tr><td>cDAQ-9178, CompactDAQ chassis (8 slot USB)</td><td>781156-01</td><td>National Instruments</td><td>C-DAQ chassis for NI 9214 and NI 9239</td></tr><tr><td>EMI Suppression Ferrite for NI 9229/39 BNC</td><td>782801-01</td><td>National Instruments</td><td>Accessories for NI 9239 data acquistion card</td></tr><tr><td>NI 9239 BNC, 4-Ch +/-10&amp;nbsp;V, 50&amp;nbsp;kS&amp;#8288;/&amp;#8288;s per channel</td><td>780181-01</td><td>National Instruments</td><td>Data acquistion card for hot wire anemometer system</td></tr><tr><td>cDAQ-9171, CompactDAQ chassis (1 slot USB)</td><td>781425-01</td><td>National Instruments</td><td>C-DAQ chassis for NI 9214&amp;nbsp;</td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Cameras&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>Nikon D7100 24.1 MP DX-Format CMOS Digital SLR with 18-105&amp;nbsp;mm f/3.5-5.6 AF-S DX VR ED Nikkor Lens</td><td>Nikon D7100</td><td>Amazon</td><td>Digital SLR camera for taking top-view flame photographs</td></tr><tr><td>Canon EOS Rebel T5 DSLR CMOS Digital SLR Camera and DIGIC Imaging with EF-S 18-55&amp;nbsp;mm f/3.5-5.6 IS Lens</td><td>Canon EOS Rebel T5 DSLR&amp;nbsp;</td><td>Amazon</td><td>Digital SLR camera for taking side-view flame photographs</td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Mass balance&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>Mettler-Toledo, MS32001L Balance Prec 32,200&amp;nbsp;g x 0.1&amp;nbsp;g</td><td>97035-654</td><td>VWR</td><td>Precision electronic mass balance for measuring average mass burning rate</td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Mini CTA system&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>MiniCTA Anemometer Package for wire- and film-probes</td><td>9054T0461</td><td>Dantec Dynamics</td><td>Hot wire system for measuring velocities and turbulence intesity at the wind tunnel outlet</td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Wind tunnel equipment&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>1/2 in. x 4 ft. x 8 ft. C-3 Whole Piece Birch Domestic Plywood</td><td>Model # 833185</td><td>Home Depot</td><td>Used to make the laboratory scale wind tunnel</td></tr><tr><td>Woodgrain Millwork WM 206 11/16 in. x 11/16 in. x 96 in. Wood Pine Corner Moulding</td><td>Model # 109610</td><td>Home Depot</td><td>Used to make the laboratory scale wind tunnel</td></tr><tr><td>Extension Spring, Loop Ends, 6.562&quot; Overall Length, Pack of 6</td><td>1330K26</td><td>McMaster-Carr</td><td>Used to make the laboratory scale wind tunnel</td></tr><tr><td>Strainer Grade Wire Cloth, 30x30 Mesh, 0.0130&quot; wire diameter. 12&quot;x12&quot; sheet</td><td>9241T41</td><td>McMaster-Carr</td><td>Used to make the laboratory scale wind tunnel</td></tr><tr><td>Strainer Grade Wire Cloth, 40x40 Mesh, 0.0065&quot; wire diameter. 12&quot;x12&quot; sheet</td><td>9241T42</td><td>McMaster-Carr</td><td>Used to make the laboratory scale wind tunnel</td></tr><tr><td>Mobile Lift Table Foot-Operated, 600# Capacity, 10&quot; - 33&quot; Table Height</td><td>2791T22</td><td>McMaster-Carr</td><td>Table to hold the experimental setup</td></tr><tr><td>ebm-papst p/n: G3G250-MW75-05 (EC Centrifugal blower, 200-240&amp;nbsp;V, 3-phase, 50/60&amp;nbsp;Hz, M3G112-EA motor, 2.2&amp;nbsp;kW)</td><td>G3G250-MW75-05</td><td>Ebm papst</td><td>Blower for the wind tunnel</td></tr><tr><td>ebm-papst p/n: HX0C-003-000-04 (Controller)</td><td>HX0C-003-000-04</td><td>Ebm papst</td><td>Pulse width modulation controller for controlling the speed of the blower</td></tr><tr><td>8020 1&amp;rdquo; X 1&amp;rdquo; T-SLOTTED PROFILE&amp;nbsp;</td><td>8020-1010</td><td>80/20 (Rankin Automation)</td><td>Used to create a framework for the wind tunnel</td></tr><tr><td>Momentive/GE Silicone Sealant RTV108, 10.1-oz Cartridge, Semi-Clear</td><td>7545A472</td><td>McMaster Carr</td><td>Sealant for the wood</td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Software&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>LabVIEW</td><td>Contact vendor</td><td>National Instruments</td><td>Used for continuous temperature data acquistion and analysis. Alternatively used for positioning the thermocouple.</td></tr><tr><td>Mettler Toledo mass balance software</td><td>Contact vendor</td><td>Mettler Toledo</td><td>Used for measuring the mass loss rate of the condensed fuel wick / solid plate with time</td></tr><tr><td>ImageJ</td><td>Free download</td><td>NIH, http://imagej.nih.gov/ij/</td><td>Used for measuring the flame standoff distance and surface regression of the solid fuel plate</td></tr><tr><td>Matlab</td><td>Contact vendor</td><td>Mathworks</td><td>Used for post-processing of data</td></tr><tr><td>Fortran 90/95</td><td>Contact vendor</td><td>The Fortran company</td><td>Used for post-processing of data</td></tr><tr><td colspan="4">&lt;strong&gt;Materials&lt;/strong&gt;</td></tr><tr><td>Methanol&amp;nbsp;</td><td>UMD Chem Store</td><td>NA</td><td>Liquid fuel</td></tr><tr><td>Ethanol&amp;nbsp;</td><td>UMD Chem Store</td><td>NA</td><td>Liquid fuel</td></tr><tr><td>safety glasses</td><td>UMD Chem Store</td><td>NA</td><td>Used for safety purpose</td></tr><tr><td>spray bottle</td><td>UMD Chem Store</td><td>NA</td><td>Used for carrying water in case of emergency</td></tr><tr><td>Syringe 60 cc</td><td>UMD Chem Store</td><td>NA</td><td>Used for soaking the liquid fuel wick with liquid fuels</td></tr><tr><td>Optically Clear Cast Acrylic Sheet, 1/8&quot; Thick, 24&quot; x 48&quot;</td><td>Mc master carr</td><td>8560K262</td><td>Solid fuel PMMA</td></tr><tr><td>Loctite Proxy Pak (Hi-temp adhesive)</td><td>Mc master carr</td><td>7556A33</td><td>Used for covering the sides of the wick with aluminum foil</td></tr><tr><td>Hi-Temp Aerosol Spray Paint (Black)</td><td>Mc master carr</td><td>7832T1</td><td>Used for painting the insulation&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Self-Igniting Economy Propane Gas Torch Adjustable Flame, 4,179&amp;nbsp;Btu/hr</td><td>Mc master carr</td><td>78245A3</td><td>Propane torch for igniting the solid fuel plate</td></tr><tr><td>Heat-Resistant Cotton Glove W/Nitrile Coating, 400 Deg F Max Temp, 10&quot; Lg, Large</td><td>Mc master carr</td><td>56025T1</td><td>Used for safety purpose</td></tr><tr><td>Modular Protective Screen with Tie-on Curtain, 6&#039;&amp;nbsp;Height x 4&#039;&amp;nbsp;Width Abrasion-Resistant Fiberglass</td><td>Mc master carr</td><td>9145T84</td><td>Fire-resistant curtain for the background</td></tr><tr><td>Multipurpose Aluminium Alloy 6061 .125&quot; thick, 12&quot; x 24&quot;</td><td>Mc master carr</td><td>89015K28</td><td>Used for holding the insulation</td></tr><tr><td>Marine grade plywood 1/2&quot; thick, 12&quot; x 24&quot;</td><td>Mc master carr</td><td>1125T32</td><td>Used for holding the experimental setup</td></tr><tr><td>Multipurpose Aluminium Alloy 6061 U-channel, 2&quot; base x 1-1/4&quot; legs, 1&#039; length</td><td>Mc master carr</td><td>1630T473</td><td>Used for holding the aluminum plate, insulation and wick</td></tr><tr><td>Architectural Anodized Aluminium (Alloy 6063) 90 deg angle, 1/8&quot; Thk, 1/2&quot; x 1/2&quot; legs, 6&#039; L</td><td>Mc master carr</td><td>4630T21</td><td>Used for holding the aluminum plate, insulation and wick</td></tr><tr><td>Aluminium Inch T-Slotted Framing System Concealed 90 degree connector, for 1&quot; extrusion</td><td>Mc master carr</td><td>47065T155</td><td>Used for holding the aluminum plate, insulation and wick</td></tr><tr><td>Aluminium Inch T-Slotted Framing System Extended 90 degree bracket, Single, 4 Hole, for 1&quot; extrusion</td><td>Mc master carr</td><td>47065T175</td><td>Used for holding the aluminum plate, insulation and wick</td></tr><tr><td>Aluminium Inch T-Slotted Framing System Four-Slot single, 1&quot; solid extrusion, 4&#039; length</td><td>Mc master carr</td><td>47065T101</td><td>Used for holding the aluminum plate, insulation and wick</td></tr><tr><td>1/2&quot; x 48&quot; x 36&quot; (Superwool 607 insulation board) 1 carton containing 12 sheets</td><td>Mccormick Insulation</td><td>Superwool 607&amp;nbsp;</td><td>Insulation material for making the wick and the wick holder</td></tr></tbody></table>

experimental methodology for estimation of local heat fluxes and burning rates in steady laminar boundary layer diffusion flames

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

Watch this Scientific Journal Video about Experimental Methodology for Estimation of Local Heat Fluxes and Burning Rates in Steady Laminar Boundary Layer Diffusion Flames at JoVE.com

Experimental Methodology for Estimation of Local Heat Fluxes and Burning Rates in Steady Laminar Boundary Layer Diffusion Flames

We describe the use of micro-thermocouples to estimate local temperature gradients in steady laminar boundary layer diffusion flames. By extension of the Reynolds Analogy, local temperature gradients can be further used to estimate the local mass burning rates and heat fluxes in such flames with high accuracy.

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

Modeling the realistic burning behavior of condensed-phase fuels has remained out of reach, in part because of an inability to resolve the complex ...

experimental-methodology-for-estimation-local-heat-fluxes-burning

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Engineering

11.7K Views.  University of Maryland. We describe the use of micro-thermocouples to estimate local temperature gradients in steady laminar boundary layer diffusion flames. By extension of the Reynolds Analogy, local temperature gradients can be further used to estimate the local mass burning rates and heat fluxes in such flames with high accuracy. 

Video: Experimental Methodology for Estimation of Local Heat Fluxes and Burning Rates in Steady Laminar Boundary Layer Diffusion Flames

Flame Experiments at the Advanced Light Source: New Insights into Soot Formation Processes

The following experimental protocols and the accompanying video are concerned with the flame experiments that are performed at the Chemical Dynamics Beamline of the Advanced Light Source (ALS) of the Lawrence Berkeley National Laboratory1-4. This video demonstrates how the complex chemical structures of laboratory-based model flames are analyzed using flame-sampling mass spectrometry with tunable synchrotron-generated vacuum-ultraviolet (VUV) radiation. This experimental approach combines isomer-resolving capabilities with high sensitivity and a large dynamic range5,6. The first part of the video describes experiments involving burner-stabilized, reduced-pressure (20-80 mbar) laminar premixed flames. A small hydrocarbon fuel was used for the selected flame to demonstrate the general experimental approach. It is shown how species&#8217; profiles are acquired as a function of distance from the burner surface and how the tunability of the VUV photon energy is used advantageously to identify many combustion intermediates based on their ionization energies. For example, this technique has been used to study gas-phase aspects of the soot-formation processes, and the video shows how the resonance-stabilized radicals, such as C3H3, C3H5, and i-C4H5, are identified as important intermediates7. The work has been focused on soot formation processes, and, from the chemical point of view, this process is very intriguing because chemical structures containing millions of carbon atoms are assembled from a fuel molecule possessing only a few carbon atoms in just milliseconds. The second part of the video highlights a new experiment, in which an opposed-flow diffusion flame and synchrotron-based aerosol mass spectrometry are used to study the chemical composition of the combustion-generated soot particles4. The experimental results indicate that the widely accepted H-abstraction-C2H2-addition (HACA) mechanism is not the sole molecular growth process responsible for the formation of the observed large polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs).

Gas sampling from laboratory-scale flames with online analysis of all species by mass spectrometry is a powerful method to investigate the complex mixture of chemical compounds occurring during combustion processes. Coupled with tunable soft ionization via synchrotron-generated vacuum-ultraviolet radiation, this technique provides isomer-resolved information and potentially fragment-free mass spectra.

تجارب اللهب في مصدر الضوء المتقدم: رؤى جديدة في عمليات تشكيل السخام

The following experimental protocols and the accompanying video are concerned with the flame experiments that are performed at the Chemical Dynamics ...

Emission Spectroscopic Boundary Layer Investigation during Ablative Material Testing in Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution for future high-speed reentry missions. But despite the advancements made since Apollo, heat flux prediction remains an imperfect science and engineers resort to safety factors to determine the TPS thickness. This goes at the expense of embarked payload, hampering, for example, sample return missions. 
Ground testing in plasma wind-tunnels is currently the only affordable possibility for both material qualification and validation of material response codes. The subsonic 1.2MW Inductively Coupled Plasmatron facility at the von Karman Institute for Fluid Dynamics is able to reproduce a wide range of reentry environments. This protocol describes a procedure for the study of the gas/surface interaction on ablative materials in high enthalpy flows and presents sample results of a non-pyrolyzing, ablating carbon fiber precursor. With this publication, the authors envisage the definition of a standard procedure, facilitating comparison with other laboratories and contributing to ongoing efforts to improve heat shield reliability and reduce design uncertainties.
The described core techniques are non-intrusive methods to track the material recession with a high-speed camera along with the chemistry in the reactive boundary layer, probed by emission spectroscopy. Although optical emission spectroscopy is limited to line-of-sight measurements and is further constrained to electronically excited atoms and molecules, its simplicity and broad applicability still make it the technique of choice for analysis of the reactive boundary layer. Recession of the ablating sample further requires that the distance of the measurement location with respect to the surface is known at all times during the experiment. Calibration of the optical system of the applied three spectrometers allowed quantitative comparison. At the fiber scale, results from a post-test microscopy analysis are presented.

Development of new ablative materials and their numerical modeling requires extensive experimental investigation. This protocol describes procedures for material response characterization in plasma flows with the core techniques being non-intrusive methods to track the material recession along with the chemistry in the reactive boundary layer by emission spectroscopy.

الانبعاثات الطيفية الحدود التحقيق طبقة خلال صيغة الجر اختبار المواد في Plasmatron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution ...

Combustion Characterization and Model Fuel Development for Micro-tubular Flame-assisted Fuel Cells

Combustion based power generation has been accomplished for many years through a number of heat engine systems. Recently, a move towards small scale power generation and micro combustion as well as development in fuel cell research has created new means of power generation that combine solid oxide fuel cells with open flames and combustion exhaust. Instead of relying upon the heat of combustion, these solid oxide fuel cell systems rely on reforming of the fuel via combustion to generate syngas for electrochemical power generation. Procedures were developed to assess the combustion by-products under a wide range of conditions. While theoretical and computational procedures have been developed for assessing fuel-rich combustion exhaust in these applications, experimental techniques have also emerged. The experimental procedures often rely upon a gas chromatograph or mass spectrometer analysis of the flame and exhaust to assess the combustion process as a fuel reformer and means of heat generation. The experimental techniques developed in these areas have been applied anew for the development of the micro-tubular flame-assisted fuel cell. The protocol discussed in this work builds on past techniques to specify a procedure for characterizing fuel-rich combustion exhaust and developing a model fuel-rich combustion exhaust for use in flame-assisted fuel cell testing. The development of the procedure and its applications and limitations are discussed.

A protocol for creating a model fuel-rich combustion exhaust is developed through combustion characterization and is applied for micro-tubular flame-assisted fuel cell testing and research.

احتراق توصيف ونموذج التنمية وقود الصغرى أنبوبي خلايا الوقود بمساعدة لهب

Combustion based power generation has been accomplished for many years through a number of heat engine systems. Recently, a move towards small scale power ...

Reaction Kinetics and Combustion Dynamics of I4O9 and Aluminum Mixtures

Tetraiodine nonoxide (I4O9) has been synthesized using a dry approach that combines elemental oxygen and iodine without the introduction of hydrated species. The synthesis approach inhibits the topochemical effect promoting rapid hydration when exposed to the relative humidity of ambient air. This stable, amorphous, nano-particle material was analyzed using differential scanning calorimetry (DSC) and thermal gravimetric analysis (TGA) and showed an exothermic energy release at low temperature (i.e., 180 &#176;C) for the transformation of I4O9 into I2O5. This additional exothermic energy release contributes to an increase in overall reactivity of I4O9 when dry mixed with nano-aluminum (Al) powder, resulting in a minimum of 150% increase in flame speed compared to Al + I2O5. This study shows that as an oxidizer, I4O9 has more reactive potential than other forms of iodine(V) oxide when combined with Al, especially if I4O9 can be passivated to inhibit absorption of water from its surrounding environment.

Reaction Kinetics and Combustion Dynamics of I4O9 and Aluminum Mixtures

A protocol for measuring flame speeds of a reactive mixture composed of tetraiodine nonoxide (I4O9) and aluminum (Al) is presented. A method for resolving reaction kinetics using differential scanning calorimetry (DSC) is also presented. It was found that I4O9 is 150% more reactive than other iodine(V) oxides.

حركية التفاعل والاحتراق ديناميات أنا<sub&gt; 4</sub&gt; O<sub&gt; 9</sub&gt; ومخاليط الألومنيوم

Tetraiodine nonoxide (I4O9) has been synthesized using a dry approach that combines elemental oxygen and iodine without the introduction of hydrated ...

Combustion Chemistry of Fuels: Quantitative Speciation Data Obtained from an Atmospheric High-temperature Flow Reactor with Coupled Molecular-beam Mass Spectrometer

This manuscript describes a high-temperature flow reactor experiment coupled to the powerful molecular beam mass spectrometry (MBMS) technique. This flexible tool offers a detailed observation of chemical gas-phase kinetics in reacting flows under well-controlled conditions. The vast range of operating conditions available in a laminar flow reactor enables access to extraordinary combustion applications that are typically not achievable by flame experiments. These include rich conditions at high temperatures relevant for gasification processes, the peroxy chemistry governing the low temperature oxidation regime or investigations of complex technical fuels. The presented setup allows measurements of quantitative speciation data for reaction model validation of combustion, gasification and pyrolysis processes, while enabling a systematic general understanding of the reaction chemistry. Validation of kinetic reaction models is generally performed by investigating combustion processes of pure compounds. The flow reactor has been enhanced to be suitable for technical fuels (e.g. multi-component mixtures like Jet A-1) to allow for phenomenological analysis of occurring combustion intermediates like soot precursors or pollutants. The controlled and comparable boundary conditions provided by the experimental design allow for predictions of pollutant formation tendencies. Cold reactants are fed premixed into the reactor that are highly diluted (in around 99 vol% in Ar) in order to suppress self-sustaining combustion reactions. The laminar flowing reactant mixture passes through a known temperature field, while the gas composition is determined at the reactors exhaust as a function of the oven temperature. The flow reactor is operated at atmospheric pressures with temperatures up to 1,800 K. The measurements themselves are performed by decreasing the temperature monotonically at a rate of -200 K/h. With the sensitive MBMS technique, detailed speciation data is acquired and quantified for almost all chemical species in the reactive process, including radical species.

An investigation of the oxidative combustion chemistry of novel biofuels, fuel components, or jet fuels by comparison of quantitative speciation data is presented. The data can be used for kinetic model validation and enables fuel assessment strategies.This manuscript describes the atmospheric high-temperature flow reactor and demonstrates its capabilities.

كيمياء احتراق الوقود: انتواع كمية البيانات المتحصل عليها من على مفاعل الغلاف الجوي درجات حرارة عالية تدفق مع اقتران مطياف كتلة جزيئية شعاع

This manuscript describes a high-temperature flow reactor experiment coupled to the powerful molecular beam mass spectrometry (MBMS) technique. This ...

Chemistry

Wind Tunnel Experiments to Study Chaparral Crown Fires

The present protocol presents a laboratory technique designed to study chaparral crown fire ignition and spread. Experiments were conducted in a low velocity fire wind tunnel where two distinct layers of fuel were constructed to represent surface and crown fuels in chaparral. Chamise, a common chaparral shrub, comprised the live crown layer. The dead fuel surface layer was constructed with excelsior (shredded wood). We developed a methodology to measure mass loss, temperature, and flame height for both fuel layers. Thermocouples placed in each layer estimated temperature. A video camera captured the visible flame. Post-processing of digital imagery yielded flame characteristics including height and flame tilt. A custom crown mass loss instrument developed in-house measured the evolution of the mass of the crown layer during the burn. Mass loss and temperature trends obtained using the technique matched theory and other empirical studies. In this study, we present detailed experimental procedures and information about the instrumentation used. The representative results for the fuel mass loss rate and temperature filed within the fuel bed are also included and discussed.

This protocol describes wind tunnel experiments designed to study the transition of a fire from the ground to the canopy of chaparral shrubs.

تجارب نفق الرياح لدراسة حرائق التاج قال

The present protocol presents a laboratory technique designed to study chaparral crown fire ignition and spread. Experiments were conducted in a low ...

Experimental Procedure for Laboratory Studies of In Situ Burning : Flammability and Burning Efficiency of Crude Oil

A new method for the simultaneous study of the flammability and burning efficiency of fresh and weathered crude oil through two experimental laboratory setups is presented. The experiments are easily repeatable compared to operational scale experiments (pool diameter &#8805;2 m), while still featuring quite realistic in situ burning conditions of crude oil on water. Experimental conditions include a flowing water sub-layer that cools the oil slick and an external heat flux (up to 50 kW/m2) that simulates the higher heat feedback to the fuel surface in operational scale crude oil pool fires. These conditions enable a controlled laboratory study of the burning efficiency of crude oil pool fires that are equivalent to operational scale experiments. The method also provides quantitative data on the requirements for igniting crude oils in terms of the critical heat flux, ignition delay time as a function of the incident heat flux, the surface temperature upon ignition, and the thermal inertia. This type of data can be used to determine the required strength and duration of an ignition source to ignite a certain type of fresh or weathered crude oil. The main limitation of the method is that the cooling effect of the flowing water sub-layer on the burning crude oil as a function of the external heat flux has not been fully quantified. Experimental results clearly showed that the flowing water sub-layer does improve how representative this setup is of in situ burning conditions, but to what extent this representation is accurate is currently uncertain. The method nevertheless features the most realistic in situ burning laboratory conditions currently available for simultaneously studying the flammability and burning efficiency of crude oil on water.

Experimental Procedure for Laboratory Studies of In Situ Burning : Flammability and Burning Efficiency of Crude Oil

Here, we present a protocol to simultaneously study the flammability and burning efficiency of fresh and weathered crude oil under conditions that simulate in situ burning operations on the sea.

الإجراء التجريبي للدراسات المختبرية لحرق في الموقع : القابلية للاشتعال وكفاءة حرق النفط الخام

A new method for the simultaneous study of the flammability and burning efficiency of fresh and weathered crude oil through two experimental laboratory ...

Measurements of Local Instantaneous Convective Heat Transfer in a Pipe - Single and Two-phase Flow

This manuscript provides step by step description of the manufacturing process of a test section designed to measure the local instantaneous heat transfer coefficient as a function of the liquid flow rate in a transparent pipe. With certain amendments, the approach is extended to gas-liquid flows, with a particular emphasis on the effect of a single elongated (Taylor) air bubble on heat transfer enhancement. A non-invasive thermography technique is applied to measure the instantaneous temperature of a thin metal foil heated electrically. The foil is glued to cover a narrow slot cut in the pipe. The thermal inertia of the foil is small enough to detect the variation in the instantaneous foil temperature. The test section can be moved along the pipe and is long enough to cover a considerable part of the growing thermal boundary layer.
At the beginning of each experimental run, a steady state with a constant water flow rate and heat flux to the foil is attained and serves as the reference. The Taylor bubble is then injected into the pipe. The heat transfer coefficient variations due to the passage of a Taylor bubble propagating in a vertical pipe is measured as function of the distance of the measuring point from the bottom of the moving Taylor bubble. Thus, the results represent the local heat transfer coefficients. Multiple independent runs preformed under identical conditions allow accumulating sufficient data to calculate reliable ensemble-averaged results on the transient convective heat transfer. In order to perform this in a frame of reference moving with the bubble, the location of the bubble along the pipe has to be known at all times. Detailed description of measurements of the length and of the translational velocity of the Taylor bubbles by optical probes is presented.

This manuscript describes methods aimed at measuring the local instantaneous convective heat transfer coefficients in a single or two-phase pipe flow. A simple optical method to determine the length and the propagation velocity of an elongated (Taylor) air bubble moving at a constant velocity is also presented.

قياسات لنقل الحرارة الحمل الحراري لحظية المحلية في أنبوب--تدفق واحد ومرحلتين

This manuscript provides step by step description of the manufacturing process of a test section designed to measure the local instantaneous heat transfer ...

Thermal Diffusivity and the Laser Flash Method

Source: Elise S.D. Buki, Danielle N. Beatty, and <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/author/Taylor+D._Sparks">Taylor D. Sparks</a>, Department of Materials Science and Engineering, The University of Utah, Salt Lake City, UT
The laser flash method (LFA) is a technique used to measure thermal diffusivity, a material specific property. Thermal diffusivity (&#945;) is the ratio of how much heat is conducted relative to how much heat is stored in a material. It is related to thermal conductivity (<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/10488/10488eq1v2.jpg" />), how much heat is transferred through a material due to a temperature gradient, by the following relationship:
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/10488/10488eq2v2.jpg" /> (Equation 1)
where &#9076; is the density of the material and Cp is the specific heat capacity of the material at the given temperature of interest. Both thermal diffusivity and thermal conductivity are important material properties used to assess how materials transfer heat (thermal energy) and react to changes in temperature. Thermal diffusivity measurements are obtained most commonly by the thermal or laser flash method. In this technique a sample is heated by pulsing it with a laser or xenon flash on one side but not the other, thus inducing a temperature gradient. This temperature gradient results in heat propagating through the sample towards the opposite side, heating the sample as it goes. On the opposite side an infrared detector reads and reports the temperature change with respect to time in the form of a thermogram. An estimate of the thermal diffusivity is obtained after these results are compared and fit to theoretical predictions using a least squares model.
The laser flash method is the only method that is supported by multiple standards (ASTM, BS, JIS R) and is the most widely used method for determining thermal diffusivity.

Laser Flash Method for Measuring Thermal Diffusivity

Source: Elise S.D. Buki, Danielle N. Beatty, and Taylor D. Sparks, Department of Materials Science and Engineering, The University of Utah, Salt Lake ...

Education

JoVE Science Education

Materials Engineering

Constant Temperature Anemometry: A Tool to Study Turbulent Boundary Layer Flow

Source: Xiaofeng Liu, Jose Roberto Moreto, and Jaime Dorado, Department of Aerospace Engineering, San Diego State University, San Diego, California
A boundary layer is a thin flow region immediately adjacent to the surface of a solid body immersed in flow field. In this region, viscous effects, such as the viscous shear stress, dominate, and the flow is retarded due to the influence of friction between the fluid and the solid surface. Outside of the boundary layer, the flow is inviscid, i.e., there is no dissipative effects due to friction, thermal conduction or mass diffusion.
The boundary layer concept was introduced by Ludwig Prandtl in 1904, which enables significant simplification to the Navier-Stokes (NS) equation for the treatment of flow over a solid body. Inside the boundary layer, the NS equation is reduced to the boundary layer equation, while outside of the boundary layer, the flow can be described by the Euler equation, which is a simplified version of the NS equation.
<img src="/files/ftp_upload/10455/10455fig1a.jpg" />
Figure 1. Boundary layer development over a flat plate.
The simplest case for boundary layer development occurs on a flat plate at zero angle of incidence. When considering boundary layer development on a flat plate, the velocity outside of the boundary layer is constant so that the pressure gradient along the wall is considered to be zero.
The boundary layer, which naturally develops on a solid body surface, typically undergoes the following stages: first, the laminar boundary layer state; second, the transition state, and third, the turbulent boundary layer state. Each state has its own law(s) describing the flow structure of the boundary layer.
The research into the development and structure of boundary layer is of great importance for both theoretical study and practical applications. For example, boundary layer theory is the basis for calculating the skin friction drag on ships, aircraft and the blades of turbomachines. Skin friction drag is created on the body surface within the boundary layer and is due to the viscous shear stress exerted on the surface through fluid particles in direct contact with it. The skin friction is proportional to the fluid viscosity and the local velocity gradient on the surface in the surface normal direction. Skin friction drag is present on the entire surface, thus it becomes significant over large areas, such as an airplane wing. Additionally, turbulent fluid flow creates more skin friction drag. The macro-turbulent fluid motion enhances the momentum transfer within the boundary layer by bringing fluid particles with high momentum down to the surface.
This demonstration focuses on the turbulent boundary layer over a flat plate, in which the flow is irregular, such as in mixing or eddying, and the fluctuations are superimposed on the mean flow. Thus, the velocity at any point in a turbulent boundary layer is a function of time. In this demonstration, constant temperature hot-wire anemometry, or CTA, will be used to conduct a boundary layer survey. Then, the Clauser chart method will be used to calculate the skin friction coefficient in a turbulent boundary layer.

Constant Temperature Anemometry: Turbulent Boundary Layer Flow Study

Source: Xiaofeng Liu, Jose Roberto Moreto, and Jaime Dorado, Department of Aerospace Engineering, San Diego State University, San Diego, California
A ...