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

실험 1. 계획 <ol><li> 화재 또는 연소 연구 실험실에 들어가기 전에 지침 및 안전주의 사항을 따르십시오. 안전 교육은 일반적으로 새로운 사용자를 위해 필요합니다. </li><li> 필요한 테스트를 수행하기 위해 사전에 실험을 예약합니다. 실험에 필요한 연료 및 필요한 장비의 수송의 세부 사항을 고려한다. </li><li> 관심있는 액체 또는 고체 연료 실험을 확인합니다. 이에 따라 재료를 준비합니다. </li></ol> 재료 및 계측 2. 준비 <ol><li> 액체 연료 실험에 다공질 불연 재료 (알칼리 토금속 실리케이트 양모)의 연료 구를 준비한다. 이전 실험 4-6 활용 한 8cm × 8 cm X 무료 대류 시험을위한 1.27 cm, 10 cm × 10 cm X 1.27 cm 강제 대류 테스트를위한 두꺼운 시트를. <ol><li> 위해 프로판 토치에서 확산 화염에 노출에 의해 약 20 분 동안 주어진 연료 심지를 구워심지 내부에 유기 바인더를 구울 수 있습니다. </li><li> 윅의 측면에서 액체 연료의 누설을 제거하기 위해, 자유롭게 상면을 제외하고 심지의 모든면을 커버하는 주사기 액상 규산 나트륨을 적용한다. </li><li> 알루미늄 박과 윅의 상면을 제외한 모든 방패. 윅의 측면에 알루미늄 박을 붙여, 고온 접착제를 사용한다. </li></ol></li><li> 고체 연료 실험을 위해, 고체 연료의 시트를 잘라. 이전 대류 실험 2의 8 cm × 8 cm X 투명한 캐스트 폴리 메틸 메타 크릴 레이트 (PMMA)를 1.27 cm 두께의 시트가 사용되었다. </li><li> 이후 시료를 탑재 한 연료 샘플의 동일한 크기의 세라믹 섬유 절연 기판의 판의 슬롯을 잘라. 종종, 연료 심지 같은 불연성 다공질를 사용; 그러나 고온 매트 블랙 페인트로 밀봉. </li><li> 주어진 데이터 수집 하드웨어 및 소프트웨어를 확인합니다. 소프트웨어를 열고 성질을 확인필요한 시험을 실시하기 전에 ature 매핑 알고리즘. </li></ol> 실험 설정 3. 준비 <ol><li> 가 충분히 멀리 떨어진 소정의 화염의 전체 측면도가 포착되도록 연료의 중심 축과 정렬되도록 측면도 디지털 일안 리플렉스 카메라를 배치했다. <ol><li> 강제 대류 FL 에임스 화상 열분해 영역에서의 FL AME 스탠드 오프 거리를 계산 16cm X 8cm의 영역을 덮고있는 연료 시험편의 중앙에 볼의 파이 ELD. </li></ol></li><li> 연료 샘플 위의 이송기구를 놓습니다. 치료와 이송 장치의 수평 축에 50 μm의 와이어 직경 마이크로 열전대를 연결합니다. </li><li> 프로그래밍 스테퍼 모터 컨트롤러를 켭니다. </li><li> 강제 흐름 실험, 전원을 풍동의 원심 송풍기의 경우. </li><li> 전력 설정 rangi와 7000 Hz의 주파수로 펄스 폭 변조 (PWM) 제어기를 집합16 %에서 열선 유속계 확인 상이한 속도 송풍기, 50 % ng 내지. </li><li> 테스트를 진행하기 전에 안전 안경 및 내화 손 장갑을 착용 할 것. </li><li> 각 테스트하는 동안, 채도의 그 지점까지 액체 연료 (메탄올 또는 에탄올)과 심지를 담가. 8 cm × 8 cm X 1.27 cm 두께의 심지를 들어, 90 ml의 완전하면서 10 cm × 10 cm X 1.27 cm 두께 심지 두 개의 60 mL를 주사기를 사용하여 심지 담가 충분했다 120 ml의 충분한 것으로 밝혀졌다. </li><li> 연료 심지 홀더에 조심스럽게 연료 젖은 심지 / 고체 연료 판을 놓습니다. 각도 게이지와 연료 심지 표면의 평탄도를 확인합니다. </li><li> 물질 수지 소프트웨어를 열고 USB 인터페이스 설정을 확인합니다. 질량 균형을 확인하고 검사 전 그 읽기를 확인합니다. </li></ol> 연소 또는 화재 연구소 4. 실행 실험 <ol><li> 실험의 각 세트를 완료 한 후 배기 설정하여 실험 시설의 적절한 환기를 확인합니다. 이자형xhaust은 최소 또는 흐름의 장애를 제거하기 위해 실험하는 동안 가능한 한 격리해야한다. </li><li> 샘플을 점화하기 전에 연료 표면의 중심 축을 따라 정렬되는 그래프 종이 또는 자하는 시트의 사진을 촬영하여 사이드 뷰 디지털 카메라 교정. 보정 이미지의 평균 픽셀 / mm 수를 가져옵니다. 화상의 후 처리 동안 픽셀 / mm이 값을 사용하여 (ImageJ에 상기 측정 스케일을 설정). </li><li> 순간적으로 액체 연료 심지를 위해 닿지 고체 연료를 50 ~ 60 초 동안 표면에 균일하게 불꽃을 통과, 프로판 토치에 연료를 점화. </li><li> 즉시 균일 점화 후 실험 시간을 시작합니다. 레코딩 시간을 나타 내기 위해 스톱워치를 사용합니다. </li><li> 질량 균형 소프트웨어의 데이터 취득 버튼을 누른다. </li><li> 타임 드 간격 동안 심지의 질량 손실을 모니터링하고 측정 파일에 기록. g에 대한 질량 균형 소프트웨어를 사용하여iven 목적. </li><li> 반복 재현성을 보장하기 위해 동일한 조건에서 4.3 여러 테스트를위한 4.6 단계를 반복합니다. </li><li> 질량 손실의 선형 피팅 높은 R 2 값을 갖고, 정상 연소 체제를 결정하기 위해 대 시간 곡선 질량 손실을 사용한다. </li><li> 비정상 고체 연료를 사용하는 경우, 표면의 회귀를 측정하기 위해 연소하는 점화 50 초 단위에서 샘플을 구울 (예를 들어, 50 초 등 100 초, 150 초)입니다. </li><li> 컷 회귀 테스트를 위해 냉각 한 후 중심선을 따라 고체 연료를 연소. </li><li> ImageJ에로 절단 고체 연료 및 부하의 사이드 뷰 사진을 가져 가라. 통치자와 CM하는 픽셀을 변환하여 유선 위치에서 회귀를 측정한다. 단계 절차에 의해 단계는 ImageJ에 주어진 이미지가 본 계약에 나열되어 처리합니다. <ol><li> 이미지 열기 → 파일 선택을 통해 ImageJ에있는 고체 연료 시료의 열기 사이드 뷰 사진입니다. </li><li> ImageJ에있는 고체 연료 시료의 (통치자로) 교정 이미지를 엽니 다오픈 교정 이미지 → 파일 선택을 통해. </li><li> 교정 이미지와 고체 연료 샘플 이미지를 스택. 스택 → 이미지가 스택 → 이미지로 이동합니다. </li><li> 설정 측정 범위는 : 같은 사진의 통치자로 알려진 거리의 두 점 사이에 선을 그립니다. → 설정 규모를 분석로 이동합니다. 설정 규모 창 라인의 길이를 픽셀 단위로 표시됩니다. 해당 상자에 알려진 거리와 측정 단위를 입력하고 확인을 클릭합니다. </li><li> 새로운 라인을 그리고 측정 규모가 올바른지 확인합니다. </li><li> 주어진 샘플 사진에서 두 점 사이의 거리를 측정 : 두 점 사이에 선을 그립니다. 상태 표시 줄 (가로)에서 각도와 길이를 보여줍니다. → 측정 분석 (또는 Ctrl + M하거나 키보드에 M을 입력) 데이터 창에 값을 전송합니다. </li><li> 번 아웃 샘플의 두께를 측정하고, I로부터 감산하여 각 유선 위치 X에서의 회귀 측정샘플의 nitial 두께. </li></ol></li><li> 고체 연료의 표면이 대략 평면을 유지하는 동안의 시간 간격을 유의 온도 매핑에 사용하거나, 표면 회귀를 보상하게 열전대 위치 조정. </li><li> , 정상 연소 정권 고체 PMMA 약 150 초 및 액체에 젖은 심지 400 초 측정을 캡처 온도 매핑 간격을 설정합니다. 액체 및 고체 연료의 안정적인 연소 시간 간격에 기초하여 온도를 맵핑 구간을 설정한다. 표면 근처 추천 단계 크기는 0.25 mm ~ 6이다. </li><li> XY의 unislide를 사용하여 연료의 표면에 조심스럽게 마이크로 열전대를 맞 춥니 다. 샘플의 폭의 중심에 주어진 열전대를 놓습니다. </li><li> XY의 unislide를 사용하여 연료 심지의 선단을주의 깊게 마이크로 열전대를 이동합니다. </li><li> 컴퓨터에서 데이터 수집 프로그램을 실행하고 D에 폴더에서 그리드 검색 알고리즘을 읽고esktop. 참고 실험이 진행되면, 데이터 수집이 자동으로, 사용자가 단지 실험 계획대로 가고 확인을 감독 할 필요가있다. </li><li> 컴퓨터 데이터 획득 프로그램을 사용하여 데이터를 수집하고, 측정 파일에 기록. 참고 100 4-5 Hz로 6 내지 500의 샘플링 레이트는 이전 실험에 사용 하였다. </li><li> 완료 할 때, 불꽃을 소화. PWM 컨트롤러의 전원을 끄고 3 상 240 VAC 전원 콘센트에서 송풍기의 전원 플러그를 분리합니다. </li><li> 스테퍼 모터 컨트롤러를 끕니다. </li><li> 반복 4.12 같은 열전대와 유사하거나 상이한 흐름 조건에서 추가 실험 4.18에 단계를 반복합니다. (5) 시험의 최소 각각의 주어진 유동 조건 (예를 들어, 강제 유속 또는 세로 방향)에 대해 반복해야합니다. </li><li> 반복은 75 μm의 마이크로 열전대에 대한 4.18-4.12 단계를 반복합니다. 샘을 따라 두 개의 열전대 (50 μm의 75 μm의 와이어 직경) 트래버스정확한 방사선 수정에 대한 불꽃의 중심에있는 전자 경로입니다. 작은 열전대도 사용할 수 있지만 종종 50 μm의 아래에 전선을 위해 발생한 파손 수 있습니다. </li></ol> 5. 데이터 분석 <ol><li> Matlab의에 LVM 파일 또는 다른 분석 소프트웨어에서 처리 된 데이터를 읽습니다. </li><li> 다른 테스트에서 각각의 공간 시점에서 온도 데이터의 평균. </li><li> 상세히 설명 콜리스 윌리엄스 (10)의 관계에 따라 각 위치에서 유선 평균 열전쌍 데이터로부터 방사선 보정을 계산한다. </li><li> 원료의 온도 데이터에 대한 상기 방사선 보정을 추가함으로써 보상 온도 측정치를 계산한다. </li><li> 온도 데이터와 공간 위치가 아닌 일차원. </li><li> matlab에 또는 다른 전용 소프트웨어 곡선 적합 알고리즘을 사용하여 적절한 고차 다항식과 연료 표면에서 무 차원 온도 데이터를 장착한다. 표면 근처에 4 ~ 6 점이전 연구 4-6에서 잘 작동하는 것으로 확인되었다. </li><li> 연료 표면 (Y = 0)에서의 무 차원 온도 분포의 고차 다항식 피팅의 기울기로부터 연료 표면의 법선 무 차원 온도 구배를 구한다. </li><li> 레이놀즈 유추 (4)에 기초하여 이론적 인 관계를 이용하여 연료 표면의 대응하는 로컬 무 차원 온도 구배에서 로컬 질량 연소율을 계산한다. </li><li> 연료 5-6의 표면에서의 온도 구배로부터 대류 열 유속을 계산한다. </li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

본 연구의 목적은 흐름 필드 다양한 조건 하에서 액체 및 고체 연료 모두 로컬 질량 연소 속도의 추정을위한 새로운 방법을 개발 하였다. 연구는 액체 및 고체 연료를 사용하는 두 개의 케이스, 자유 대류 경계층 확산 화염 다른 자유 흐름 조건 하에서 설정된 강제 대류 경계층 확산 화염을 고려 하였다. 모두 액체 연료 젖은 심지 이상 및 PMMA의 고체 석판을 통해 미세 와이어 열전쌍 측정을 통해 측정 된 지방 연소 속도는 추정의 다른 수단, 즉 연료 회귀 측정과 일치하는 것으로 밝혀졌다. 연료 표면 근방 이러한 온도 구배는 궁극적 평균 결과 및 더 15 %의 정확도 내에서 데이터의 결과, 정상이 필요한 반면, 층류 연소 작은 규모의 샘플에 대해 매우 잘 작동 레이놀즈 유사 12-13에 기초하여 상관도를 이용하여 결정 하였다 지역 measurem 더엔트 4-6. 이러한 로컬 질량 손실율 측정의 상관 계수는 대표적인 연료 선험적으로 계산 될 수있는 연료의 다른 열 물성 스폴딩 질량 전송 횟수에 의존한다. 이 결과는이 기술이 이러한 양을 추출하고, 장래에보다 상세히 소규모 연료의 연소를 이해하는 것이 유용 할 수 있음을 시사한다. 문헌의 다른 연구는 자유롭게 4,5 굽기, 수직 지향 샘플을 수치 시뮬레이션 (4) 실험을 통합 여기 대표작을 확대하고, 주위의 바람 (6)에서 시료를 수평으로 장착했다. 이러한 구성의 열 플럭스 성분도 응축 연료 표면에 매우 근접 같은 미세 와이어 열전대 기술을 이용하여 연료 표면에 국부적으로 결정되었다. 열유속의 성분이 포함 게이지를 이용하여 과거에 측정되었지만, 생의 기술은 최소 침습이며, 이전에 가능하지 않았다 대류 열 플럭스의 직접 측정을 제공합니다. 특정 구성과 장치의 설정을 선택할 때 특별한주의가 실험시주의해야한다. 이 실험에서 열전대 와이어에 장력을 유지하고 열전대의 위치가 상대적으로 고정하고, 작은 세라믹 튜브에서 돌출 단계 3.2 선택. 세라믹 튜브에서 가능한 장애를 줄일 튜브 않고 전체 화염에 걸쳐 중단 열전대 와이어를 사용하지만 그것은 와이어가 증가하는 온도로 확장하는 경향이 더 많은 변수 열전대의 특정 위치를 찾는 만들 것입니다. 때때로, 구성 변경 (샘플 경사 인스턴스) 샘플의 폭을 가로 지르는 효과를 유도 할 수있다. 설치 단계의 주위에, 지난 4-6에서 연구들에서 4.14 가끔 점검을 수정되면 그 화염 온도 MEA샘플의 폭을 가로 지르는 숏에는 상당한 변화가 (즉, 2-D의 가정은 여전히 유효) 취하지되어야 나타낸다. 그렇지 않은 경우, 3-D 매핑 시스템이 구현 될 필요가있을 것이다. 실험을 수행하는 동안 가장 중요한 단계는 연료의 준비와 열전대의 적절한 사용과 관련이있다. 열전대의 위치에서도 약간의 편차는 단계 3.2, 4.13 및 4.14의 열전대를 배치 할 때 따라서주의를 기울여야합니다, 오류가 발생할 수 있습니다. 가능한 한 평탄면 (단계 2.1)을 유지하고있는 모든 충전재는 윅 (단계 2.1.1)에서 소성한다되도록 연료 윅은 배치되어야한다. 단계 4.1 활성화 배기 시스템은 또한 최소로 유지하거나 유동 교란을 제거하는 데 도움이 실험에 최대한 가깝게 격리되어야한다. 이것은 테스트 (바람)없이 발생하는 곳 려하지 않는 작은 촛불을 보장하여 확인해야합니다. 배플 화면큰 공간에서 별도의 밀폐 설비 또는 검사는이를 달성하기 위해 사용될 수있다. 단계 4.2에서, 고체 연료를 가능한 한 균일하게 점화되어야한다. 프로판 토치이를위한 가장 이상적인 소스 아니지만, 실험은 이전 작업 4-6의 발화원에 민감한 것으로 확인되지 않았다. 점화 소스에 감도는 시간이나 노출의 강도를 변화하고 정상 질량 연소 속도에 결과를 관찰하여 실험하는 동안 문서화되어야한다. 감도가 관찰되는 경우 복사 패널은 선택적으로 샘플을 점화하는 데 사용되어야한다. 고체 연료를 사용, 또는 짧은 지역 동안 촬영 온도 매핑이 있어야합니다 대량 손실 가격으로 관찰 큰 (&gt; 300 초) 정상 연소 영역을하지 않는 연료. 연료가 여전히 상대적으로 평평한 표면 회귀가 잘 설명하고있는 동안 예를 들어, 단계 4.13에서 매핑은 제 150 초 이상 촬영이 PMMA하는 것이 좋습니다. 표면 회귀 측정 I을 사용할 수 있습니다mageJ 또는 다른 유사한 이미지 소프트웨어는 사진의 픽셀을 측정하고 길이로 변환합니다. 대안 적으로, 디지털 마이크로 미터가 식은 후에 고체 판 표면 회귀를 측정하는데 사용될 수있다 (예를 들면 PMMA 등의 &quot;버블&quot;물질의 표면에주의 첫번째 사포질해야 함). 제안 된 연소 속도 상관이 층류의 가정에 기초하지만,이 기술이 실험적으로 결정되어야 변형 함수 관계 불구 연료 표면의 난류 굽기 유사한 형태를 수행한다고 가정한다. 여기에 제시된 일 이후 경계층 연소 추가 조사 될 수있는 연료의 표면에 입사 한 열 흐름을 유도 난류 기상 열 방출과 관련된 상호 작용을 난류하도록 확장 될 수있다. 연소 속도의 상관 관계의 기반이되는 이론은 방사선을 무시한다. 이 이론은 과도하게 단순화되어 제작본 연구에 포함되지 않습니다 상황에서의 예측 능력의 불확실성에 ading. 표면 열유속 크게 복사 여기서 예를 들어, 소정의 방법은 높은 그을음​​ 염 작동하지 않을 수있다. 응축 된 연료 표면에 복사 열유속이 높은 대형 난류 벽 화염의 경우, 제안 된 연소 속도의 상관 관계 또는 작동하지 않을 수 있습니다. 제안 된 상관 방사선 효과 포함될 따라서, 바람직한 추가 연구가 이러한 기능적 관계를 결정하기 위해 수행되어야한다. 자신감 예측 방법은 화염 달성 할 수 있다면이 영역 모델에 개선이 필요하다.

중요한 발전이 지난 세기에 걸쳐 화​​재 안전 연구의 영역에서 이루어지고 있지만, 화염 확산 속도를 예측하는 것은 여전히​​ 다양한 구성의 많은 재료에 대한 도전 남아있다. 화염 확산 종종 발화의 초기 소스로부터 나오는 새로운 요소의 점화 일련 같은 내장 또는 자연 환경 중 하나로 진행한다. 이 unignited 요소에 난방 요금에 기여하기 때문에 개별 연소 물질의 연소 특성에 대한 지식은, 화염 확산이 속도를 예측하기 위해 중요합니다. 연료 요소의 열 방출 속도 (HRR)을 따라서 불 연구 (1)의 가장 기본적인 양 인용 된 응축 상 연료의 연소 (중량 손실) 비율, 즉 증발 속도와 대략 동일하고 고체 연료, 액체 연료 또는 열분해 속도. 연소 속도는 메이터의 난연성의 기준으로 생각할 수있다IAL 및 화재 위험 분석에있어서 중요한 매개 변수 및 화재 진압 시스템의 설계이다. 직벽의 지방 질량 감소 (또는 연소) 속도 M &quot;F는 특히,이며, 이러한 벽 화염 확산 화재 성장 및 에너지 방출율 내의 많은 화재와 관련된 문제에 중요한 변수 인클로저 화재, 연기 및 고온 가스 기둥의 확산 직벽에 상향 화염 확산 예측 화염 높이를 계산하며, 전체 에너지의 방출 속도에 따라 다르다. 즉, 차례대로 직접적으로 영향 벽 2-3의 전체 열분해 영역에 걸쳐 적분 로컬 질량 손실율. 이러한 통합 질량 손실 비율의 기술은 비교적 잘 알려져 있지만, 연료 표면을 따라 증분 위치에서의 질량 연소율 기술은 잘 알려져 있지 않다 실험 기술은 측정 할 수 있기 때문에 이러한 비율은 매우 제한되어있다.이 &quot;로컬&quot;대량 연소 속도를 제공하는 기술정보는 추가로 다른 연료 또는 서로 구성을 구별하는 메커니즘을 이해하는 연구를 가능하게 응축 연료의 연소에 증가 된 통찰력을 제공 할 수있다. 대부분의 물질이 먼저 작은 규모로 평가되는 바와 같이 (예를 들면, 원추 열량계 1) 논리 첫번째 단계는 응축 된 연료 표면 위에 작은 층류 확산 화염 현지 질량 연소 속도를 측정하는 기술을 제공하는 것이다. 여기에 제시된 작품은 압축 된 연료 표면을 통해 설립 정상 층류 화염에 실험을 수행하기위한 실험 방법 및 프로토콜에 대해 설명합니다. 마이크로 열전대를 사용하여 로컬 온도 구배의 추정이 불길 4-6 로컬 질량 연소 속도와 열 플럭스의 추정에 특히 유용한 기술이다. 문헌 데이터의 분석은 conden 현지 열전달 연소 및 마찰 계수를 결정하는 데 어려움을 나타낸다물리학을 이해하고 특정 화재의 확산 4-6 드라이브 기본 메커니즘에 중요한 나오지 연료 표면. 아마도 남아 연료 표면 로컬 위치에서 가장 잘 측정 불 속성 한 열 플럭스의 성분을 측정하기 어려웠있다. 이러한 연료의 다양성 열유속 확장 성, 열유속 게이지 기술이 정상 상태를 달성하고 다른 어려움 등의 효과는 문헌 4에 사용할 데이터의 넓은 분산에 기여했다. 높은 정밀도로 로컬 온도 구배의 측정이 변동성을 완화하고 또한 층류 벽 화재, 정규 화재 연구 문제의 수치 적 검증에 사용될 수 열전달 상관 관계를 제공하는 데 도움이 될 것입니다. 이러한 실험은 층류와 난류 경계층의 축합 가연성 연료 표면 및 기상 화 간의 동적 관계를 탐구 유용에스. 정확하게 정확하고 반복 가능한 방식으로 이러한 온도 구배를 포착하는 방법을 설명한다.

<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

응축 상 연료의 연소 현실적인 행동을 모델링하는 인해 기상 화 및 응축 상 연료 사이의 계면에서 발생하는 복잡한 상호 작용을 확인하는 무능력 부분에 손이 닿지 남아있다. 현재의 연구는 층류 경계층에서 가연성 압축 된 연료 표면과 기체 상 불길 사이의 역동적 인 관계를 탐구 할 수있는 기술을 제공한다. 실험은 이전에 고체 및 액체 연료 둘다 모두 강제하고 무료 대류 환경에서 진행되고있다. 레이놀즈 유추에 기초하여 고유 한 방법은, 연료 표면의 국부 온도 구배를 이용하여 이러한 층류 경계층 확산 화염 로컬 질량 연소 속도와 화염 열유속을 추정하기 위해 사용 하였다. 로컬 질량 연소 속도와 화염의 대류 및 복사 열 피드백은 2 축 트라 베르 의해 벽 근처 매핑 온도 구배를 사용하여 모두 열분해 플룸 영역 측정했다자체 시스템. 이러한 실험은 시간 소모적이며, 축합 연료 표면 착화 다음 시간의 제한된 기간 동안 지속적으로 연소하도록 설계 도전 할 수있다. 연료 표면 근방의 온도 프로파일은 국부 온도 구배 합리적인 추정을 포착하기 위해 매우 높은 공간 해상도 축합 연료 표면의 정상 연소 동안 매핑 될 필요가있다. 열전대에서 복사 열 손실에 대한주의 깊은 수정은 정확한 측정을 위해 필수적이다. 이러한 이유로, 전체 실험 구성으로 인해 마이크로 - 열전쌍의 위치에 가장 오류를 제거, 컴퓨터 제어 이송기구를 자동화 할 필요가있다. 단계에 대한 개요를 재현 벽 근처의 온도 구배를 캡처 설치되어 연소 속도와 열유속 지역을 평가하기 위해 그들을 사용한다.

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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.

정상 층류 경계층 확산 불길에 지역 열 플럭스와 불타는 환율의 평​​가에 대한 실험 방법론

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 조회수.  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. 

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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.

고급 광원 불꽃 실험 : 그을음 형성 프로세스에 새로운 통찰력

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

연구

공학

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.

Plasmatron에서 절제 재료 시험 중에 방출 분광 경계 계층 조사

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.

에 대한 연소 특성 및 모델 연료 개발 마이크로 관상 화염 이용한 연료 전지

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.

반응 속도와 I의 연소 역학<sub&gt; 4</sub&gt; O<sub&gt; 9</sub&gt; 및 알루미늄 혼합물

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.

연료의 연소 화학: 양적 Speciation 데이터와 대기 고 열 흐름 반응 기에서 얻은 결합 분자 빔 질량 분석기

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

화학

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.

카파 랄 크라운 화재 공부 바람 터널 실험

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.

현장에서 불타의 실험실 연구에 대 한 실험 절차: 가연성 및 원유의 점화 효율성

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.

파이프-단일 및 2 단계 흐름에에서 로컬 순간 대류 열 전달의 측정

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

열 확산율 및 레이저 플래시 방법

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

교육

JoVE Science Education

재료공학

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

항온 풍속 측정:  난류 경계층 흐름 연구 도구

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

정상 층류 경계층 확산 불길에 지역 열 플럭스와 불타는 환율의 평가에 대한 실험 방법론

요약

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