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

실험은 그림 1과 같이 수직 구성 및 메릴랜드 대학의 고유 한 수평 풍동 시설 모두를 수행하고있다. 오히려 기존의 풀 또는 폐쇄 반환 풍동보다, 메릴랜드 대학의 풍동 시설은 변수를 사용하여 속도 송풍기 대향 단부에서 외부 덕트의 공기의 흐름을 구동하는 100 × 75 × 100 형상 플레 넘을 가압. 이러한 구성은 연속 연소 실험 연기가 재순환되지 않는 한, 풍동 손상이나 화재의 영향 및 열전대 자유롭게 샘플링 부에 걸쳐 이동할 수있다되지 수있다. 출구 덕트 플레 넘에 접속 122 cm, 30.5 cm 폭, 수렴 부 구성된다. 흐름을 똑바로 들어오는 난류 강도를 줄이기 위해 미세 메쉬 스크린은 수렴 섹션의 입구와 출구에 배치 0.3 cm의 구멍 5 cm 두께의 허니 콤은있다터널 출구에서 110cm 상류에 위치. 풍동 나오는 유동의 속도는 펄스 폭 변조와 상기 팬의 속도를 변화시킴으로써 제어되는 (PWM) 제어기, 연료 샘플 유속을 사용을 통해 확인 된 터널의 출구에 배치 된 열선 풍속계의. 풍동의 출구에 연료 샘플들은 연속 시간 동안 샘플의 질량 손실을 측정하는로드 셀의 상부에 배치했다. 로드셀에 바람의 교란을 방지하기 위해, 샘플을 알루미늄 시트에 승온 (30.5 X 61.0 cm X 1.5 mm 두께)이 U-괄호 1.27 cm 두께의 세라믹 섬유 절연 기판에 의해 둘러싸인 매끄러운 표면을 보장하기 위해 레코딩 샘플 주변. 기판의 상부 표면은 시각적으로 화염을 관찰 좋은 배경을 보장하고 절연성 밀봉 방사율 약 98 %와 고온 매트 블랙 페인트로 도포이는 또한 유기 바인더가 포함되어 있습니다. 상기 절연 기판 들어오는 유동 비교적 무딘 체를 제공하기 때문에, 풍동의 출구에 직접 샘플 설정을 배치하면 유동 분리 및 화염 관찰 상당한 난류 결과. 하행 외.에 의한 이전의 연구는 연료 시료의 주요 부분에 연장 플레이트를 부착하여이 유동 분리를 방지하고, 시료 유입 층류 프로파일을 확보하였습니다. 10 cm, 폭 40.6 cm 길고 얇은 금속 립 따라서이었다 결국 이론 7 기존 일치였다 층류 확산 화염을 제공하는 풍동의 출구 샘플의 선단부로부터 실장. 테스트 액체 연료 다공질 불연성 심지 필요 하였다. 10 cm X 인해 높은 다공성 및 낮은 열전도율 10 cm X 1.27 cm 강제 유동 실험에서 선택된 알칼리 토금속 실리케이트 양모 두꺼운 시트. 오에RDER 샘플로부터의 연료 누출을 방지하기 위해, 소듐 실리케이트 접착제는 전면을 제외하고 모든 알루미늄 박을 적용 하였다. 샘플은 또한 "불꽃이 테스트하는 동안. (샘플에서 바인더의 제거를 지시) 파란색 노란색에서 변경되는 시점에서 약 20 분 동안 샘플을 통해 횃불을 전달하여 유기 바인더를 제거하는 '베이크, 심지는 침지 10 폭 cm 심지에 대한 포화 점 것으로 밝혀졌다 액체 연료 (에탄올, 메탄올)의 약 12​​0 mL를. 연료의 연소 질량 비율을 1 Hz의 속도로 연소 시간 경과 시료로부터 손실 된 질량을 측정하여 결정 하였다. 샘플 설치 고정밀이 질량 감량 률을 측정하기에 충분히 미세한 최대 32.2 kg의 용량 및 0.1 g의 해상도와 정밀 질량 균형 위에지지되었다. 공동의 토치에 의해 시료의 점화 후, 질량 손실율시간의 함수로서 ndensed 연료 증가, 결국 연료가 타 최종적으로 시험 끝으로 페이드 일정 속도에 도달. 심지를 통해 연료를 증발보다는 확산 지배하고 레코딩이 "정상"영역은, 데이터가 샘플링되는 관심 영역이다. 액체 심지를 들어, 샘플은 약 400 초, 시험의 대략 80 % 중간 정상 질량 손실율과 연소 밝혀졌다. 제시된 모든 레코딩 속도는 측정의 반복성은 평균 1.2 % 이내 인 것으로 나타났다 지정된 조건 하에서 적어도 6 반복 시험의 평균이다. 고체 연료 샘플의 시험을 위해, 폴리 메틸 메타 크릴 레이트 (PMMA)가 비교적 안정적으로 화상 및 문자하지 않기 때문에 선택되었다. 샘플을 점화하기 위해, 불로 전체 표면을 균일하게 점화 된 시점에서 50 ~ 60 초 동안 시료 표면에 통과시켰다. 때문에연료 샘플이 적은 매우 반복적 인 것이 확인 실험 결과, 본 방법은 발화에 충분한 것으로 간주 하였다. 불연성 심지에 침지 액체 연료는 달리 고체 연료는 시간의 함수로서 퇴행 따라서 진정한 정상 체제를 달성하지 않는다. 연료가 상대적으로 횡보 경우 대신, 연소의 초기 시간은 실험적으로 처음 150 초 다음 점화시 발생하는 결정, 샘플링하기 위해 선택되었다. 두 액체 및 고체 연료, 연료 표면 온도는 미세 와이어 열전대를 사용하여 기체 상으로 매핑되었다. PMMA를 들어, 온도가 (강제 대류 시험)는 0.25 mm 간격으로 기체 상에 용융 층부터 표면 위에서 6 점 채취했다. 액체 연료의 경우, 이들 측정은 동일한 해상도 6 점에서 표면에 연료의 얇은 층으로 하였다. 이 프로필은 12 위치 알에서 찍은액체 샘플 점화 400 초 이내에 연료 표면의 길이 옹 및 PMMA, 150 초 이내에. 상기 온도 측정을 이용하여 수행 하였다 R 형의 Pt / Pt를 13 % RH 2 와이어 직경 50 ㎛의 (0.002)에 75 (0.003) ㎛의 약 100 ㎛, 비드 직경을 갖는 마이크로 열전쌍 (스폿 용접) 및 각각 150 μm의. 열전대의 크기는 열전대 (필요한 방사선 보정을 최소화하기 위해), 그러나 약간의 방사선 교정이 여전히 필요했다 파손을 반복하지 않고 가능한 한 작게가되도록 선택되었다. 다른 직경의 2 개의 열전대를 사용하는 것이 더 적절한 방사선 보정 (후술 함)을 결정하기 위해 선택되었다. 마이크로 열전쌍은 1.5 μm의 최대 공간 해상도와 컴퓨터 제어 XY unislides의 세트를 사용하여 통과시켰다. 전압 신호는 ACQ 하였다했다uired 컨디셔닝 0.02 ° C 측정 감도가 최대 정격 데이터 수집 모듈을 통해 디지털화. LabVIEW 소프트웨어 시료 위에 온도 측정으로 50 ㎛ 내지 75 ㎛의 와이어 직경의 열전대 모두의 동작을 동기화하는 데 사용 하였다. 비교적 정확한 방사선 정정을 결정하기 위해, 설명 된 두 개의 열전대 크기 반복 시험 중에 동일한 위치를 통해 통과시켰다. 콜리스와 윌리엄스의 상관 관계, 샘플 5-6,8로부터의 열 손실을 적용 하였다 (1) 여기서 뉴가 누셀 수 있고 다시 = UD W / V는 속성이 0.02 <다시 <44를 얻었다 레이놀즈 수는, 평가필름 온도, Τ에서 m은 기체의 Τ g 및 열전쌍 Τ TC 온도의 평균. 로컬 가스 유속 U 및 V의 동점도를 위해 나타낸 바와 같이, 여기에서는, 레이놀즈 수 (Re)가 정의된다. [수식 w D. (1) 열전대 와이어 직경을 나타낸다. 여기에 설명 된 경우와 같이 정상 상태의 측정을 위해, 열전대의 접합 에너지 균형 (전도 촉매 효과에 의한 오차를 무시하고)에 의해 주어진 대류 방사성 열 균형 감소 (2) 60 (3) Τ의 g 실제 가스 온도이고, Τ 시정이 ε의 TC 열전대 접합의 방사율이다 열전대 접합 (또는 비드) 온도, Τ의 SURR은 주위의 온도이고, σ는 스테판 – 볼츠만 상수이고, H는 H = K 뉴 / D. K로 정의 열전대 접점을 통해 흐름의 대류 열전달 률은 가스의 열전도도이고, 뉴는 누셀 수이고, D는 열전대 와이어 직경이다. 누셀 수 상관의 선택은 식에 나타낸 바와 같이, 측정하기 때문에 열전대 온도 방사선 보정 계산에 가장 중요하다. (3) 상기 방사 보정 누셀 수에 반비례한다. 이 선택에 의한 EXI 그러나 복잡 다수의 "적절한"누 셀트 수 상관의 stence 및 열전쌍, 특히 열전도도를 둘러싸는 가스 혼합물의 특성 추정에 어려움. 문학에서 증거의 대부분은, 그러나, 분명히 원통형 누 셀트 수의 상관 관계는 거의 모든 실제 열전대 5-6, 콜리스와 윌리엄스 (8)의 바람직 것과 대류 열전달을 설명하기에 가장 적합한 것을 나타냅니다. 누셀 번호 관계가 정상 상태 대류 방사성 밸런스 (식 3), 방치 온도 의존성이 작아 대입되어야 개의 미지수 (즉 Τ의 g 및 U) 두 방정식 시스템이 형성되고 (4) t "FO : 유지-together.within 페이지를 ="1 ">와 (5) 식 (4)와 가스 – 상 전도도 및 운동 학적 점도는 온도의 함수이기 때문에 양 (5), 각 점에서 서로 반복적으로 해결되어야한다. 비드 온도가 낮은 에러가되었을 때까지 반복 값을 재 촬영과 열전도율 동점도 평가할 가스 온도의 첫 번째 반복으로 사용되어야한다. 방정식을 풀 때, 상기 방사 보정 (즉, 열전대 읽기와 실제 온도의 차이)가 큰 직경의 열전대 증가 비드 위에 유속이 증가함에 따라 감소되는 것을 보인다. 1w D 및 D 2 승 식으로 . (4) 및 (5) 담당자본 연구에 사용 된 열전쌍 직경 분개. 비드 (ε의 TC)의 방사율은 야콥 (9)에 의해 설명 된 방법을 사용하여 온도의 함수로서 발견 될 수있다. 그 분석 결과, 야콥은 전기 저항의 함수로서 금속 표면 복소 굴절 지수에 대해 맥스웰의 파동 방정식을 해결한다. 가정은, 백금의 반구형 총 방사율 (PT)에 대한 간단한 상관 관계를 산출 금속 용 마찬가지 낮은 저항과 굴절의 큰 인덱스의 한계에서 가져온 것입니다 (6) 여기서, 백금, R 전자 ≈ r에 전자, 273 T / 273, T와 K와 R 전자, 273 <em> = 11×10 -6 Ω-cm. 따라서, 백금 방사율 5-6진다 (7) 0 <t <2330 k. 식에 표시되는 열전대 비드 또는 접합부의 방사율에 대한. (4) 및 (5) 따라서, 상기 식을 사용하여 평가 될 수있다. 반복은 위해 필요하지 않습니다. (6) (7), 온도의 실제 값이 알려져 있기 때문에, 식만을 기체 온도 유속. (5)가 반복적으로 해결되어야한다. 실험하는 동안, 두 개의 동일한 측정 포인트를 정확하게 통과하고, 데이터는 측정에 복사 보정을 고려하여 채취 하였다. 보정은 결과 오으로 적용f는 반복. 예를 들어, 작다고 만 79 k 50 μm의 와이어 직경에서 1700 연료 표면 근처에 5 개 미만의 용. 때문에 높은 교차 영역은 와이어를 통해 전도 손실을 고려하여도 단 인해 열전쌍 와이어의 작은 단면적으로 고려되어야 그라디언트, 이러한 오류로 계산 하였다 <1 %, 따라서 더 수정이 않았다 5-6. 풍동의 출구에서의 공기 흐름의 중심에 위치하는 표면에 쉽게 접근 마이크로 열선 유속계 제공 풍동 (no 연소) 자유 흐름 속도의 초기 흐름을 실행하는 u ∞는 총 지속 시간 50,000 샘플 >도 2 (a) 상기 연료 표면의 길이를 따라 이러한 무 차원 온도 구배를 나타낸다. 이들은 명확 불꽃 연료 표면에 가장 가까운 연료 표면의 리딩 에지​​에서 최고이고, 화염은 연료 표면으로부터 먼 트레일 링 에지 (X = 100mm)을 향해 감소한다. 무 차원 온도 구배는, 상관 4,6-을 적용하여 현지 연소 질량 비율을 결정하기 위해 사용될 수있다 (8) 여기서 B는 주어진 연료의 물질 전달 번호, 벽 온도에서 평가 공기의 열전도율 w K, C, P는 연료의 단열 화염 온도에서 평가되는 공기의 비열, 및 L은 <인/ EM> 열분해 연료 표면의 길이. 로컬 질량 연소율은도 2에 도시 된 바와 같이, 무 차원 온도 구배와 유사한 방식으로 다양하게 발견된다 (b). 액체 연료는 달리, PMMA에 대한 로컬 질량 연소율도 2,11 시간의 고정 구간 동안 로컬 표면 회귀를 측정하여 사후을 근사 할 수있다. PMMA 샘플 시간주기가 50 초에서 시작하는 샘플의 소멸 뒤에 50 초 간격으로 증가하는 대표적인 조건에서 소성 하였다. PMMA의 열분해 질량 유량 4-6 다른 문헌에 설명 Pizzo 외. (11)에 의해 소정의 일차 근사를 이용하여 축 대칭 중심을 따라 각각의 X 위치에서 계산된다. PMMA의 평균 밀도는 ρ들 / m 3 1,190kg 연료의 표면을 따라 측정 된 표면 회귀에 함께 사용 =연료 샘플의 길이를 따라 각각의 50 초 구간 동안 질량 손실율 도착. 짧은 시간 간격이 바람직 할 수 있지만, 측정 오차가 시간 단계는 50 이하 5 초 때 그것을 비실용적 되십시오. 회귀 프로필의 것과 열전쌍으로부터 로컬 질량 손실율과 비교하기 위해, 100 및 150 초 연료 연소 시간 데이터가도 2에 도시 한 로컬 질량 연소 속도를 비교하기 위해 사용 하였다 (b). 이 시간은 이러한 측정을 찍은 거의 같은 시간에 해당합니다. 도면에서 알 수있는 바와 같이, 지방의 연소 질량 비율을 측정하는 두 가지 방법이 제안 방법은 화염 이러한 유형의 잘 작동 서로 매우 가깝게 나타난다. 이들 작은 층류 것과 대류 지배 염 들어 연료 표면 온도 구배는 단점을 추출하는데 사용될 수있다그대로 vective 열유속은 본질적으로, 직접 표면에서의 온도 구배와 관련된. 측정 된 질량 손실율을 사용하여, 불꽃 열유속 성분은 열분해 구역에 따라 추출 할 수있다. 다른 문헌 2-3에 기재된 연료 표면의 열 밸런스, 여러 근사치를 이용하여, 이러한 구성 요소는 PMMA의 레코딩 슬래브의 표면 상으로 결정될 수있다. PMMA 화염이 주변 자유로운 안정화를 위해, 3은 이러한 결과를 도표 U ∞ = 2.06 m / 초 계열 일 속도. 따라서이 기술은 연소 과정, 고체 및 기체 상 간의 구체적 관계의 이해를 증가로 이어지는 연료 작은 시료의 연소를 설명하는 여러 조치를 평가하는데 매우 유용 할 수있다. 그림 1. 실험알 설정. 강제 대류 경계층 확산 화염 위에 질량 손실 속도 및 온도 프로파일을 측정하기 위해 사용되는 실험 장치의 (a) 회로도. (b)에 강제 흐름에 따라 경계층 확산 화염을 조사하는 실험 설정. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. 도 2 온도 구배 로컬 연소율 초래한다. (a)는 각각 U ∞ = 0.79 m / 초 및 2.06 m / 초에서 PMMA 경계층 확산 불꽃 용 연료 표면을 따라 통상의 무 차원 온도 구배의 변화. (b) PMMA 경계층 diffusi 로컬 질량 연소 비율의 변화다른 무료 스트림 조건에서 화염에. 무 차원 온도 구배를 통해 얻은 지방 질량 연소 속도가 PMMA 표면의 회귀를 통해 얻은 실험 데이터와 비교된다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. 그림 3. 열 플럭스는 U에서 PMMA 경계층 확산 화염의 열분해 영역에서 불꽃 열유속의 다양한 구성 요소의 강제 흐름. 분포에 따라 결과 ∞ = 2.06 m / 초. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.