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.
yoğunlaşmış faz yakıtların gerçekçi yanma davranışını modelleme, çünkü gaz fazı alevler ve yoğunlaştırılmış faz yakıtlar arasındaki kesişme noktasında meydana gelen karmaşık etkileşimlerin çözmek için bir yetersizlik kısmen ulaşamayacağı kalmıştır. Mevcut araştırma laminer sınır tabaka içinde yanıcı yoğunlaştırılmış yakıt yüzeyi ve gaz fazı alevler arasındaki dinamik ilişkiyi keşfetmek için bir teknik sağlar. Deneyler önceden Katı ve sıvı yakıtların hem üzerinde hem zorunlu ve ücretsiz konvektif ortamlarda yapılmıştır. Reynolds Analoji dayanan eşsiz bir metodoloji, yakıt yüzeyinde yerel sıcaklık değişimleri kullanan bu laminer sınır tabaka difüzyon alevler yerel kitle yanan oranları ve alev ısı akısı tahmin etmek için kullanılmıştır. Yerel kitle yanan oranları ve alevlerden konvektif ve ışınım ısı geri bildirim iki eksenli Traver duvara yakın eşlenen sıcaklık değişimleri kullanılarak hem piroliz ve tüy bölgelerinde ölçüldüse sistemi. Bu deneyler zaman alıcıdır ve yoğunlaştırılmış yakıt yüzey ateşleme aşağıdaki zaman sadece sınırlı bir süre için sürekli yanık olarak tasarım zor olabilir. Yakıt yüzeyine yakın sıcaklık profilleri, yerel sıcaklık değişimleri makul tahminler yakalamak için çok yüksek bir uzaysal çözünürlükte bir yoğunlaştırılmış yakıt yüzeyinin sürekli yanması sırasında eşlenmesi gerekir. termokupl gelen ışıma ısı kayıpları için dikkatli düzeltmeler de hassas ölçümler için çok önemlidir. Bu nedenlerden dolayı, tüm deney düzeneği nedeniyle mikro termokupl konumlandırılması en hataları ortadan kaldırarak, bir bilgisayar kontrollü hareket mekanizması ile otomatik gerekmektedir. adımların ana hatları tekrarlanabilir duvar yakınındaki sıcaklık değişimlerini yakalamak ve sağlanan yanma oranları ve ısı akıları yerel değerlendirmek için bunları kullanmak.
Kritik gelişmeler son yüzyıl içinde yangın güvenliği araştırma alanında yapılmış olmasına rağmen, alev yayılma oranları tahmin hala farklı konfigürasyonlarda birçok malzeme için bir sorun olmaya devam etmektedir. Alev yayılma sık sık ateşleme ilk kaynağından çıkan yeni unsurların ateşleme bir dizi olarak inşa ya da doğal ortamlarda ya ilerler. Bu unignited elemanlara ısıtma oranları katkıda çünkü bireysel yanan malzemelerin yanma özelliklerinin Bilgi, alev yayılması bu oranları tahmin etmek için kritik öneme sahiptir. Bir yakıt elemanının ısı salınım oranı (HRR) dolayısıyla yangın araştırma 1 en temel miktar olarak gösterildi olmuştur, yoğunlaştırılmış faz yakıt yakma (kütle kaybı) oranı, yani buharlaşma oranına yaklaşık olarak eşit olmak bir katı yakıt, sıvı yakıt veya piroliz oranı.
yanma oranı mater yanıcılık bir ölçüsü olarak düşünülebilirial ve yangın risk analizi kritik bir parametre ve yangın söndürme sistemleri tasarımıdır. Dikey duvarın yerel kütle kaybı (veya yakma) oranı, m "f, özellikle, bu gibi bir duvara alev yayılması, yangın büyüme ve enerji serbest bırakma oranları dahilinde birçok yangın ile ilgili sorunlar, önemli bir değişken bir kasa yangın ve duman ve sıcak gaz tüyleri yayılması dikey duvar üzerinde yukarı alev yayılması öngörülmesi ile, alev yüksekliği hesaplanması gerekir, toplam enerji salım hızına bağlıdır. bu da, doğrudan doğruya etkilenir duvarın 2-3 tüm tesiriyle alanı üzerinde entegre yerel kütle-kayıp oranı. bu entegre kütle kaybı oranları bilgisi oldukça iyi bilinmesine rağmen, yakıt yüzeyi boyunca artan yerlerde kitlesel yakan oranları bilgisi iyi bilinen değildir deneysel teknikler ölçmek için, çünkü bu oranlar son derece sınırlıdır. Bu "yerel" kitle-yanma hızını sağlayan bir tekniktirbilgiler daha farklı yakıtlar veya birbirlerinden konumları ayırt mekanizmaları anlamak için araştırmacılar sağlayan, yoğunlaştırılmış yakıtların yakılması ile artan fikir verebilir. En malzemeler ilk küçük ölçekte değerlendirilir olarak (örneğin, bir koni kalorimetre 1), mantıklı bir ilk adım yoğunlaştırılmış yakıt yüzeyleri üzerinde küçük, laminer difüzyon alevler içinde yerel kitle yanan oranlarını ölçmek için bir teknik sağlamaktır.
Burada sunulan çalışma yoğunlaştırılmış yakıt yüzeyler üzerinde kurulan sabit laminer alevler üzerinde deneyler yürütmek için deneysel metodoloji ve protokollerini tartışır. Mikro termokupl kullanarak yerel sıcaklık değişimleri tahmini bu alevler 4-6 yerel kitle yanan oranları ve ısı akıları tahmini için özellikle yararlı bir tekniktir. Literatür verilerinin analizi conden yerel ısı transferi, yanma ve sürtünme katsayılarının belirlenmesi zorluğunu göstermektedirfizik anlamak ve belirli bir yangın ve yayılmasını 4-6 sürücü altında yatan mekanizmalar için önemli olan sed yakıt yüzeyi. belki kalan yakıt yüzeyi üzerinde yerel yerlerde en iyi ölçülen ateş özelliği var ısı akıları, bileşenleri ölçmek zordur kanıtlamıştır. Bu tür yakıtların değişkenliği, ısı akış ölçeklenebilirlik, ısı akış ölçer teknolojileri kararlı durum şartlarının sağlanması ve farklı zorluk olarak etkileri literatürde 4 mevcuttur verilerin oldukça geniş bir dağılım katkıda bulunmuştur. yüksek doğrulukta yerel sıcaklık değişimleri ölçümleri bu değişkenliği hafifletmek ve aynı zamanda laminer duvar yangınları, bir kanonik yangın araştırma probleminin sayısal doğrulama için kullanılan olabilir ısı transfer korelasyon sağlamak için yardımcı olacaktır. Bu tür deneyler ayrıca Laminer ve türbülanslı sınır tabakası içinde bir yanıcı yoğunlaştırılmış yakıt yüzeyi ve gaz fazı alevler arasındaki dinamik ilişkiyi inceleyen yararlıdırs. doğru doğru ve tekrarlanabilir bir şekilde, bu sıcaklık farkları yakalamak için yöntemler aşağıda anlatılmıştır.
Bu araştırmanın amacı, akış alan çeşitli koşullar altında sıvı ve katı yakıtlar hem yerel kitle yanan oranlarının tahmini için yeni bir metodoloji geliştirmekti. Çalışma sıvı ve katı hem de yakıt kullanan, iki olgu, bir serbest taşınım sınır tabakası difüzyon alevi ve farklı serbest akışı koşulları altında kurulan zorlanmış konveksiyon sınır tabaka difüzyon alevleri düşündü.
hem sıvı yakıt batırılmış fitiller üzerinde ve PMMA katı plakalar üzerinde ince telli termokupl ölçümleri ile ölçülen yerel yanma oranları tahmini başka yollarla, yani yakıt regresyon ölçümleri maç bulundu. Yakıt yüzeyinin yakınındaki bu sıcaklık değişimleri sonuçta ortalama sonuçları ve çok% 15 doğruluk içinde veri sonuçlanan sabit gerektiren süre, laminer yanma, küçük ölçekli örnekleri için çok iyi çalıştı, Reynolds analoji 12-13 dayalı bir ilişki kullanılarak belirlendi yerel measurem daha fazlaveliler 4-6. Bu yerel kütle kaybı hızı ölçümleri için korele faktörü Örnek yakıt ve önsel hesaplanabilir diğer yakıt termo-fiziksel özelliklerinin Spalding kütle transferi sayısına bağlıdır. Sonuçlar, bu teknik, bu miktarları özü ve ileride daha ayrıntılı olarak küçük çaplı yakıt yakılmasının anlamak için yararlı olabileceğini düşündürmektedir.
Literatürde Diğer çalışmalar serbestçe 4,5 yanma, dikey yönelimli numuneler üzerinde sayısal simülasyonlar 4 ve deneyler içeren burada temsili çalışmalarını genişletti ve ortam rüzgarlar 6. maddesine örnekleri yatay monte var. Bu yapılandırmalar için, ısı akıları bileşenleri de yoğunlaştırılmış yakıt yüzeye çok yakın, aynı ince telli termokupl tekniği kullanılarak yakıt yüzey üzerinde yerel belirlenmiştir. ısı akışının bileşenlerin gömüldüğü ölçme kullanımı geçmişte ölçülmüştür birlikte, this tekniği minimal invaziv ve daha önce mümkün olmamıştır konvektif ısı akıları, direkt ölçümü sunuyor.
belirli yapılandırmalar ve cihazların kurulumu seçerken özellikle dikkatli deneyler sırasında alınmalıdır. Bu deneylerde, termokupl tel üzerindeki gerilimi tutmak ve termokupl yeri nispeten sabit hale küçük bir seramik tüp fırlamıştı adım 3.2 için seçilen. , Seramik tüp olası rahatsızlıkları azaltacak bir tüp olmadan tüm alev üzerinde asılı duran bir termokupl tel kullanarak ancak tel sıcaklık artışı ile genişletmek eğilimi çok daha değişken termokupl belirli bir konuma yerini yapacak. Bazen yapılandırmada bir değişiklik (örnek eğimli örneğin) Numunenin genişliği boyunca etkilere neden olabilir. Kurulum aşamasında etrafında, son 4-6 okudu olanlardan 4.14 arada kontrolleri değiştirilirse o alev sıcaklığı meaNumunenin genişliği boyunca ümler anlamlı değişim (yani, bir 2-D varsayım hala tutan) alınmalıdır göstermektedir. Aksi takdirde, bir 3-D haritalama sistemi uygulanacak gerekecektir.
deneyler yaparken en kritik adımlar yakıt hazırlanması ve termokupl doğru kullanımı ile yapmak zorundayız. Termokuplelerin konumlandırma bile hafif sapmalar adımlarla 3.2, 4.13 ve 4.14 olarak termokupl konumlandırırken, bu nedenle dikkat edilmelidir, hatalara neden olabilir. mümkün olduğunca düz bir yüzeye (adım 2.1) korunur ve tüm dolgu malzemesi fitilleri (adım 2.1.1) dışında pişmiş gerektiğini, böylece yakıt fitil de yerleştirilmelidir.
Adım 4.1 aktive egzoz sistemi, aynı zamanda en az olarak tutulan ya da akış bozuklukları ortadan kaldırmaya yardımcı deney mümkün yakın olarak izole edilmelidir. Bu test (Rüzgar olmadan) gerçekleşecek nerede şişmiş olmayan küçük bir mum sağlayarak kontrol edilmelidir. Saptırma plakaları, ekranlar, Geniş bir alanda ayrı bir kapalı tesisi veya test Bunu gerçekleştirmek için kullanılabilir. Aşama 4.2, katı yakıt mümkün olduğu kadar homojen bir alev gerekir. Propan meşale bunu yapmak için en ideal kaynak olmasa da, deneyler geçmiş iş 4-6 ateşleme kaynağına karşı duyarlı olduğu tespit edilmemiştir. Ateşleme kaynağına Duyarlılık zaman ya da maruz kalma şiddeti değişen ve sürekli kitle yanma oranı sonuçları gözlemleyerek deneyler sırasında dokümante edilmelidir. hassasiyet gözlenirse bir ışıma paneli, alternatif örnekleri tutuşturmak için kullanılmalıdır. Katı yakıtlar, ya da kısa bir bölgeye alınan sıcaklık haritalama olmalıdır kütle kaybı oranları ile görüldüğü gibi bir büyük (> 300 sn) sürekli yanan bölgeye sahip olmayan herhangi bir yakıt. Yakıt hala nispeten düz ve yüzey regresyon iyi belgelenmiş iken Örneğin, adım 4.13 eşleştirme, ilk 150 saniye boyunca alınacak PMMA için tavsiye edilir. Yüzey regresyon ölçümleri I kullanabilirsinizmageJ ya da diğer benzer görüntü yazılımı fotoğrafları pikselleri ölçmek ve uzunluğuna dönüştürmek. Seçenek olarak ise, bir dijital mikrometre Soğuduktan sonra, katı levha yüzeyi gerilemesini ölçmek için kullanılabilir (örneğin, PMMA olarak "kabarcıklanma" malzeme yüzeyi dikkat ilk kumlanmalıdır).
Önerilen yanma hızı korelasyon laminer varsayımlara dayanmaktadır, ancak bu teknik deneysel olarak tespit edilmelidir değiştirilmiş fonksiyonel bir ilişki ile de olsa, bir yakıt yüzeyinin türbülanslı yakma için de benzer bir formu uygun olmalıdır varsayılmaktadır. Burada sunulan çalışma, daha sonra sınır tabakası yanma ve daha fazla araştırılması olabilir yakıt yüzeyine olay ısı akışını sürücü türbülans ve gaz fazında ısı salınımı arasındaki ilişkili etkileşimleri türbülanslı uzatılabilir.
yanma hızı ilişki dayandığı teori de radyasyon ihmal. teori basitleştirilmiş bir leBu çalışmada yer almayan durumlarda kendi öngörü yetenekleri belirsizlik ading. yüzeye ısı akışı büyük ölçüde ışınım olduğu Örneğin, verilen metodoloji yüksek sooting alevler için çalışmayabilir. yoğunlaştırılmış yakıt yüzeyine ışınım ısı akısı yüksek olduğu büyük çalkantılı duvar alevler için, önerilen yanma hızı ilişki ya da çalışmıyor olabilir. Önerilen korelasyon radyasyon etkileri dahil edilmesi dolayısıyla, arzu ve daha fazla araştırma bu işlevsel ilişkiyi belirlemek amacıyla yapılmalıdır vardır. kendine güvenen tahmin yöntemleri, alevler için elde edilecekse bu alanda modelinde iyileştirmeler gerektirir.
The authors have nothing to disclose.
The authors would like to acknowledge financial support for this work from the Minta Martin Foundation at the University of Maryland, College Park.
Thermocouples with connectors and clamps | |||
Unsheathed Fine Gauge T/C | P13R-002 | Omega Engineering, Inc. | Fine wire microthermocouples (R-type) |
Unsheathed Fine Gauge T/C | P13R-003 | Omega Engineering, Inc. | Fine wire microthermocouples (R-type) |
Ceramic 2 hole round -5pk | TRX-010364-6 | Omega Engineering, Inc. | Ceramic tubes to hold the fine wire thermocouples |
Thermocouple extension wire | EXTT-RS-24-100 | Omega Engineering, Inc. | Thermocouple extension wire |
Male Female Connectors | SHX-R/S-MF | Omega Engineering, Inc. | Connectors for R-type thermocouples |
Accessories | MSRT-116-10 | Omega Engineering, Inc. | Rubber tubes for maintaining grip for the ceramic tubes at the connectors's end |
Traverse mechanism | |||
X slide, travel = 10 inch, 0.025 in/rev, limits, NEMA 17 | XN10-0100-E25-71 | Velmex Inc. | Velmex unislide |
Vexta type 17, 1.8 deg/step 2phase, single shaft stepper motor | PK245-01AA | Velmex Inc. | Stepper motor |
Mounting cleat, standard using 6-32 bolts | XMC-2 | Velmex Inc. | Mounting accessories for the given Velmex unislide |
6-32 X 7/16 SH Cap Screw for Xslide in X & Y axis | XMB-1 | Velmex Inc. | Mounting accessories for the given Velmex unislide |
X slide, travel = 10 inch, 0.025 in/rev, limits, NEMA 17 | XN10-0100-E25-71 | Velmex Inc. | Velmex unislide |
Vexta type 17, 1.8 deg/step 2phase, single shaft stepper motor | PK245-01AA | Velmex Inc. | Stepper motor |
Mounting cleat, standard using 6-32 bolts | XMC-2 | Velmex Inc. | Mounting accessories for the given Velmex unislide |
6-32 X 7/16 SH Cap Screw for Xslide in X & Y axis | XMB-1 | Velmex Inc. | Mounting accessories for the given Velmex unislide |
Control, 2 Axis programmable stepping motor control, 1 motor at a time | VXM-2 | Velmex Inc. | Stepper motor controller |
USB to RS232 DB9 Serial Communication cable 10 ft | RPC-USB-RS232-3M | Velmex Inc. | Serial communication cable between the stepper motor controller and computer |
Data acquisition hardware | |||
NI 9214 16-Ch Isothermal TC, 24-bit C Series Module for high accuracy thermocouple measurements (includes terminal block) |
781510-01 | National Instruments | Thermocouple data acquistion card |
Power Cord, AC, U.S., 120 VAC, 2.3 meters | 763000-01 | National Instruments | Power cord for the 8 slot C-DAQ chassis |
cDAQ-9178, CompactDAQ chassis (8 slot USB) |
781156-01 | National Instruments | C-DAQ chassis for NI 9214 and NI 9239 |
EMI Suppression Ferrite for NI 9229/39 BNC | 782801-01 | National Instruments | Accessories for NI 9239 data acquistion card |
NI 9239 BNC, 4-Ch +/-10 V, 50 kS/s per channel | 780181-01 | National Instruments | Data acquistion card for hot wire anemometer system |
cDAQ-9171, CompactDAQ chassis (1 slot USB) | 781425-01 | National Instruments | C-DAQ chassis for NI 9214 |
Cameras | |||
Nikon D7100 24.1 MP DX-Format CMOS Digital SLR with 18-105mm f/3.5-5.6 AF-S DX VR ED Nikkor Lens | Nikon D7100 | Amazon | Digital SLR camera for taking top-view flame photographs |
Canon EOS Rebel T5 DSLR CMOS Digital SLR Camera and DIGIC Imaging with EF-S 18-55mm f/3.5-5.6 IS Lens | Canon EOS Rebel T5 DSLR | Amazon | Digital SLR camera for taking side-view flame photographs |
Mass balance | |||
Mettler-Toledo, MS32001L Balance Prec 32200g x 0.1g | 97035-654 | VWR | Precision electronic mass balance for measuring average mass burning rate |
Mini CTA system | |||
MiniCTA Anemometer Package for wire- and film- probes | 9054T0461 | Dantec Dynamics | Hot wire system for measuring velocities and turbulence intesity at the wind tunnel outlet |
Wind tunnel equipment | |||
1/2 in. x 4 ft. x 8 ft. C-3 Whole Piece Birch Domestic Plywood | Model # 833185 | Home Depot | Used to make the laboratory scale wind tunnel |
Woodgrain Millwork WM 206 11/16 in. x 11/16 in. x 96 in. Wood Pine Corner Moulding | Model # 109610 | Home Depot | Used to make the laboratory scale wind tunnel |
Extension Spring, Loop Ends, 6.562" Overall Length, Pack of 6 | 1330K26 | McMaster-Carr | Used to make the laboratory scale wind tunnel |
Strainer Grade Wire Cloth, 30×30 Mesh, 0.0130" wire diameter. 12"x12" sheet | 9241T41 | McMaster-Carr | Used to make the laboratory scale wind tunnel |
Strainer Grade Wire Cloth, 40×40 Mesh, 0.0065" wire diameter. 12"x12" sheet | 9241T42 | McMaster-Carr | Used to make the laboratory scale wind tunnel |
Mobile Lift Table Foot-Operated, 600# Capacity, 10" – 33" Table Height | 2791T22 | McMaster-Carr | Table to hold the experimental setup |
ebm-papst p/n: G3G250-MW75-05 (EC Centrifugal blower, 200-240V, 3-phase, 50/60Hz, M3G112-EA motor, 2.2kW) | G3G250-MW75-05 | Ebm papst | Blower for the wind tunnel |
ebm-papst p/n: HX0C-003-000-04 (Controller) | HX0C-003-000-04 | Ebm papst | Pulse width modulation controller for controlling the speed of the blower |
8020 1” X 1” T-SLOTTED PROFILE | 8020-1010 | 80/20 (Rankin Automation) | Used to create a framework for the wind tunnel |
Momentive/GE Silicone Sealant RTV108, 10.1-oz Cartridge, Semi-Clear | 7545A472 | McMaster Carr | Sealant for the wood |
Software | |||
LabVIEW | Contact vendor | National Instruments | Used for continuous temperature data acquistion and analysis. Alternatively used for positioning the thermocouple. |
Mettler Toledo mass balance software | Contact vendor | Mettler Toledo | Used for measuring the mass loss rate of the condensed fuel wick / solid plate with time |
ImageJ | Free download | NIH, http://imagej.nih.gov/ij/ | Used for measuring the flame standoff distance and surface regression of the solid fuel plate |
Matlab | Contact vendor | Mathworks | Used for post-processing of data |
Fortran 90/95 | Contact vendor | The Fortran company | Used for post-processing of data |
MATERIALS | |||
Methanol | UMD Chem Store | NA | Liquid fuel |
Ethanol | UMD Chem Store | NA | Liquid fuel |
safety glasses | UMD Chem Store | NA | Used for safety purpose |
spray bottle | UMD Chem Store | NA | Used for carrying water in case of emergency |
Syringe 60 cc | UMD Chem Store | NA | Used for soaking the liquid fuel wick with liquid fuels |
Optically Clear Cast Acrylic Sheet, 1/8" Thick, 24" X 48" | Mc master carr | 8560K262 | Solid fuel PMMA |
Loctite Proxy Pak (Hi-temp adhesive) | Mc master carr | 7556A33 | Used for covering the sides of the wick with aluminum foil |
Hi-Temp Aerosol Spray Paint (Black) | Mc master carr | 7832T1 | Used for painting the insulation |
Self-Igniting Economy Propane Gas Torch Adjustable Flame, 4179 Btu/hr | Mc master carr | 78245A3 | Propane torch for igniting the solid fuel plate |
Heat-Resistant Cotton Glove W/Nitrile Coating, 400 Deg F Max Temp, 10" Lg, Large | Mc master carr | 56025T1 | Used for safety purpose |
Modular Protective Screen with Tie-on Curtain, 6'Height x 4'Width Abrasion-Resistant Fiberglass | Mc master carr | 9145T84 | Fire-resistant curtain for the background |
Multipurpose Aluminium Alloy 6061 .125" thick, 12"X24" | Mc master carr | 89015K28 | Used for holding the insulation |
Marine grade plywood 1/2" thick, 12" X 24" | Mc master carr | 1125T32 | Used for holding the experimental setup |
Multipurpose Aluminium Alloy 6061 U-channel, 2" base X 1-1/4" legs, 1' length | Mc master carr | 1630T473 | Used for holding the aluminum plate, insulation and wick |
Architectural Anodized Aluminium (Alloy 6063) 90 deg angle, 1/8" Thk, 1/2" X 1/2" legs, 6' L | Mc master carr | 4630T21 | Used for holding the aluminum plate, insulation and wick |
Aluminium Inch T-Slotted Framing System Concealed 90 degree connector, for 1" extrusion | Mc master carr | 47065T155 | Used for holding the aluminum plate, insulation and wick |
Aluminium Inch T-Slotted Framing System Extended 90 degree bracket, Single, 4 Hole, for 1" extrusion | Mc master carr | 47065T175 | Used for holding the aluminum plate, insulation and wick |
Aluminium Inch T-Slotted Framing System Four-Slot single, 1" solid extrusion, 4' length | Mc master carr | 47065T101 | Used for holding the aluminum plate, insulation and wick |
1/2" X 48" X 36" (Superwool 607 insulation board) 1 carton containing 12 sheets | Mccormick Insulation | Superwool 607 | Insulation material for making the wick and the wick holder |