Sabit Laminer Sınır Tabaka Difüzyon Flames Yerel Isı eriticiler ve Yazma Oranları Tahmini Deneysel Metodoloji

Deneyler Şekil 1'de gösterildiği bir dikey yapılandırma ve Maryland Üniversitesi'nde eşsiz bir yatay rüzgar tüneli tesisi, hem de yapılmamıştır. Aksine, geleneksel çekme veya kapalı dönüş rüzgar tünelinin daha Maryland Üniversitesi'nde rüzgar tüneli tesisi değişkeni kullanır hızlı fan ters sonunda bir kanal üzerinden hava akışını yönlendiren bir 100 x 75 x 100 cm plenum basınç vermek için. Bu yapılandırma, sürekli yanma deneyleri duman yeniden sirküle değil gibi, rüzgar tüneli hasarlı veya yangın etkilenmiş ve termokupl serbestçe örnekleme bölüm boyunca hareket edebiliyoruz değil sağlar. Çıkış kanalı plenum bağlı bir 122 cm, 30.5 cm genişliğinde daralan bölümünden oluşur. akışını düzeltmek ve gelen türbülans yoğunluğunu azaltmak için, ince örgü ekranlar daralan bölümün girişinde ve çıkışında yerleştirilmiş ve 0.3 cm delikli bir 5 cm kalınlığında petek olduğunu vardırTünel çıkışından 110 cm yukarı yerleştirilir. Rüzgar tüneli çıkan akış hızı bir darbe genişlik-modülasyon ile fan hızını değiştirerek kontrol edilir (PWM) kontrolör ve yakıt numuneleri akım hızları kullanımı yoluyla kontrol edilmiştir tünelin, çıkışında yerleştirilir bir hotwire anemometre. Rüzgar tünelinin çıkışında yakıt örnekleri zaman içinde sürekli olarak numune kütlesi kaybını ölçen bir yük hücresi üzerine yerleştirildi. Yük hücresi rüzgarın bozuklukları önlemek için, numune bir alüminyum kağıda yükseltilmiş (30.5 x 61.0 cm x 1.5 mm kalınlığında) iki U-parantez ve 1.27 cm kalınlığında seramik elyaf yalıtım levhası ile çevrili pürüzsüz bir yüzey sağlamak için yanan numune etrafında. kurulu üst yüzeyi görsel olarak alev gözlemlemek için iyi bir zemin sağlamak ve yalıtım sızdırmaz bir yayma yaklaşık% 98 olan bir yüksek sıcaklık mat siyah boya ile kaplanmıştırhangi ayrıca organik bağlayıcı içerir. yalıtım levhası gelen akış için nispeten künt vücudu sunar, çünkü rüzgar tünelinin çıkışında doğrudan numune kurulumunu yerleştirerek akış ayrılması ve alevler içinde gözlenen önemli türbülans sonuçlandı. Ha ve arkadaşları., Önceki eser, bir yakıt numunenin gelen bölümüne uzatma plaka ekleme Bu akış ayrılması önlenir ve örnek gelen bir laminer akış profili temin bulundu. 10 cm genişliğinde, 40.6 cm uzunluğunda, ince metal dudak nedenle, zamanla teorisi 7 mevcut eşleşme bulunmuştur laminer difüzyon bir alev sağlamak, rüzgar tünelinin çıkışında numune ön kenardan monte edilir. test sıvı yakıtlarda gözenekli yanıcı olmayan fitil gerekiyordu. 10 cm x nedeniyle yüksek gözeneklilik ve düşük termal iletkenliği 10 cm x 1.27 cm tazyikli akış deneyleri için seçilen toprak alkali silikat yün kalın levha. Ben hayırSarf numuneden yakıt sızmasını önlemek için, sodyum silikat tutkal ön yüze dışındaki tüm alüminyum folyo uygulamak için kullanıldı. örnek de "alev testleri sırasında. (örnek bağlayıcı kaldırılmasını gösteren) mavi sarı değiştirildi hangi noktada yaklaşık 20 dakika boyunca numune üzerinde bir kaynak makinesini geçirerek organik bağlayıcıların kaldırmak için 'pişmiş, fitilleri sırılsıklam oldu 10 cm genişliğinde fitiller için doygunluk noktası olarak tespit edilmiştir, sıvı yakıt (etanol veya metanol) içinde yaklaşık 120 ml. yakıt kütle yanma oranı 1 Hz hızında yanma sırasında zaman içinde örnek kayıp kütle ölçümü ile belirlenmiştir. Örnek kurulum yüksek hassasiyetle bu kütle kaybı oranını ölçmek için yeterince iyi bir maksimum 32.2 kg kapasiteli ve 0.1 g çözünürlük ile hassas kütle dengesine üzerinde desteklenmiştir. co oksijen kaynağı ile numunenin ateşleme ardından, kütle-kayıp oranızamanın bir fonksiyonu olarak ndensed yakıt artar, yakıtın yanması en sonunda testin sonuna doğru kaybolur sabit bir oranda ulaştı. fitil boyunca yakıtın buharlaşması ziyade difüzyon yanan hakim bu "istikrarlı" bölge, veri örneklenir ilgi bölgedir. bir sıvı fitil için, numuneler, yaklaşık 400 saniye, bir test, yaklaşık orta% 80 için sürekli bir kütle kaybı hızı ile yakmak için bulunmuştur. Mevcut olan tüm yanma oranı ölçümlerinin tekrarlanabilirlik ortalama% 1.2 oranında olan bulunmuştur belirtilen koşullar altında en az altı tekrarlanan deneylerde, ortalamasıdır. bir katı yakıt numunenin test edilmesi için, polimetil metakrilat (PMMA) nispeten sürekli yakar ve kömür değil olarak seçilmiştir. örnek ateşlemek için, bir oksijen kaynağı tüm yüzey eşit alev hangi noktasında 50-60 saniye, örnek yüzeyi üzerine geçirilmiştir. ÇünküYakıt Numune küçüktü ve çok tekrarlanabilir olduğu tespit deney sonuçları, yöntem ateşleme için yeterli olduğu kabul edilmiştir. Bir yanıcı olmayan fitil içine batırılmış sıvı yakıtların aksine, katı yakıtlar, zamanın bir fonksiyonu olarak gerileme ve bu nedenle gerçekten istikrarlı bir rejim elde asla. Yakıt nispeten yatay bir seyir nereye Bunun yerine, yanma erken kez deneysel ilk 150 sn aşağıdaki ateşleme sırasında meydana kararlı, numune alınacak seçildi. hem sıvı hem katı yakıtlar, yakıt yüzey üzerinde sıcaklıklar ince telli termokupl kullanılarak gaz fazında haritalanmıştır. PMMA için sıcaklıklar (zorlanmış konveksiyon testler için) 0,25 mm aralıklarla gaz fazına erimiş tabakadan başlayarak yüzeyi üzerinde 6 noktada örneklenmiştir. sıvı yakıtlar için, bu ölçümler aynı çözünürlükte 6 puan dışarı yüzeyinde yakıt ince tabakasından yapılmıştır. Bu profiller 12 yerlerde al alındıSıvı numuneler için ateşleme 400 saniye içinde yakıt yüzeyinin uzunluğu, ong ve PMMA için 150 sn içinde. bahsedilen sıcaklık ölçümleri kullanılarak gerçekleştirildi R tipi Pt / Pt-13% RH, iki tel çapları, 50 um (0.002 in) ve 75 (0.003) um, yaklaşık 100 um tane çapı olan mikro termokupllar (nokta kaynaklı) ve sırasıyla, 150 um. termokupl boyutu termokupl (gerekli radyasyon düzeltmeleri en aza indirmek için), ancak bazı radyasyon düzeltmeler hala gerekli olduğunu kırılmasını yinelenen olmadan mümkün olduğu kadar küçük olduğu gibi seçildi. Farklı çaplarda iki ısıl çiftler kullanılarak daha uygun bir radyasyon düzeltme (daha sonra açıklanacaktır) tespit etmek için seçilmiştir. Mikro termokupl daha sonra 1.5 um'lik bir yüksek uzamsal çözünürlük de bilgisayarla kontrol XY unislides kümesi kullanılarak geçilen edildi. Gerilim sinyalleri daha sonra AKA edildi edildiedinilmiş, klimalı ve 0.02 ° C ölçüm hassasiyeti kadar puan bir veri toplama modülü üzerinden sayısallaştırılmış. LabVIEW program numune üzerinde sıcaklık ölçümü 50 um ve 75 um tel çapı termokupl hem de hareket senkronize etmek için kullanıldı. nispeten doğru radyasyon düzeltmesini belirlemek için, tarif edilen iki termokupl boyutları tekrar testler sırasında aynı yerde üzerinden enine edildi. Collis ve Williams korelasyon, numune 5-6,8 ısı kayıpları için uygulanmıştır (1) nerede Nu Nusselt sayısı ve Re = Ud a / h özellikleri ile 0,02 <Re <44 için elde edilmiştir Reynolds sayısı, değerlendirilirFilm sıcaklığında Τ m, gaz, Τ g ve termokupl Τ TC sıcaklıkları arasında bir ortalama. Yerel gaz akış hızı U ve kinematik viskozite v belirtildiği gibi burada, Reynolds sayısı Re tanımlanır. Denklem w, d. (1) termokupl tel çapını temsil eder. Burada anlatılan örneğinde olduğu gibi kararlı durum ölçümleri için, termokupl kavşağı üzerinde bir enerji dengesi (iletim ve katalitik etkileri nedeniyle hatalar ihmal), tarafından verilen bir konvektif-radyasyonlu ısı dengesi azaltır (2) 60 (3) Τ g gerçek gazı sıcaklığı olduğu, Τ tc ε tc termokupl kavşak emisyon olduğunu, termokupl kavşak (veya boncuk) sıcaklık, Τ surr çevresi sıcaklığı olduğunu, σ Stefan-Boltzmann sabiti ve h h = k Nu / gün. k olarak tanımlanan termokupl kavşak üzerinde akış ısı transfer katsayısını gazın ısıl iletkenliği, Nu Nusselt sayısı, d termokupl tel çapı olduğunu. Nusselt sayısı korelasyon seçimi denklem de gösterildiği gibi, çünkü ölçülen termokupl sıcaklığına radyasyon düzeltme hesaplama açısından büyük önem taşımaktadır. (3), radyasyon düzeltme Nusselt sayısı ile ters orantılıdır. Bu seçim, exi, ancak, karışık Birden "uygun" Nusselt sayısı korelasyonları stence ve termokupl, özellikle termal iletkenliği çevreleyen gaz karışımının özellikleri tahmininde zorluk. Literatürde kanıt toplu Ancak açık silindirik Nusselt sayısı korelasyon Neredeyse bütün pratik termokupl 5-6, Collis ve Williams, 8, tercihen edilene konvektif ısı aktarımını tanımlanması için en uygun olan olduğunu göstermektedir. Nusselt sayısı korelasyon kararlı durum konvektif radyatif dengesi (denklem 3) ve ihmal küçük sıcaklık bağımlılığı sübstitüe edilmelidir iki bilinmeyen (yani Τ g ve u) iki denklem bir sistem olup, oluşturulan (4) t "fo: keep-together.within-page =" 1 "> ve (5) Denklemler (4) ve gaz fazı iletkenlikleri ve kinematik viskositelerinin sıcaklığın bir fonksiyonu hem yana (5), her noktada yinelemeli bir araya çözülmelidir. boncuk sıcaklığı düşük hatalar yaklaştı kadar iteratif değeri yeniden çekilen termal iletkenliği ve kinematik viskozite, değerlendirmek için gaz sıcaklığı ilk yineleme olarak kullanılmalıdır. Denklemleri çözerken, radyasyon düzeltme (yani, termokupl okuma ve gerçek sıcaklık arasındaki fark) büyük çaplı termokupl için artar ve boncuk üzerinde akım hızları arttıkça azaldığını görünür. 1 w d ve d 2 w numaralı denklemlerde . (4) ve (5) temsilcisiÇalışmamızda kullanılan termokupl tel çapları kızıyorum. Boncuk (ε TC) emisyon Jakob 9 tarafından belirtildiği bir yöntem kullanılarak, sıcaklığın bir fonksiyonu olarak bulunabilir. Onun analizde, Jakob elektrik direnç bir fonksiyonu olarak metalik bir yüzey üzerinde kırılma karmaşık endeksleri için Maxwell'in dalga denklemleri çözer. Bir varsayım olarak platinyum yarı küresel toplam yayıcılık (Pt) için basit bir korelasyon elde metaller için de geçerlidir düşük öz direnç ve kırılma endisinin limiti, içinde alınmış (6) nerede, platin, r e ≈ r e, 273 T / 273, T ile K ve r e, 273 <em> = 11×10 -6 Ω cm. Bu nedenle, platinyum emisyon 5-6 olur (7) 0 <T <2330 K. Denklem göründüğü gibi termokupl boncuk ya da kavşağın yayma, için. (4) ve (5) bu nedenle yukarıdaki ifadeyi kullanarak değerlendirilebilir. Bir yineleme Denklem için gerekli değildir. (6) ve (7) topuk sıcaklığında gerçek değeri bilindiğinden, Denklem sadece gaz sıcaklığı ve hızı. (4) ve (5) iteratif çözülmesi gerekir. Deneyler sırasında, iki termokupl aynı ölçüm noktaları tam olarak geçilen ve veri sıcaklık ölçümlerinde radyasyon düzeltme için hesap numune alındı. düzeltmeler sonucunda o kadar uygulananf numaralı ifadelerden yineleme. (4) ve (5), örneğin, küçük sadece 79 K 50 mikron tel çapı 1.700 K termokupl ve yakıt yüzeyi 6 yakın az 5 K için. termokupl yana yüksek sıcaklıkta çapraz bölgeleri kablo üzerinden iletim kayıplarının dikkate da ancak nedeniyle termokupl tellerin küçük kesit alanları, dikkat edilmesi gereken gradyanlar, bu tür hatalar olduğu hesaplandı <% 1, bu nedenle düzeltme gerekli olan 5-6. rüzgar tünelinin çıkışında hava akımının ortasına konumlandırılmış yakıt yüzeyi ile, yakıt yüzeyine kolay erişim için mikro termokupl ve sıcak telli anemometre ölçümleri için sağlanmıştır. Rüzgar tünelinin (yanma) serbest akım hızının soğuk akış çalışmalar sırasında, rüzgar tünelinin U ∞ toplam duratio 50,000 numune / saniye bir hızda örneklenmiş bir sıcak tel anemometre kullanılarak kalibre edilmiştirnokta başına 10 saniyelik n. Tüm tünelin çıkışında boyunca hız profili tutarlı bir fiş tünel çıkışından merkezinden çıkan akış ortaya koyan, alındı. Bu tür bizim rüzgar tünelinin çıkışında bir kare kanal için bekleniyor. Sforza vd. 10 önceki ölçümler 2.6 ve 8.8 arasında d Re Reynolds sayısı ile bir kare jet potansiyel çekirdek uzunluk x 10 4 d kanal yüksekliği çıkış, mansap yaklaşık 5 gün olması gerektiğini gösterdi. D = 30.48 cm, rüzgar tüneli çıkış genişliği, Re d numune tünel çıkışının 1 d (20 cm) içinde kalır anlamı 4 10 x 4 10 x 1.5 ile 3.9 olduğunu. Bu ölçümlerin tekrarlanabilirliği ortalama% 3 içinde oldu. Sıcaklıklar 10 cm yanmış tabakanın yüzeyi üzerine ölçülmüştür x 10 cm x 1.27cm PMMA U ∞ = 0.79 m / sn ve 2.06 m / sn çalışan bir rüzgar tüneli çıkışında yerleştirdi. (- T W, P / T FL, reklam – T W, P T), yukarıda belirtilen prosedürler normal uzunluğu y * = Y / L ve sıcaklık, T * = açısından olmayan boyutsuzlaştırılmış edildi sıcaklık ölçümleri yakalamak için kullanılan , Τ p ve Τ fl, w, reklam sırasıyla belirli bir yakıt yüzeyine dik pozisyon sıcaklığı ölçülür y yakıt ve L yakıt yüzeyinin uzunluğu için, duvar ve adyabatik alev sıcaklıkları temsil eder. Boyutsuz sıcaklıklara beşinci dereceden polinom uydurma ve yakıt yüzeyi, y de eğim ayıklanması boyutsuz sıcaklık sonra hesaplandı yüzeye normal gradyanlar, (∂ T * / ∂ y *) y * = 0 * = 0. <p class="jove_content" fo: keep-together.within-PAGE = "1"> Şekil 2 (a), yakıt yüzeyinin uzunluğu boyunca, bu boyutsuz sıcaklık gradyanları gösterir. Onlar açıkça alev yakıt yüzeyine en yakın olan yakıt yüzeyinin, ön kenarına en yüksek olan ve alev yakıt yüzeyinden uzak olan firar kenarı (x = 100 mm), doğru azalır. Boyutsuz sıcaklık gradyanı, korelasyon 4,6 uygulanarak lokal kitle yanma hızını belirlemek için kullanılabilir (8) nerede B verilen yakıtın kütle aktarım sayısı, duvar sıcaklığında değerlendirilen havanın ısı iletkenliği w k, c p yakıt bir adyabatik alev sıcaklığında değerlendirilen havanın özgül ısı, ve L <olduğunu/ Em> tesiriyle yakıt yüzeyinin uzunluğu. Yerel toplu yanma hızı daha sonra, Şekil 2'de gösterildiği gibi, boyutsuz sıcaklık değişimleri benzer bir şekilde değiştirmek için bulunan (b). Sıvı yakıtlar aksine, PMMA yerel kitle yanan oranı da zaman 2,11 sabit aralıklarla üzerinde lokal yüzey regresyon ölçerek bir posteriori yaklaşık olarak hesaplanabilir. PMMA örnekleri süreler 50 sn de başlayan ve örnek nesli ardından 50 sn aralıklarla artırılması için temsili şartlar altında yakıldı. PMMA piroliz kütle akış hızı başka 4-6 literatürde ele Pizzo ve ark., 11 tarafından verilen bir birinci dereceden bir yaklaşım kullanarak ekseni merkez simetri boyunca her X konumunda hesaplanır. PMMA ortalama yoğunluğu, ρ s / m3 1.190 kg yakıt yüzeyi boyunca ölçülen yüzey gerileme ile birlikte kullanılmıştır =yakıt numunesi uzunluğu boyunca her 50 sn aralığında kütle kaybı oranları varmak. Kısa bir zaman adımı arzu edilmesine rağmen, ölçüm hataları zaman adımları 50 saniyeden az 5 olduğunda bu pratik hale getirmek. Regresyon profillerden olanlar ile termokupl yerel kitle kaybı oranlarını karşılaştırmak, 100 ve 150 sn yakıt tükenme süreleri elde edilen veriler Şekil 2'de gösterilen yerel kitle yanan fiyatlarını karşılaştırın kullanılmıştır (b). Bu kez bu ölçümler alındı ​​yaklaşık aynı zamanlara karşılık gelmektedir. Şekilde görüldüğü gibi, içi toplu yanma hızı ölçüm her iki yöntem bir yöntem öne alev Bu tip iyi çalışır, birbirine çok yakın görünür. Bu tür küçük ve laminer olanlar konvektif çoğunlukta alevler, yakıt yüzeyindeki sıcaklık gradyanları Ayrıca, Con çıkarmak için kullanılabiliroldukları gibi vective ısı akıları, özünde, doğrudan yüzeyde sıcaklık gradyanı ile ilgili. ölçülen kütle kaybı oranları kullanılarak, alev ısı akışının bileşenleri de piroliz zonu boyunca elde edilebilir. Başka literatürde 2-3'te yakıt yüzeyinde ısı dengesi, çeşitli yaklaşımlar kullanılarak, bu bileşenler PMMA yanan levhanın yüzeyi üzerine tespit edilebilir. PMMA alev ortam bilgilerini ile stabilize için, Şekil 3'de bu sonuç Şekil U ∞ = 2.06 m / sn -stream hızı. teknik nedenle yanma işlemi, katı ve gaz fazı arasında özellikle ilişkinin anlaşılmasını artan yol açan yakıtların küçük numunelerin yanan tanımlamak için çeşitli önlemler değerlendirilmesinde son derece yararlı olabilir. Şekil 1. Deneyal Kur. zorunlu-taşınım sınır tabakası difüzyon ateşte kütle kaybı oranları ve sıcaklık profillerini ölçmek için kullanılan deney düzeneği (a) şematik. (B) zorla akışı altında sınır tabaka difüzyon alevleri araştırmak için deney düzeneği. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız. Şekil 2. Sıcaklık Gradient ve Yerel Yazma Oranı Sonuçları. (A) sırasıyla U ∞ = 0.79 m / sn ve 2.06 m / sn, bir PMMA sınır tabakası difüzyon alevi yakıt yüzeyi boyunca, normal olmayan boyutlu sıcaklık değişimleri değişimi. (B) PMMA sınır tabaka diffusi yerel kitle yanan oranları DeğişimiFarklı serbest akışlı koşullarda alevler üzerinde. Boyutsuz sıcaklık değişimleri elde edilen yerel kitle yanan oranları PMMA yüzey gerileme elde edilen deneysel verilerle karşılaştırılır. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız. Şekil 3. Isı Flux U bir PMMA sınır tabakası difüzyon alevi için piroliz bölgesinde alev ısı akışının çeşitli bileşenlerinin Zorla Akış. Dağıtım altında sonuçtan ∞ = 2.06 m / sn. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.