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

1. Progettazione di esperimenti <ol><li> Seguire le istruzioni e le precauzioni di sicurezza prima di entrare nel incendi e combustione laboratorio di ricerca. formazione sulla sicurezza è generalmente richiesto per i nuovi utenti. </li><li> Programma le tue esperimenti in anticipo per effettuare i test richiesti. Considerare i dettagli dell&#39;esperimento, trasporto di carburanti richiesta e le attrezzature necessarie. </li><li> Identificare gli esperimenti combustibili liquidi o solidi di interesse. Preparare i materiali di conseguenza. </li></ol> 2. Preparazione dei Materiali e Strumentazione <ol><li> Per gli esperimenti di combustibile liquido, preparare uno stoppino di carburante di materiale non combustibile poroso (alcalino-terroso lana silicati). Esperimenti precedenti 4-6 hanno utilizzato 8 centimetri x 8 cm x 1,27 cm per le prove di convezione naturale e 10 cm x 10 cm x 1,27 cm fogli spessi per prove convezione forzata. <ol><li> Cuocere la data stoppino carburante per circa 20 min esponendola ad una fiamma a diffusione da una torcia a propano in ordinebruciare leganti organici all&#39;interno lo stoppino. </li><li> Al fine di eliminare la fuoriuscita del combustibile liquido dai lati stoppino, applicare generosamente silicato di sodio liquido con una siringa che copre tutte le facce della stoppino tranne la faccia superiore. </li><li> Shield tutto ma la faccia superiore dello stoppino con foglio di alluminio. Utilizzare un adesivo ad alta temperatura per incollare il foglio di alluminio ai lati dello stoppino. </li></ol></li><li> Per gli esperimenti di combustibili solidi, tagliare un foglio del combustibile solido. In precedenti esperimenti libera convezione 2, 8 cm x 8 cm x foglio di spessore 1,27 cm di una chiara fusione polimetilmetacrilato (PMMA) è stato utilizzato. </li><li> Tagliare una fessura in un foglio di pannelli isolanti in fibra ceramica uguale alla dimensione del campione di carburante in cui montare successivamente il campione. Spesso, utilizzare la stessa non combustibile porosa come lo stoppino combustibile; tuttavia sigillare con alta temperatura vernice nera opaca. </li><li> Controllare l&#39;proposta hardware e software di acquisizione dati. Aprire il software e controllare il temperamentoalgoritmo di mappatura tura prima di effettuare le prove richieste. </li></ol> 3. Preparazione del setup sperimentale <ol><li> Posizionare un vista laterale reflex digitale in modo che sia allineato con l&#39;asse centrale del combustibile e abbastanza lontano in modo che la vista laterale completa della fiamma proposta viene catturato. <ol><li> Per forzata convezione fiamme, un&#39;immagine di campo di visione al centro del provino di carburante che coprono una superficie di 16 cm x 8 cm per il calcolo della fi amma distanza di stand-off nella zona di pirolisi. </li></ol></li><li> Posizionare il meccanismo di traslazione al di sopra del campione di carburante. Collegare un filo 50 um di diametro micro termocoppia all&#39;asse orizzontale del meccanismo di traslazione con cura. </li><li> Accendere il controller del motore passo-passo programmabile. </li><li> Nel caso di esperimenti flusso forzato, potenza fino soffiante centrifuga della galleria del vento. </li><li> Impostare il controller Pulse Width Modulation (PWM) ad una frequenza di 7000 Hz con impostazioni di alimentazione ranging dal 16% al 50% per le diverse velocità della ventola, verificate con un anemometro a filo caldo. </li><li> Indossare occhiali protettivi e guanti resistenti al fuoco prima di procedere con il test. </li><li> Durante ciascuna prova, immergere lo stoppino con combustibile liquido (metanolo o etanolo) fino al suo punto di saturazione. Per un cm x 8 cm x 1,27 cm di spessore stoppino 8, 90 ml era sufficiente per assorbire completamente lo stoppino con due 60 ml siringhe mentre per un 10 cm x 10 cm x 1,27 cm di spessore stoppino, 120 ml è risultato essere sufficiente. </li><li> Posizionare con cura lo stoppino piatto combustibile imbevuti di carburante / solido nel supporto combustibile-stoppino. Controllare la planarità della superficie stoppino carburante con un indicatore di angolazione. </li><li> Aprire il software bilancio di massa e controllare le impostazioni con interfaccia USB. Controllare il bilancio di massa e notare la sua lettura prima della prova. </li></ol> 4. Gli esperimenti eseguiti in un laboratorio di combustione o fuoco <ol><li> Garantire la corretta ventilazione del impianto sperimentale accendendo il gas di scarico dopo aver completato ogni serie di esperimenti. Exhaust dovrebbe essere come minimo o isolato possibile durante gli esperimenti per aiutare eliminare i disturbi di flusso. </li><li> Prima che un campione viene acceso, calibrare la fotocamera digitale vista laterale prendendo una foto di un foglio di carta millimetrata o righello che è allineato lungo l&#39;asse centrale della superficie del combustibile. Ottenere un conteggio medio pixel / mm dalle immagini di calibrazione. Utilizzare questo valore di pixel / mm durante la post-elaborazione delle immagini (per impostare la scala di misura in ImageJ). </li><li> Accendere il combustibile con una torcia a propano, momentaneamente toccarla per uno stoppino combustibile liquido e passando la fiamma uniformemente sulla superficie per 50-60 sec con un combustibile solido. </li><li> Ora di inizio sperimentale subito dopo l&#39;accensione uniforme. Utilizzare un cronometro per indicare il tempo di combustione. </li><li> Premere il tasto di acquisizione dati sul software bilancio di massa. </li><li> Monitorare la perdita di massa dello stoppino che brucia in un intervallo di tempo e scrivere in un file di misura. Utilizzare il software bilancio di massa per la gIven scopo. </li><li> Ripetere i punti da 4.3 a 4.6 per test multipli alle stesse condizioni per garantire la ripetibilità. </li><li> Utilizzare la perdita di massa rispetto alla curva tempo per determinare il regime bruciore costante, in cui una misura lineare della perdita di massa ha un alto valore R 2. </li><li> Per i combustibili solidi instabili, bruciare i campioni in incrementi di 50 sec dalla accensione a burnout per misurare la regressione della superficie (ad esempio, per 50 sec, 100 sec, 150 sec, etc.). </li><li> Cut bruciato combustibili solidi lungo la linea centrale dopo il raffreddamento per i test di regressione. </li><li> Prendere vista laterale fotografie di combustibili solidi taglio e carico in ImageJ. Misurare la regressione in posizioni streamwise convertendo pixel a cm con un righello. Procedura passo passo per elaborare una data immagine in ImageJ è elencato di seguito. <ol><li> Aperto vista laterale fotografia del campione combustibile solido in ImageJ tramite Selezionare File → Apri immagine. </li><li> Aprire l&#39;immagine di calibrazione (con righello) del campione combustibile solido in ImageJvia Selezionare File → Apri Calibrazione immagine. </li><li> Impilare fino l&#39;immagine campione combustibile solido immagine di calibrazione e. Vai a Immagine → → Stacks Immagini di impilare. </li><li> Imposta scala di misurazione: tracciare una linea tra due punti di distanza nota come un righello sulla fotografia. Vai a Analizzare → Set Scala. Nella finestra Imposta Scala la lunghezza della linea, in pixel, viene visualizzato. Digitare la distanza nota e unità di misura nelle caselle appropriate e fare clic su OK. </li><li> Disegnare una nuova linea e verificare che la scala di misura è corretta. </li><li> Misurare la distanza tra due punti nel dato fotografia del campione: Tracciare una linea tra due punti. La barra di stato mostra l&#39;angolo (da orizzontale) e la lunghezza. Analizzare → Misura (o Ctrl + M o semplicemente digitare sulla tastiera M) trasferisce i valori di una finestra di dati. </li><li> Misurare la regressione in ogni postazione streamwise x misurando lo spessore del campione burn-out e sottraendo dal iSpessore nitial del campione. </li></ol></li><li> Nota l&#39;intervallo di tempo nel quale la superficie di combustibili solidi rimangono circa piatto e utilizzare per la mappatura della temperatura, o regolazioni di posizioni termocoppia effettuate per compensare per la regressione di superficie. </li><li> Impostare l&#39;intervallo di temperatura di mappatura per catturare le misurazioni durante il regime di masterizzazione costante, circa 150 sec per PMMA solido e 400 sec per stoppini liquido-impregnati. Impostare l&#39;intervallo di mappatura di temperatura in base all&#39;intervallo di tempo combustione costante di combustibili liquidi e solidi. Una dimensione passo consigliato in prossimità della superficie è 0,25 millimetri 4-6. </li><li> Allineate accuratamente un micro termocoppia con la superficie del combustibile utilizzando un Unislide XY. Posizionare la data di termocoppia al centro della larghezza del campione. </li><li> Spostare il micro termocoppia attenzione il bordo anteriore dello stoppino del combustibile attraverso la Unislide XY. </li><li> Eseguire un programma di acquisizione dei dati su un computer e leggere l&#39;algoritmo di scansione di rete da una cartella sul desktop. Nota: Una volta che l&#39;esperimento è in corso, la raccolta dei dati è automatica, e l&#39;utente deve solo sorvegliare per assicurarsi che l&#39;esperimento sta andando come previsto. </li><li> Utilizzando un programma di acquisizione dati su un computer, acquisire dati e scrivere in un file di misura. Nota, frequenze di campionamento di 100 4-5 di 500 Hz 6 sono stati utilizzati in esperimenti precedenti. </li><li> Al termine, spegnere la fiamma. Spegnere il controller PWM e staccare la spina di alimentazione della ventola dal 3 fasi 240 VAC presa di corrente. </li><li> Spegnere il controller del motore passo-passo. </li><li> Ripetere i passaggi 4,12-4,18 per ulteriori esperimenti in condizioni di flusso simili o diversi con lo stesso termocoppia. Un minimo di 5 test deve essere ripetuto per ogni data condizione di flusso (ad esempio, velocità di flusso forzato o orientamento verticale). </li><li> Ripetere i passaggi 4,12-4,18 per un 75 micron micro termocoppia. Traverse due termocoppie (50 micron e 75 micron filo di diametro) lungo il same percorso al centro della fiamma per correzioni radiazione accurati. termocoppie più piccole potrebbe anche essere utilizzato, tuttavia la rottura spesso si è verificato per i fili inferiori a 50 micron. </li></ol> Analisi 5. I dati <ol><li> Leggere i dati elaborati dal file LVM in Matlab o altri software di analitica. </li><li> Calcolare la media dei dati di temperatura in ogni punto spaziale dal test diversi. </li><li> Calcolare una correzione radiazioni dai dati medi termocoppia in ogni postazione streamwise, seguendo la correlazione di Collis e Williams 10 descritto in dettaglio nel seguito. </li><li> Calcolare le misure di temperatura compensato aggiungendo la correzione di radiazione per i dati di temperatura grezzi. </li><li> Non Dimensionalizzano i dati di temperatura e la posizione spaziale. </li><li> Montare i dati di temperatura non dimensionali in superficie carburante con un ordine superiore polinomiale appropriato utilizzando una curva algoritmo di forma in Matlab o altri software dedicato. Da 4 a 6 punti in prossimità della superficiesono stati trovati a lavorare bene in studi precedenti 4-6. </li><li> Calcolare i gradienti di temperatura adimensionali normali alla superficie combustibile dalla pendenza della ordine superiore polinomiale per la distribuzione della temperatura non-dimensionale alla superficie del combustibile (y = 0). </li><li> Calcolare la velocità di combustione di massa locale dal corrispondente gradiente di temperatura adimensionale locale sulla superficie del carburante utilizzando una correlazione teorica basata sull&#39;analogia Reynolds 4. </li><li> Calcolare il flusso di calore convettivo dal gradiente di temperatura sulla superficie del 5-6 carburante. </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.

Lo scopo di questa indagine è stato quello di sviluppare una nuova metodologia per la stima della velocità di combustione di massa locali sia per i combustibili liquidi e solidi sotto una varietà di condizioni di flusso del campo. Lo studio ha preso in esame due casi, un libero di convezione strato limite di diffusione della fiamma e convezione forzata contorno fiamme strato di diffusione stabilite in diverse condizioni di corrente libera, usando combustibili sia liquidi che solidi. velocità di combustione locali misurati tramite misure di termocoppia messa a filo su entrambe le stoppini di carburante imbevuti di liquidi e su lastre solide di PMMA che corrispondono alla altri mezzi di stima, vale a dire le misure di regressione di carburante. Questi gradienti di temperatura in prossimità della superficie del carburante sono stati determinati utilizzando una correlazione basata su l&#39;analogia Reynolds 12-13 che, pur richiedendo costante, la combustione laminare, ha lavorato molto bene per i campioni di piccole dimensioni, che si traduce in dati all&#39;interno di accuratezza del 15% per i risultati medi e molto altro di più per measurem localiEnt 4-6. Il fattore di correlazione per queste misurazioni tasso di perdita di massa locali dipende dal numero di trasferimento di massa Spalding del combustibile rappresentante e altre proprietà termofisiche del combustibile che può essere calcolata a priori. I risultati suggeriscono che questa tecnica può essere utile per estrarre questi quantitativi e comprendere la combustione di combustibili piccole dimensioni in maggior dettaglio in futuro. Altri studi in letteratura hanno ampliato il lavoro rappresentante qui incorporando simulazioni numeriche 4 ed esperimenti su campioni verticalmente orientate, che brucia liberamente 4,5, ed i campioni in orizzontale montati sotto i venti ambiente 6. Per tali configurazioni, componenti di flussi di calore sono anche stati determinati localmente sulla superficie del combustibile con la stessa tecnica termocoppia a filo sottile molto vicino alla superficie del combustibile condensato. Mentre i componenti del flusso di calore sono stati misurati in passato utilizzando calibri incorporati, thitecnica s è minimamente invasiva e offre la misura diretta dei flussi di calore convettivo, che non è stato possibile prima. Particolare attenzione deve essere assunto durante gli esperimenti nella scelta di configurazioni e l&#39;installazione degli apparecchi specifici. In questi esperimenti, termocoppie scelti per passo 3.2 sporgeva da un piccolo tubo ceramico, mantenendo la tensione sul filo e rendendo la posizione della termocoppia relativamente fisso. Utilizzando un filo della termocoppia sospesa su tutta la fiamma senza un tubo ridurrebbe eventuali disturbi dal tubo ceramico, tuttavia renderebbe localizzare la posizione specifica della termocoppia molto più variabili come il filo tende ad espandersi con temperature crescenti. Talvolta cambiamenti nella configurazione potrebbero indurre effetti sulla larghezza del campione (per esempio di inclinare il campione). Se l&#39;impostazione viene modificata da quelli studiati in passato 4-6, attorno passo 4.14 controlli saltuari che il mea temperatura di fiammamisura- sulla larghezza del campione non mostrano variazioni significative dovrebbe essere presa (cioè un&#39;assunzione 2-D tiene ancora). In caso contrario, un sistema di mappatura 3-D dovrà essere attuato. Le fasi più critiche durante l&#39;esecuzione degli esperimenti hanno a che fare con la preparazione del combustibile e il corretto uso di termocoppie. Anche piccole deviazioni nel posizionamento delle termocoppie potrebbero causare errori, quindi la cura deve essere posta nel posizionamento della termocoppia in passi 3.2, 4.13 e 4.14. Lo stoppino di carburante deve essere posizionato in modo che come piatto una superficie il più possibile è mantenuto (passo 2.1) e tutto il materiale di riempimento deve essere cotto di stoppini (passo 2.1.1). Il sistema di scarico, attivato nel passo 4.1 dovrebbe essere mantenuto il più minimo o isolato il più possibile vicino al esperimento per contribuire ad eliminare i disturbi di flusso. Questo deve essere controllato, garantendo una piccola candela non è saltato in cui la prova si svolgerà (senza vento). Diaframmi, schermi, Un&#39;installazione chiusa separata o test in un grande spazio può essere utilizzato per realizzare questo. Nel passo 4.2, il combustibile solido deve essere acceso più uniforme possibile. Mentre la torcia a propano non è la fonte più ideale per fare questo, esperimenti non sono stati trovati per essere sensibile alla fonte di accensione in lavori precedenti 4-6. Sensibilità alla fonte di accensione deve essere documentata durante gli esperimenti variando il tempo o l&#39;intensità di esposizione e osservando i risultati sul velocità di combustione di massa costante. Se si osserva la sensibilità di un pannello radiante dovrebbe essere alternativamente utilizzato per innescare campioni. Combustibili solidi, o il carburante che non ha un grande (&gt; 300 sec) costante regione che brucia come osservato dai tassi di perdita di massa dovrebbe avere la mappatura temperatura rilevata nel corso di una breve regione. Ad esempio, nel passo 4.13 si consiglia la mappatura per PMMA essere ripreso il primo 150 sec, mentre il combustibile è ancora relativamente piatta e regressione superficie è stata ben documentata. misure di regressione della superficie possono utilizzare ImageJ o altri software di immagine simile a misurare pixel sulle fotografie e convertire in lunghezza. In alternativa, un micrometro digitale può essere utilizzato per misurare la regressione superficie della piastra solido dopo si raffredda (notare la superficie di materiali &quot;ribollimento&quot; come PMMA deve essere carteggiato prima). La correlazione velocità di combustione proposto si basa su ipotesi laminari, tuttavia, si ipotizza che questa tecnica dovrebbe seguire una forma simile per combustione turbolenta di una superficie di carburante, anche se con una relazione funzionale modificata che deve essere determinato sperimentalmente. Il lavoro qui presentato può essere successivamente estesa a turbolento combustione strato limite e le interazioni associate tra turbolenze e rilascio di calore in fase gassosa che guidano il flusso di calore incidente alla superficie combustibile può essere ulteriormente approfondito. La teoria sulla quale si basa la correlazione velocità di combustione trascura anche radiazioni. La teoria è semplificato eccessivamente leading di incertezza nelle sue capacità predittive, in circostanze che non sono coperti dal presente lavoro. Per esempio, la metodologia proposta non può funzionare per alta fiamme fuliggine dove il flusso di calore verso la superficie è in gran parte radiante. Per le grandi fiamme parete turbolente, dove il flusso di calore radiante alla superficie combustibile condensato è alto, la correlazione velocità di combustione proposto può o non può funzionare. L&#39;inclusione di effetti delle radiazioni in correlazione proposta è, dunque, la ricerca desiderabile e in seguito deve essere intrapresa per determinare questa relazione funzionale. Questa zona richiede il miglioramento della modella Se metodi di previsione sicuri devono essere raggiunti per tali fiamme.

Mentre gli avanzamenti critici sono stati fatti nel campo della ricerca sulla sicurezza antincendio nel secolo scorso, prevedendo tassi di diffusione della fiamma rimane ancora una sfida per molti materiali in diverse configurazioni. spread Flame spesso procede in entrambi gli ambienti costruiti o naturali come una serie di accensioni di nuovi elementi, proveniente da una prima fonte di accensione. La conoscenza delle caratteristiche di combustione dei materiali di bruciare i singoli è fondamentale al fine di prevedere questi tassi di diffusione della fiamma, perché questo contribuisce a tassi di riscaldamento a elementi unignited. Il tasso di rilascio di calore (FCR) di un elemento di combustibile è pertanto citata come la quantità fondamentale nella ricerca fire 1, essendo approssimativamente uguale alla velocità di combustione (perdita di massa) del combustibile condensato fase, cioè la velocità di evaporazione un tasso combustibile o pirolisi liquida di un combustibile solido. La velocità di combustione può essere pensato come una misura della infiammabilità di un material ed è un parametro critico nell&#39;analisi dei rischi di incendio e la progettazione di sistemi antincendio. La perdita locale di massa (o bruciore) Tasso, m &quot;f, di una parete verticale è, in particolare, una variabile importante in molti problemi di incendio legati, come propagazione della fiamma su un muro, la crescita del fuoco, ei tassi di rilascio di energia all&#39;interno un fuoco involucro, e la diffusione di fumo e gas caldi pennacchi Per previsione di rialzo propagazione della fiamma su una parete verticale, l&#39;altezza della fiamma deve essere calcolato, che dipende dal tasso di rilascio di energia totale,., che, a sua volta, è direttamente influenzata dalla il tasso di perdita di massa locale integrato su tutta la superficie della parete pyrolyzing 2-3. Mentre la conoscenza di questi tassi di perdita di massa integrato sono relativamente ben noto, la conoscenza dei tassi di massa che brucia in posizioni incrementali lungo una superficie di carburante non sono ben noti perché le tecniche sperimentali per misurare tali tassi sono estremamente limitate. Una tecnica che prevede questo tasso di massa che brucia &quot;locale&quot;informazioni potrebbero fornire una maggiore comprensione per la combustione di combustibili condensati, consentendo ai ricercatori di capire meglio i meccanismi che contraddistinguono i combustibili o configurazioni l&#39;uno dall&#39;altro differenti. Poiché la maggior parte dei materiali vengono prima valutati al piccola scala (ad esempio, in un calorimetro a cono 1), un primo passo logico è quello di fornire una tecnica per misurare la velocità di combustione di massa locali piccoli, fiamme laminare diffusione su superfici combustibile condensati. Il lavoro qui presentato discute la metodologia sperimentale e protocolli per l&#39;esecuzione di esperimenti su fiamme laminari costanti stabiliti su superfici di carburante abbreviato. Stima dei gradienti di temperatura locali utilizzando micro termocoppie è una tecnica particolarmente utile per la stima della velocità di combustione di massa locali e flussi di calore in queste fiamme 4-6. L&#39;analisi dei dati letteratura mostra la difficoltà di determinare coefficienti di scambio termico, di combustione e frizioni locali al condendi superficie combustibile sed, che sono importanti per la comprensione della fisica e meccanismi di base che guidano un particolare incendio e di propagazione 4-6. Componenti di flussi di calore, che sono rimaste forse la proprietà del fuoco più ben misurata, in luoghi locali su una superficie di carburante, si sono rivelati difficili da misurare. Effetti come variabilità dei combustibili, flusso di calore scalabilità, difficoltà di raggiungere condizioni stazionarie e differenti tecnologie di gauge flusso di calore hanno contribuito piuttosto ampio dispersione dei dati che sono disponibili in letteratura 4. Misure di gradienti di temperatura locali con elevata precisione aiuteranno ad alleviare questa variabilità e anche fornire correlazioni di scambio termico che potrebbero essere utilizzati per la validazione numerica di incendi parete laminari, una canonica problema di ricerca del fuoco. Tali esperimenti sono utili anche ad esplorare il rapporto dinamico tra una superficie combustibile condensato e in fase gas combustibili fiamme laminari e strato limite turbolentoS. Metodi per catturare accuratamente questi gradienti di temperatura in modo preciso e ripetibile sono descritti di seguito.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Thermocouples with connectors and clamps</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></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 -5pk</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&#160;</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&#39;s end</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Traverse mechanism</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></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&#160;</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 &#38; 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&#160;</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 &#38; 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&#160; computer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Data acquisition hardware</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></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 V, 50 kS/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&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cameras</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>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</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 18-55mm f/3.5-5.6 IS Lens</td>
			<td>Canon EOS Rebel T5 DSLR&#160;</td>
			<td>Amazon</td>
			<td>Digital SLR camera for taking side-view flame photographs</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mass balance</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mettler-Toledo, MS32001L Balance Prec 32200g x 0.1g</td>
			<td>97035-654</td>
			<td>VWR</td>
			<td>Precision electronic&#160; mass balance&#160; for measuring&#160; average mass burning rate</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mini CTA system</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></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></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wind tunnel equipment</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></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&#34; 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&#34; wire diameter. 12&#34;x12&#34; 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&#34; wire diameter. 12&#34;x12&#34; 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&#34; - 33&#34; 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, 200-240V, 3-phase, 50/60Hz, M3G112-EA motor, 2.2kW)</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&#8221; X 1&#8221; T-SLOTTED PROFILE&#160;</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></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Software</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></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>MATERIALS</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methanol&#160;</td>
			<td>UMD Chem Store</td>
			<td>NA</td>
			<td>Liquid fuel</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol&#160;</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&#34; Thick, 24&#34; X 48&#34;</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&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Self-Igniting Economy Propane Gas Torch Adjustable Flame, 4179 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&#34; 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&#39;Height x 4&#39;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&#34; thick, 12&#34;X24&#34;</td>
			<td>Mc master carr</td>
			<td>89015K28</td>
			<td>Used for holding the insulation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Marine grade plywood 1/2&#34; thick, 12&#34; X 24&#34;</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&#34; base X 1-1/4&#34; legs, 1&#39; 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&#34; Thk, 1/2&#34; X 1/2&#34; legs, 6&#39; 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&#34; 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&#34; 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&#34; solid extrusion, 4&#39; 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&#34; X 48&#34; X 36&#34; (Superwool 607 insulation board) 1 carton containing 12 sheets</td>
			<td>Mccormick Insulation</td>
			<td>Superwool 607&#160;</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

Modellazione comportamento alla combustione di combustibili realistico condensata fase è rimasto fuori portata, in parte a causa di una incapacità di risolvere complesse interazioni che avvengono all&#39;interfaccia tra fiamme in fase gas e combustibili condensato fasi. La ricerca attuale fornisce una tecnica per esplorare il rapporto dinamico tra una superficie combustibile condensato e in fase gas combustibili fiamme in strati limite laminari. Gli esperimenti sono stati condotti in precedenza sia in ambienti convettivi forzati e libero su entrambe combustibili solidi e liquidi. Una metodologia unica, basato sulla analogia Reynolds, è stato utilizzato per stimare velocità di combustione di massa locali e flussi di calore fiamma per questi limite laminare fiamme strato di diffusione utilizzando gradienti locali di temperatura sulla superficie del combustibile. velocità di combustione di massa locali e il feedback calore convettivo e radiativo dalle fiamme sono stati misurati in entrambe le regioni di pirolisi e pennacchio utilizzando gradienti di temperatura mappati vicino al muro da un Traver due assisistema di SE. Questi esperimenti sono lunghi e possono essere difficili da progettare come superficie del combustibile condensato brucia costante solo per un limitato periodo di tempo dopo l&#39;accensione. I profili di temperatura vicino alla superficie del combustibile devono essere mappati in costante combustione di una superficie di combustibile condensata ad una risoluzione spaziale molto elevata per catturare ragionevoli stime di gradienti di temperatura locali. correzioni attente per le perdite di calore radiante dal termocoppie sono inoltre essenziali per misurazioni accurate. Per queste ragioni, l&#39;intero apparato sperimentale deve essere automatizzata con un computer controllato meccanismo di traslazione, eliminando la maggior parte degli errori dovuti al posizionamento di un micro-termocoppia. Un profilo di passi per catturare riproducibile gradienti di temperatura vicino al muro e li usa per valutare velocità di combustione e flussi di calore locale è fornito.

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.

Metodologia sperimentale per la stima della locale Calore flussi e masterizzazione Tariffe a Steady limite laminare Fiamme strato di diffusione

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

Nanyang Technological University

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

Speciation and Bioavailability Measurements of Environmental Plutonium Using Diffusion in Thin Films

The biological uptake of plutonium (Pu) in aquatic ecosystems is of particular concern since it is an alpha-particle emitter with long half-life which can potentially contribute to the exposure of biota and humans. The diffusive gradients in thin films technique is introduced here for in-situ measurements of Pu bioavailability and speciation. A diffusion cell constructed for laboratory experiments with Pu and the newly developed protocol make it possible to simulate the environmental behavior of Pu in model solutions of various chemical compositions. Adjustment of the oxidation states to Pu(IV) and Pu(V) described in this protocol is essential in order to investigate the complex redox chemistry of plutonium in the environment. The calibration of this technique and the results obtained in the laboratory experiments enable to develop a specific DGT device for in-situ Pu measurements in freshwaters. Accelerator-based mass-spectrometry measurements of Pu accumulated by DGTs in a karst spring allowed determining the bioavailability of Pu in a mineral freshwater environment. Application of this protocol for Pu measurements using DGT devices has a large potential to improve our understanding of the speciation and the biological transfer of Pu in aquatic ecosystems.

The technique of diffusive gradients in thin films (DGT) is proposed for speciation studies of plutonium. This protocol describes diffusion experiments probing the behavior of Pu(IV) and Pu(V) in presence of organic matter. DGTs deployed in a karstic spring allow assessment of the bioavailability of Pu.

Speciazione e di biodisponibilità Misure di plutonio ambientale Uso Diffusione in film sottili

The biological uptake of plutonium (Pu) in aquatic ecosystems is of particular concern since it is an alpha-particle emitter with long half-life which can ...

Ricerca

Ingegneria

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.

Emissione spettroscopica Boundary Investigation strato durante ablativo 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 ...

Measurement of Outgassing Rates of Steels

Steels are commonly used materials in the fabrication of vacuum systems because of their good mechanical, corrosion, and vacuum properties. A variety of steels meet the criterion of low outgassing required for high or ultrahigh vacuum applications. However, a given material can present different outgassing rates depending on its manufacturing process or the various pretreatment processes involved during the fabrication. Thus, the measurement of outgassing rates is highly desirable for a specific vacuum application. For this reason, the rate-of-pressure rise (RoR) method is often used to measure the outgassing of hydrogen after bakeout. In this article, a detailed description of the design and execution of the experimental protocol involved in the RoR method is provided. The RoR method uses a spinning rotor gauge to minimize errors that stem from outgassing or the pumping action of a vacuum gauge. The outgassing rates of two ordinary steels (stainless steel and mild steel) were measured. The measurements were made before and after the heat pretreatment of the steels. The heat pretreatment of steels was performed to reduce the outgassing. Extremely low rates of outgassing (on the order of 10&#8722;11 Pa m3 sec&#8722;1 m&#8722;2) can be routinely measured using relatively small samples.

A protocol for the measurement of outgassing rates of hydrogen from ordinary steel vacuum chambers using the rate-of-pressure rise method is presented.

Misura di degassamento Tassi di Acciai

Steels are commonly used materials in the fabrication of vacuum systems because of their good mechanical, corrosion, and vacuum properties. A variety of ...

Experimental Procedure for Warm Spinning of Cast Aluminum Components

High performance, cast aluminum automotive wheels are increasingly being incrementally formed via flow forming/metal spinning at elevated temperatures to improve material properties. With a wide array of processing parameters which can affect both the shape attained and resulting material properties, this type of processing is notoriously difficult to commission. A simplified, light-duty version of the process has been designed and implemented for full-size automotive wheels. The apparatus is intended to assist in understanding the deformation mechanisms and the material response to this type of processing. An experimental protocol has been developed to prepare for, and subsequently perform forming trials and is described for as-cast A356 wheel blanks. The thermal profile attained, along with instrumentation details are provided. Similitude with full-scale forming operations which impart significantly more deformation at faster rates is discussed.

An experimental protocol for instrumented warm rotary forming of cast aluminum alloys employing a bespoke industrially scaled apparatus is presented. Experimental considerations including thermal and mechanical effects are discussed, as well as similitude with full-scale processing of automotive wheels.

Procedura sperimentale per filatura caldo dei componenti in alluminio pressofuso

High performance, cast aluminum automotive wheels are increasingly being incrementally formed via flow forming/metal spinning at elevated temperatures to ...

Experimental Implementation of a New Composite Fabrication Method: Exposing Bare Fibers on the Composite Surface by the Soft Layer Method

The bipolar plate is a key component in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and vanadium redox flow batteries (VRFBs). It is a multi-functional component that should have high electrical conductivity, high mechanical properties, and high productivity.
In this regard, a carbon fiber/epoxy resin composite can be an ideal material to replace the conventional graphite bipolar plate, which often leads to the catastrophic failure of the entire system because of its inherent brittleness. Though the carbon/epoxy composite has high mechanical properties and is easy to manufacture, the electrical conductivity in the through-thickness direction is poor because of the resin-rich layer that forms on its surface. Therefore, an expanded graphite coating was adopted to solve the electrical conductivity issue. However, the expanded graphite coating not only increases the manufacturing costs but also has poor mechanical properties.
In this study, a method to expose fibers on the composite surface is demonstrated. There are currently many methods that can expose fibers by surface treatment after the fabrication of the composite. This new method, however, does not require surface treatment because the fibers are exposed during the manufacture of the composite. By exposing bare carbon fibers on the surface, the electrical conductivity and mechanical strength of the composite are increased drastically.

A protocol to expose bare fibers on the composite surface by eliminating resin rich area is presented. The fibers are exposed during fabrication of the composites, not by the post surface treatment. The exposed carbon composites exhibit high electrical conductivity in the through-thickness direction and high mechanical property.

Implementazione sperimentale di un nuovo metodo di fabbricazione compositi: esponendo fibre nude sulla superficie composita dal metodo strato morbido

The bipolar plate is a key component in proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) and vanadium redox flow batteries (VRFBs). It is a multi-functional ...

Design and Characterization Methodology for Efficient Wide Range Tunable MEMS Filters

Here, we demonstrate the advantages of the laser Doppler vibrometer (LDV) over conventional techniques (the network analyzer), as well as the techniques to create an application-based microelectromechanical systems (MEMS) filter and how to use it efficiently (i.e., tuning the tuning-capability and avoiding both failure and stiction). LDV enables crucial measurements that are impossible with the network analyzer, such as higher mode detection (highly sensitive biosensor application) and resonance measurement for very small devices (fast prototyping). Accordingly, LDV was used to characterize the frequency tuning range and resonance frequency at different modes of the MEMS filters built for this study. This wide range frequency tuning mechanism is based simply on Joule heating from the embedded heaters and relatively high thermal stress with respect to the temperature of a fixed-fixed beam. However, we demonstrate that another limitation of this method is the resulting high thermal stress, which can burn the devices. Further improvement was achieved and shown for the first time in this study, such that the tuning capability was increased by 32% through an increase in the applied DC bias voltage (25 V to 35 V) between the two adjacent beams. This important finding eliminates the need for the extra Joule heating at the wider frequency tuning range. Another possible failure is through stiction and requirement of structure optimization: We propose a simple and easy technique of low frequency square wave signal application that can successfully separate the beams and eliminates the need for the more sophisticated and complicated methods given in the literature. The above findings necessitate a design methodology, and so we also provide an application-based design.

A protocol for a fixed-fixed beam design using a laser Doppler vibrometer (LDV), including the measurement of frequency tuning, modification of tuning capability, and avoidance of device failure and stiction, is presented. The superiority of the LDV method over the network analyzer is demonstrated due to its higher mode capability.

Progettazione e nella metodologia di caratterizzazione per efficiente ampio intervallo sintonizzabile MEMS filtri

Here, we demonstrate the advantages of the laser Doppler vibrometer (LDV) over conventional techniques (the network analyzer), as well as the techniques ...

Measurements of Waves in a Wind-wave Tank Under Steady and Time-varying Wind Forcing

This manuscript describes an experimental procedure that allows obtaining diverse quantitative information on temporal and spatial evolution of water waves excited by time-dependent and steady wind forcing. Capacitance-type wave gauge and Laser Slope Gauge (LSG) are used to measure instantaneous water surface elevation and two components of the instantaneous surface slope at a number of locations along the test section of a wind-wave facility. The computer-controlled blower provides airflow over the water in the tank whose rate can vary in time. In the present experiments, the wind speed in the test section initially increases quickly from rest to the set value. It is then kept constant for the prescribed duration; finally, the airflow is shut down. At the beginning of each experimental run, the water surface is calm and there is no wind. Operation of the blower is initiated simultaneously with the acquisition of data provided by all sensors by a computer; data acquisition continues until the waves in the tank fully decay. Multiple independent runs performed under identical forcing conditions allow determining statistically reliable ensemble-averaged characteristic parameters that quantitatively describe wind-waves&#39; variation in time for the initial development stage as a function of fetch. The procedure also allows characterizing the spatial evolution of the wave field under steady wind forcing, as well as decay of waves in time, once the wind is shut down, as a function of fetch.

This manuscript describes a fully computer-controlled procedure that allows obtaining reliable statistical parameters from experiments of water waves excited by steady and unsteady wind forcing in a small-scale facility.

Misure delle onde in un serbatoio di ondata di vento sotto vento costante e variabili nel tempo costringendo

This manuscript describes an experimental procedure that allows obtaining diverse quantitative information on temporal and spatial evolution of water ...

Determination of the Excitation and Coupling Rates Between Light Emitters and Surface Plasmon Polaritons

We have developed a unique method to measure the excitation and coupling rates between the light emitters and surface plasmon polaritons (SPPs) arising from metallic periodic arrays without involving time-resolved techniques. We have formulated the rates by quantities that can be measured by simple optical measurements. The instrumentation based on angle- and polarization-resolved reflectivity and photoluminescence spectroscopy will be described in detail here. Our approach is intriguing due to its simplicity, which requires routine optics and several mechanical stages, and thus is highly affordable to most of the research laboratories.

This protocol describes the instrumentation for determining the excitation and coupling rates between light emitters and Bloch-like surface plasmon polaritons arising from periodic arrays.

Determinazione di eccitazione e tariffe tra emettitori di luce e polaritoni plasmonica di superficie di accoppiamento

We have developed a unique method to measure the excitation and coupling rates between the light emitters and surface plasmon polaritons (SPPs) arising ...

Atmospheric Pressure Fabrication of Large-Sized Single-Layer Rectangular SnSe Flakes

Tin selenide (SnSe) belongs to the family of layered metal chalcogenide materials with a buckled structure like phosphorene, and has shown potential for applications in two-dimensional nanoelectronics devices. Although many methods to synthesize SnSe nanocrystals have been developed, a simple way to fabricate large-sized single-layer SnSe flakes remains a great challenge. Herein, we show the experimental method to directly grow large-sized single-layer rectangular SnSe flakes on commonly used SiO2/Si insulating substrates using a straightforward two-step fabrication method in an atmospheric pressure quartz tube furnace system. The single-layer rectangular SnSe flakes with an average thickness of ~6.8 &#197; and lateral dimensions of about 30 &#181;m &#215; 50 &#181;m were fabricated by a combination of vapor transport deposition technique and nitrogen etching route. We characterized the morphology, microstructure, and electrical properties of the rectangular SnSe flakes and obtained excellent crystallinity and good electronic properties. This article about the two-step fabrication method can help researchers grow other similar two-dimensional, large-sized, single-layer materials using an atmospheric pressure system.

A protocol is presented demonstrating a two-step fabrication technique to grow large-sized single-layer rectangular shaped SnSe flakes on low-cost SiO2/Si dielectrics wafers in an atmospheric pressure quartz tube furnace system.

Pressione atmosferica fabbricazione di fiocchi di medie e grandi monostrato rettangolare SnSe

Tin selenide (SnSe) belongs to the family of layered metal chalcogenide materials with a buckled structure like phosphorene, and has shown potential for ...

The Diffusion of Passive Tracers in Laminar Shear Flow

A simple method to experimentally observe and measure the dispersion of a passive tracer in a laminar fluid flow is described. The method consists of first injecting fluorescent dye directly into a pipe filled with distilled water and allowing it to diffuse across the cross-section of the pipe to obtain a uniformly distributed initial condition. Following this period, the laminar flow is activated with a programmable syringe pump to observe the competition of advection and diffusion of the tracer through the pipe. Asymmetries in the tracer distribution are studied and correlations between the pipe cross-section and the shape of the distribution is shown: thin channels (aspect ratio &#60;&#60; 1) produce tracers arriving with sharp fronts and tapering tails (front-loaded distributions), while thick channels (aspect ratio ~1) present the opposite behavior (back-loaded distributions). The experimental procedure is applied to capillary tubes of various geometries and is particularly relevant to microfluidic applications by dynamical similarity.

A protocol for the study of the diffusion of passive tracers in laminar pressure-driven flow is presented. The procedure is applicable to various capillary pipe geometries.

La diffusione dei rivelatori passivi nel flusso laminare Shear

A simple method to experimentally observe and measure the dispersion of a passive tracer in a laminar fluid flow is described. The method consists of ...