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

1. Planejamento de Experimentos <ol><li> Siga as instruções e precauções de segurança antes de entrar no laboratório de investigação de incêndio e de explosão. treinamento de segurança é geralmente necessária para novos usuários. </li><li> Programar seus experimentos com antecedência para realizar os testes necessários. Considerar os detalhes da experiência, o transporte de combustíveis necessários e os equipamentos necessários. </li><li> Identificar os experimentos a combustíveis líquidos ou sólidos de interesse. Prepare os materiais em conformidade. </li></ol> 2. Preparação de materiais e instrumentação <ol><li> Para experiências de combustível líquido, prepare um pavio de combustível de material não combustível poroso (terroso silicato de lã). Experimentos anteriores 4-6 utilizaram 8 cm x 8 cm x 1,27 cm para os testes de convecção livre e 10 cm x 10 cm x 1,27 cm de espessura folhas para testes de convecção forçada. <ol><li> Asse o dado pavio de combustível para aproximadamente 20 min, expondo-o a uma chama de difusão de uma tocha de propano, a fimpara queimar ligantes orgânicos dentro do pavio. </li><li> A fim de eliminar a fuga de combustível líquido a partir dos lados do pavio, aplicar livremente o silicato de sódio líquido com uma seringa que cobre todas as faces do pavio, excepto a face superior. </li><li> Proteger todos, mas a face superior do pavio com folha de alumínio. Usar um adesivo de alta temperatura para colar a folha de alumínio para os lados do pavio. </li></ol></li><li> Para experiências de combustível sólido, cortar uma folha de combustível sólido. Em anteriores experiências de convecção livre 2, de 8 cm x 8 cm x 1,27 cm de espessura de folha de uma clara fundido polimetil metacrilato (PMMA) foi usado. </li><li> Cortar uma ranhura numa folha de placa de isolamento de fibra de cerâmica igual ao tamanho da amostra de combustível em que a montagem posterior da amostra. Muitas vezes, usar o mesmo não combustível poroso como o pavio de combustível; no entanto selá-lo com alta temperatura pintura preta fosca. </li><li> Verifique o hardware de aquisição de dados dado e software. Abra o software e verificar o temperamentoalgoritmo de mapeamento ature antes da realização de testes necessários. </li></ol> 3. Preparação da instalação experimental <ol><li> Coloque um lado a visão de câmera SLR digital, de modo que esteja alinhado com o eixo central do combustível e longe o suficiente para que a vista lateral completa da chama dado é capturado. <ol><li> Por convecção forçada-fl Ames, uma imagem do campo de vista fi no centro da amostra de combustível com uma área de 16 cm x 8 cm para o cálculo do fl AME stand-off distância na zona de pirólise. </li></ol></li><li> Coloque o mecanismo de avanço acima da amostra de combustível. Anexar um fio de 50 um de diâmetro micro termopar ao eixo horizontal do mecanismo de deslocação com cuidado. </li><li> Ligue o controlador de motor de passo programável. </li><li> No caso de experimentos escoamento forçado, poder-se o ventilador centrífugo do túnel de vento. </li><li> Definir o controlador de largura de pulso modulação (PWM) para uma frequência de 7.000 Hz, com configurações de energia ranging de 16% para 50% para diferentes velocidades do ventilador, verificados com um anemômetro de fio quente. </li><li> Use óculos de segurança e luvas de mão resistentes ao fogo antes de prosseguir com o teste. </li><li> Durante cada ensaio, mergulhar o pavio com o combustível líquido (metanol ou etanol) até ao seu ponto de saturação. Para um cm x 8 cm x 1,27 cm de espessura pavio 8, 90 ml foi suficiente para embeber totalmente o pavio utilizando duas seringas de 60 ml, enquanto para uma 10 cm x 10 cm x 1,27 cm de espessura pavio, 120 ml verificou-se ser suficiente. </li><li> Coloque o pavio placa combustível encharcado de combustível sólido / cuidadosamente no suporte do combustível de pavio. Verifique o nivelamento da superfície do pavio de combustível com um medidor de ângulo. </li><li> Abra o software de balanço de massa e verifique as configurações de interface USB. Verifique o balanço de massa e anotar a sua leitura antes do teste. </li></ol> 4. Experimentos em execução em uma combustão ou Lab fogo <ol><li> Garantir a ventilação adequada da instalação experimental ligando o escape, após a conclusão de cada conjunto de experiências. Exhaust deve ser tão mínima quanto possível ou isolado durante os experimentos para ajudar a eliminar perturbações de fluxo. </li><li> Antes de uma amostra é inflamada, calibre a câmera digital de visão lateral de tirar uma foto de uma folha de papel milimetrado ou governante que está alinhado ao longo do eixo central da superfície de combustível. Obter uma contagem média de pixels / mm a partir das imagens de calibração. Utilize este valor de pixels / mm durante o pós-processamento das imagens (para configurar a escala de medição no ImageJ). </li><li> Inflamar o combustível com um maçarico de propano, momentaneamente tocá-lo para um pavio de combustível líquido e passando a chama de modo uniforme sobre a superfície de 50-60 seg com um combustível sólido. </li><li> Hora de início experimental imediatamente após a ignição uniforme. Use um cronômetro para indicar o tempo de queima. </li><li> Pressione o botão de aquisição de dados no software de equilíbrio de massa. </li><li> Monitorar a perda de massa do pavio queimando ao longo de um intervalo de tempo e escrevê-lo para um arquivo de medição. Use o software de equilíbrio de massa para o gfinalidade Iven. </li><li> Repita os passos 4.3 a 4.6 para múltiplos testes sob as mesmas condições para garantir a repetibilidade. </li><li> Utilizar a perda de massa em função da curva do tempo para determinar o regime de queima constante, em que um ajuste linear da perda de massa tem um elevado valor de R2. </li><li> Para os combustíveis sólidos instáveis, gravar amostras em 50 incrementos seg de ignição para a neutralização de medir regressão superfície (por exemplo, por 50 segundos, 100 segundos, 150 segundos, etc.). </li><li> Corte queimados combustíveis sólidos ao longo do eixo, depois de arrefecimento para testes de regressão. </li><li> Tome de visão lateral fotografias de combustíveis sólidos cortar e carga em ImageJ. Meça a regressão em locais streamwise através da conversão de pixels para cm com uma régua. Procedimento passo a passo para processar uma determinada imagem em ImageJ é listado abaixo. <ol><li> Abrir vista lateral fotografia da amostra de combustível sólido em ImageJ via Selecione Arquivo → Abrir imagem. </li><li> Abra a imagem de calibração (com régua) da amostra de combustível sólido em ImageJvia Selecione Arquivo → Abrir Calibração da imagem. </li><li> Empilhar até a imagem da amostra de combustível sólida imagem de calibração e. Vá em Image → Pilhas → Imagens de empilhar. </li><li> Definir escala de medição: Desenhar uma linha entre dois pontos de distância conhecida, como uma régua na fotografia. Ir para Analisar → Scale Set. Na janela Conjunto Escala do comprimento da linha, em pixels, será exibido. Digite a distância conhecida e unidades de medida nas caixas apropriadas e clique em OK. </li><li> Desenhar uma nova linha e confirmar que a escala de medição está correta. </li><li> distância entre dois pontos de medição no dado da fotografia da amostra: Desenhar uma linha entre dois pontos. A barra de status mostrará o ângulo (a partir da horizontal) eo comprimento. Analisar → Medida (ou Ctrl + M ou simplesmente digite M no teclado) transfere os valores para uma janela de dados. </li><li> Medir a regressão em cada local streamwise X através da medição da espessura da amostra esgotamento e subtraindo-o do initial espessura da amostra. </li></ol></li><li> Nota o intervalo de tempo durante o qual a superfície de combustíveis sólidos permanecem aproximadamente plana e usar-se para a temperatura de mapeamento, ou ajustamentos de posições termopar feitas para compensar a superfície de regressão. </li><li> Defina o intervalo de mapeamento de temperatura para capturar as medições durante o regime de queima constante, cerca de 150 seg para PMMA sólida e 400 seg para mechas encharcadas de líquidos. Defina o intervalo de mapeamento de temperatura com base no intervalo de tempo de queima constante de combustíveis líquidos e sólidos. Um tamanho de passo recomendado perto da superfície é 0,25 milímetros 4-6. </li><li> Alinhar um micro termopar cuidadosamente com a superfície do combustível utilizando um UniSlide XY. Colocar o termopar dada no centro da largura da amostra. </li><li> Mova o micro termopar atentamente a ponta do pavio de combustível usando o UniSlide XY. </li><li> Executar um programa de aquisição de dados em um computador e ler o algoritmo de varredura rede a partir de uma pasta no desktop. Nota: Uma vez que o experimento está em curso, a coleta de dados é automático, eo usuário só precisa supervisionar-lo para garantir que o experimento está indo como planejado. </li><li> Usando um programa de aquisição de dados em um computador, adquirir dados e escrevê-lo para um arquivo de medição. Nota, taxas de amostragem de 100 a 500 4-5 6 Hz foram utilizados em experiências anteriores. </li><li> Quando terminar, extinguir a chama. Desligue o controlador PWM e desligar a ficha do ventilador da tomada de energia de 3 fases 240 VAC. </li><li> Desligue o controlador de motor de passo. </li><li> Repita os passos de 4,12-4,18 para experimentos adicionais em condições de fluxo semelhantes ou diferentes com o mesmo termopar. Um mínimo de 5 testes devem ser repetidos para cada dada condição de escoamento (por exemplo, velocidade de fluxo forçado ou orientação vertical). </li><li> Repita os passos de 4,12-4,18 para um 75 um micro termopar. Travessia dois termopares (50 um e 75 um fio de diâmetro) ao longo do same caminho no centro da chama para correções de radiação precisas. termopares menores podem também ser utilizados, no entanto, muitas vezes a ruptura ocorreu por fios abaixo de 50 mm. </li></ol> Análise 5. Os dados <ol><li> Leia os dados processados ​​a partir do arquivo LVM em Matlab ou outro software analítico. </li><li> Calcular a média dos dados de temperatura em cada ponto do espaço a partir de testes diferentes. </li><li> Calcular uma correcção da radiação a partir dos dados de termopares em média em cada local streamwise, seguindo a correlação de Collis e Williams 10 descrito em detalhe abaixo. </li><li> Calcular medições de temperatura compensada pela adição de correção de radiação para os dados de temperatura crus. </li><li> Não dimensionalize os dados de temperatura e localização espacial. </li><li> Ajustar os dados de temperatura não-dimensionais na superfície do combustível com um ajuste polinomial de ordem superior apropriado usando um algoritmo de ajuste de curva em Matlab ou outro software dedicado. 4 a 6 pontos perto da superfícieforam encontrados para funcionar bem em estudos anteriores 4-6. </li><li> Calcular os gradientes de temperatura não-dimensionais normais na superfície do combustível a partir do declive da ordem de ajuste polinomial maior para a distribuição de temperatura adimensional na superfície do combustível (y = 0). </li><li> Calcular a taxa de queima de massa local do gradiente de temperatura correspondente organizações não-dimensional na superfície do combustível usando uma correlação teórico baseado na analogia Reynolds 4. </li><li> Calcular o fluxo de calor por convecção a partir do gradiente de temperatura na superfície do combustível 5-6. </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.

O objetivo deste estudo foi desenvolver uma nova metodologia para a estimativa das taxas de queima de massa locais para ambos os combustíveis líquidos e sólidos sob uma variedade de condições de fluxo de campo. O estudo considerou dois casos, a convecção natural chama de difusão camada limite e convecção de fronteira chamas de difusão camada forçados estabelecidos em diferentes condições de livre-fluxo, usando combustíveis líquidos e sólidos. As taxas de combustão locais medidos através de medições de termopares de arame fino sobre ambos os pavios encharcado de combustível líquido e mais de lajes maciças de PMMA foram encontrados para coincidir com outros meios de estimativa, designadamente medidas de regressão de combustível. Estes gradientes de temperatura perto da superfície do combustível foram determinados usando uma correlação com base na analogia de Reynolds 12-13 que, embora exigindo constante, a combustão laminar, funcionou muito bem para amostras de pequenas dimensões, em última análise, resultando em dados dentro de 15% de precisão de resultados médios e muito mais mais por measurem locaisentos 4-6. O factor de correlação para estas medições da taxa de perda de massa locais depende do número de transferência de massa do combustível Spalding representativa e outras propriedades termofísicas do combustível que pode ser calculada a priori. Os resultados sugerem que esta técnica pode ser útil para extrair estas quantidades e compreender a queima de combustíveis de pequena escala em maior detalhe no futuro. Outros estudos na literatura têm expandido o trabalho representativo aqui incorporando simulações numéricas 4 e experimentos em amostras orientadas na vertical, queima livre 4,5, e as amostras horizontalmente montado sob ventos ambiente 6. Por estas configurações, os componentes de fluxo de calor foram também determinados localmente sobre a superfície de combustível usando a mesma técnica de termopar de fio fino muito perto da superfície de combustível condensado. Embora os componentes de fluxo de calor foram medidos no passado através da utilização de manómetros incorporados, this técnica é minimamente invasiva e oferece medição direta do fluxo de calor convectivas, o que não foi possível antes. Um cuidado especial deve ser tomado durante as experiências na escolha de configurações e configuração do aparelho específicos. Nestas experiências, os termopares escolhida para o passo 3.2 saliente a partir de um pequeno tubo de cerâmica, mantendo a tensão sobre o fio e fazer a localização do termopar relativamente fixo. Usando um fio termopar suspensa ao longo de todo o tubo de chama sem um reduziria as eventuais perturbações do tubo de cerâmica, no entanto, faria localizar a localização específica do termopar muito mais variável como o fio tende a expandir-se com o aumento das temperaturas. Por vezes, as mudanças na configuração poderia induzir efeitos em toda a largura da amostra (por exemplo, inclinadas a amostra). Se a configuração é modificada a partir dos estudados no passado 4-6, em torno etapa 4.14 controlos ocasionais que o mea temperatura da chamasurements em toda a largura da amostra não mostram variação significativa deve ser feita (ou seja, um pressuposto 2-D ainda detém). Caso contrário, um sistema de mapeamento 3-D terão de ser implementadas. Os passos mais críticos durante a execução dos experimentos tem a ver com a preparação do combustível e uso adequado de termopares. Mesmo pequenos desvios no posicionamento dos termopares pode causar erros, portanto, é preciso ter cuidado ao posicionar o termopar em passos 3.2, 4.13 e 4.14. A mecha de combustível também deve ser colocada de modo que como uma superfície plana quanto possível, é mantida (passo 2.1) e todo o material de enchimento deve ser cozida de mechas (passo 2.1.1). O sistema de escape, ativada na etapa 4.1 também deve ser mantido o mínimo ou isolado quanto possível perto da experiência para ajudar a eliminar perturbações de fluxo. Isto deve ser verificado, garantindo uma pequena vela não é soprado em que o teste será realizado (sem vento). Defletores, telas, Uma instalação em separado ou testes em um grande espaço pode ser usado para fazer isso. No passo 4.2, o combustível sólido deve ser inflamado o mais uniformemente possível. Enquanto o maçarico não é a fonte mais ideal de fazer isso, as experiências não foram encontrados para ser sensível à fonte de ignição, em trabalhos anteriores 4-6. Sensibilidade para a fonte de ignição deve ser documentado durante as experiências, variando o tempo ou a intensidade da exposição e observando os resultados da velocidade de queima em massa constante. Se a sensibilidade é observado um painel radiante deve ser, alternativamente, usado para inflamar amostras. combustíveis sólidos, ou qualquer combustível que não tem um grande (&gt; 300 s) região constante queima como observado por taxas de perda de massa deve ter mapeamento de temperatura tomada durante uma curta região. Por exemplo, no passo 4.13 do mapeamento é recomendado para o PMMA de ser assumido o primeiro 150 seg, enquanto que o combustível é ainda relativamente plana e a superfície de regressão tem sido bem documentada. medições de regressão da superfície pode I utilizarmageJ ou outro software de imagem similar para medir pixels nas fotografias e converter em comprimento. Alternativamente, um micrómetro digital pode ser utilizado para medir a regressão da superfície da placa de sólido depois arrefece (notar a superfície de materiais de &quot;borbulhante&quot;, tal como PMMA deve ser lixado primeiro). A correlação da velocidade de combustão proposto é baseado em hipóteses laminares, no entanto, é a hipótese de que esta técnica deve seguir uma forma semelhante para a queima turbulenta de uma superfície de combustível, se bem que com uma relação funcional modificado que deve ser determinada experimentalmente. O trabalho aqui apresentado pode ser posteriormente alargado a turbulento combustão camada limite e interações associadas entre turbulência e liberação de calor em fase gasosa que dirigem o fluxo de calor incidente a superfície do combustível pode ser investigado. A teoria sobre a qual a correlação velocidade de queima é baseado também negligencia radiação. A teoria é simplista leading para a incerteza em suas capacidades de previsão em circunstâncias que não são abrangidos pelo presente trabalho. Por exemplo, a metodologia descrita pode não funcionar para altas chamas onde a deposição de fuligem o fluxo de calor para a superfície é em grande parte por radiação. Para grandes chamas parede turbulentos, em que o fluxo de calor por radiação à superfície de combustível condensada é alta, a queima de correlação taxa proposta pode ou não funcionar. Inclusão de efeitos de radiação na correlação proposta é, assim, a pesquisa desejável e ainda devem ser realizadas a fim de determinar esta relação funcional. Esta área exige melhorias no modelo se os métodos de previsão confiantes devem ser atingidos por tais chamas.

Enquanto avanços críticas têm sido feitas na área de pesquisa de segurança contra incêndio ao longo do século passado, prevendo taxas de propagação das chamas continua a ser um desafio para muitos materiais em diversas configurações. A propagação das chamas, muitas vezes prossegue em ambos os ambientes construídos ou naturais como uma série de ignições de novos elementos, emanadas de uma fonte inicial de ignição. O conhecimento das características de combustão de materiais de queima individuais é fundamental, a fim de prever essas taxas de propagação das chamas, porque este contribui para taxas de aquecimento para elementos unignited. A taxa de libertação de calor (FCR) de um elemento de combustível Por conseguinte, foi citado como a quantidade mais fundamental na pesquisa de fogo 1, sendo aproximadamente igual à velocidade de combustão (perda de massa) do combustível de fase condensada, ou seja, a taxa de evaporação de uma taxa de combustível ou pirólise líquida de um combustível sólido. A velocidade de combustão pode ser pensado como uma medida da inflamabilidade de um material e é um parâmetro crítico na análise de risco de incêndio e a concepção de sistemas de extinção de incêndios. A perda local de massa (ou queima) taxa, M &quot;f, de uma parede vertical é, em particular, uma variável importante em muitos problemas relacionados com o fogo, tais como a propagação das chamas em uma parede, o crescimento fogo, e as taxas de libertação de energia dentro um fogo gabinete, e a propagação de fumos e gases quentes plumas Para previsão de propagação das chamas para cima em uma parede vertical, a altura da chama deve ser calculado, o que depende da taxa de libertação de energia total;. que, por sua vez, é diretamente influenciada pela a taxa de perda de massa local integrado em toda a área pirólise da parede 2-3. Enquanto o conhecimento destas taxas de perda de massa integrados são relativamente bem conhecidos, o conhecimento das taxas de queima de massa em locais incrementais ao longo de uma superfície de combustível não são bem conhecidos porque as técnicas experimentais para medir essas taxas são extremamente limitados. Uma técnica que fornece esta taxa de queima de massa &quot;local&quot;informação poderia proporcionar uma maior visão para a queima de combustíveis condensado, permitindo aos pesquisadores entender melhor os mecanismos que distinguem diferentes combustíveis ou configurações de um outro. Como a maioria dos materiais são em primeiro lugar avaliadas no pequena escala (por exemplo, num calorímetro de cone 1), um primeiro passo lógico é proporcionar uma técnica para medir as taxas de queima em massa local, em pequenas chamas de difusão laminar sobre superfícies de combustível condensadas. O trabalho aqui apresentado discute a metodologia experimental e protocolos para a realização de experimentos em chamas laminares estáveis ​​estabelecidas sobre superfícies combustíveis condensadas. Estimativa de gradientes de temperatura locais usando micro termopares é uma técnica particularmente útil para a estimativa das taxas de queima de massa locais e fluxos de calor nestas chamas 4-6. Uma análise dos dados da literatura mostra a dificuldade de determinar de transferência de calor, combustão e de fricção coeficientes locais no condensuperfície de combustível sed, que são importantes para compreender a física e os mecanismos subjacentes que impulsionam um incêndio em particular e sua propagação 4-6. Componentes de fluxos de calor, que permaneceram talvez o elemento fogo mais bem medidos em locais locais sobre uma superfície de combustível, têm-se revelado difícil de medir. Efeitos como a variabilidade de combustíveis, escalabilidade fluxo de calor, dificuldade de alcançar o estado de equilíbrio e as diferentes tecnologias de calibre de fluxo de calor têm contribuído para uma vez dispersão dos dados disponíveis na literatura 4. Medidas de gradientes de temperatura locais com alta precisão vai ajudar a aliviar esta variabilidade e também fornecer correlações de transferência de calor que poderiam ser usados ​​para a validação numérica de fogos de parede laminar, um problema de pesquisa fogo canônico. Tais experiências também são úteis em explorar a relação dinâmica entre a combustíveis chamas superfície de combustível condensado e gás de fase em laminar e camada limite turbulentas. Métodos para a captura com precisão estes gradientes de temperatura de uma forma precisa e repetível são descritos abaixo.

<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

Modelando o comportamento ao fogo realista de combustíveis de fase condensada manteve-se fora do alcance, em parte devido a uma incapacidade para resolver as complexas interações que ocorrem na interface entre chamas em fase gasosa e combustíveis de fase condensada. A pesquisa atual fornece uma técnica para explorar a relação dinâmica entre a combustíveis chamas superfície de combustível condensado e gás de fase na camada limite laminar. Experimentos têm sido realizados em ambos os ambientes de convecção forçada e livres sobre ambos os combustíveis sólidos e líquidos. Uma metodologia única, com base na analogia de Reynolds, foi utilizada para estimar as taxas de queima em massa local e fluxos de calor da chama para estas limite laminar chamas de difusão camada utilizando gradientes de temperatura locais na superfície do combustível. As taxas de combustão de massa locais e feedback de calor por convecção e radiação das chamas foram medidos em ambas as regiões de pirólise e pluma, utilizando gradientes de temperatura mapeados perto da parede por um traver de dois eixosSE sistema. Estas experiências são demorados e pode ser um desafio para projetar como a superfície de combustível condensada queima de forma constante por apenas um período limitado de tempo após a ignição. Os perfis de temperatura perto da superfície do combustível precisam ser mapeados durante a queima constante de uma superfície de combustível condensada a uma resolução espacial muito elevada, a fim de capturar as estimativas razoáveis ​​de gradientes de temperatura locais. correções cuidadosas para perdas de calor por radiação dos termopares são também essenciais para medições precisas. Por estas razões, toda a montagem experimental precisa ser automatizada com um mecanismo de avanço controlado por computador, eliminando a maioria dos erros devido ao posicionamento de um micro-termopar. Um esboço de passos para capturar reproducibly gradientes de temperatura próxima da parede e usá-los para avaliar as taxas de queima e fluxos de calor local é fornecido.

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Experimental Methodology for Estimation of Local Heat Fluxes and Burning Rates in Steady Laminar Boundary Layer Diffusion Flames

We describe the use of micro-thermocouples to estimate local temperature gradients in steady laminar boundary layer diffusion flames. By extension of the Reynolds Analogy, local temperature gradients can be further used to estimate the local mass burning rates and heat fluxes in such flames with high accuracy.

Metodologia experimental para Estimativa do local fluxos de calor e queima Tarifas em estacionário limite laminar Chamas camada de difusão

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 visualizações.  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. 

Vídeo: 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.

Especiação e biodisponibilidade Medidas de plutônio ambiental utilizando Difusão em Filmes Finos

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 ...

Engenharia

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.

Emissão espectroscópica Boundary Investigation Camada durante ablativo Teste de material em 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.

Medição da Outgassing Preços de aços

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.

Procedimento Experimental para a fiação quente do elenco componentes de alumínio

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.

Implementação experimental de um novo método de fabricação de compósitos: expondo desencapadas fibras na superfície composta pelo método suave camada

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.

Projeto e metodologia de caracterização para filtros de MEMS sintonizável eficiente gama

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.

Medições das ondas num tanque de ondas vento sob vento constante e variáveis no tempo forçando

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.

Determinação de excitação e taxas entre emissores de luz e Polaritons de Plasmon de superfície de acoplamento

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.

Fabricação de pressão atmosférica de grande porte camada única retangular SnSe flocos

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.

A difusão dos marcadores passivos em fluxo Laminar da tesoura

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 ...