Конусный калориметр

Конусный калориметр — это прибор, используемый для изучения поведения горения в небольших образцах материалов конденсированной фазы . Он широко используется в области пожарной безопасности и калориметрии потребления кислорода . ^{[ 1 ]}

Прибор собирает данные о времени воспламенения, потере массы, продуктах сгорания , скорости тепловыделения и других параметрах, связанных со свойствами горения образца. Измерение скорости тепловыделения основано на принципе Хаггетта. ^{[ 2 ]} что общая теплота сгорания любого органического материала напрямую связана с количеством кислорода, необходимого для сгорания. Его название происходит от конической формы лучистого нагревателя, встроенного в прибор, который может создавать почти равномерный тепловой поток по поверхности исследуемого образца. ^{[ 3 ]}

Разработка

В 1960-х годах исследователи из Национального института стандартов и технологий (NIST) определили, что выделение тепла при пожаре напрямую связано со скоростью распространения пожара и, таким образом, является основным фактором риска пожара для жизни и имущества. Однако предыдущие устройства, используемые для измерения тепловыделения, обычно оценивали тепловыделение при пожаре путем измерения повышения температуры окружающего воздуха, проходящего мимо горящего материала, и эти измерения тепловыделения часто были неточными, поэтому требовалось более надежное устройство. ^{[ 4 ]}

В 1960-х и 1970-х годах исследовательские усилия разработали более точный метод оценки тепловыделения. В 1977 году Уильям Паркер опубликовал исследование, которое показало, что выделение тепла во время сгорания примерно постоянно на единицу потребляемого кислорода для различных видов топлива. Измеряя количество кислорода, потребляемого при горении, можно было оценить тепловыделение при пожаре; этот метод теперь называется калориметрией потребления кислорода. ^{[ 5 ]} Это открытие стало повторным открытием метода, впервые описанного в 1917 году У.М. Торнстоном, чьи исследования аналогичным образом показали, что при сгорании органических жидкостей и газов на единицу массы потребляемого кислорода выделяется постоянное количество тепла. ^{[ 6 ]} Позже Клейтон Хаггетт в своей статье 1980 года представил строгое доказательство своей концепции, предположив, что калориметрия потребления кислорода является значительно более точным методом оценки тепловыделения, чем предыдущие методы. ^{[ 2 ]}

После разработки калориметрии потребления кислорода в 1982 году Витенис Баббраускас и его коллеги из Центра исследований пожаров построили первый конусный калориметр. ^{[ 7 ]} Конусный калориметр быстро стал важным инструментом для современных испытаний на пожаробезопасность и был официально признан в 1988 году наградой R&D 100 Award. ^{[ 8 ]} Конусный калориметр сегодня используется как в нормативных, так и в исследовательских целях. ^{[ 3 ]}

Использовать

Конусный калориметр используется в нескольких стандартных моделях для оценки различных аспектов горючих материалов. Поскольку прибор представляет собой прибор уменьшенного размера, размер прибора обычно ограничивает размер образцов менее 100 мм. ². ^{[ 1 ]} По сравнению с предыдущими устройствами, используемыми в калориметрии , конусный калориметр дает более надежные данные, но его необходимо масштабировать, чтобы отразить фактические соображения пожарной безопасности. ^{[ 4 ]}

Прибор используется путем помещения небольшого образца в алюминиевую фольгу , шерсть и фиксирующую рамку, которая воспламеняется под вытяжным колпаком . Между ними размещается конический нагреватель, обеспечивающий возгорание материалов. конической формы Нагревательный элемент из инконеля обеспечивает контролируемый лучистый поток на образец, превращая электричество в тепло, как в электрическом тостере или духовке. Воспламеняемость образца можно охарактеризовать как функцию теплового потока на образец. Конический нагреватель открыт в центре, позволяя продуктам сгорания течь вверх в выхлопной канал. Сажу можно собрать в нижней части рамы для гравиметрического анализа .

Вентиляция также является очень важной частью устройства, как и электропитание для работы конического нагревателя. Небольшой запас воды необходим для охлаждения и регулирования тепла в системе устройства. Поскольку температура и давление оцениваются , в выхлопной трубе необходимы два разных измерительных инструмента. С помощью этого устройства также собираются пробы газа, измерения дыма и сбор сажи.

См. также

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Твилли, Уильям Х. (1988). «Руководство пользователя конусного калориметра» . Технический отчет NASA Sti/Recon N. 89 : 22086. Бибкод : 1988STIN...8922086T .
^ Jump up to: ^а ^б Хаггет, К. (1980). «Оценка скорости тепловыделения путем измерения потребления кислорода». Огонь и материалы . 4 (2): 61–65. CiteSeerX 10.1.1.208.8855 . дои : 10.1002/fam.810040202 .
^ Jump up to: ^а ^б Бейлер, Крейг (14 января 2017 г.). «Колориметрия потребления кислорода, Уильям Паркер: Премия ДиНенно 2016» . Обзоры пожарной науки . 61 (1). дои : 10.1186/s40038-016-0016-z . Материал был скопирован из этого источника, который доступен по международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0 .
^ Jump up to: ^а ^б Лиде, Дэвид Р. (2001). Столетие передового опыта в измерениях, стандартах и технологиях 1901–2000 гг. (Отчет). Гейтерсбург, Мэриленд: Национальный институт стандартов и технологий. стр. 280–282. дои : 10.6028/nist.sp.958 .
^ Паркер, WJ (1977). Исследование пожарной обстановки при испытаниях в туннеле ASTM E 84 (Отчет). Гейтерсбург, Мэриленд: Национальное бюро стандартов. дои : 10.6028/nbs.tn.945 .
^ Торнтон, WM (1917). «Отношение кислорода к теплоте сгорания органических соединений» . Лондонский, Эдинбургский и Дублинский философский журнал и научный журнал . 33 (194): 196–203. дои : 10.1080/14786440208635627 .
^ Бабраускас, Витенис; Лоусон, Дж. Рэндалл; Уолтон, штат Вашингтон; Твилли, Уильям Х (1982). Скорость тепловыделения мягкой мебели, измеренная мебельным калориметром (Отчет). Гейтерсбург, Мэриленд: Национальное бюро стандартов. дои : 10.6028/nbs.ir.82-2604 .
^ «С выходом на пенсию, конусный калориметр!» . НИСТ . 2022-03-31.

Внешние ссылки

[:0-1] Jump up to: ^а ^б Твилли, Уильям Х. (1988). «Руководство пользователя конусного калориметра» . Технический отчет NASA Sti/Recon N. 89 : 22086. Бибкод : 1988STIN...8922086T .

[Chambers-2] Jump up to: ^а ^б Хаггет, К. (1980). «Оценка скорости тепловыделения путем измерения потребления кислорода». Огонь и материалы . 4 (2): 61–65. CiteSeerX 10.1.1.208.8855 . дои : 10.1002/fam.810040202 .

[Beyler_2017-3] Jump up to: ^а ^б Бейлер, Крейг (14 января 2017 г.). «Колориметрия потребления кислорода, Уильям Паркер: Премия ДиНенно 2016» . Обзоры пожарной науки . 61 (1). дои : 10.1186/s40038-016-0016-z . Материал был скопирован из этого источника, который доступен по международной лицензии Creative Commons Attribution 4.0 .

[:1-4] Jump up to: ^а ^б Лиде, Дэвид Р. (2001). Столетие передового опыта в измерениях, стандартах и технологиях 1901–2000 гг. (Отчет). Гейтерсбург, Мэриленд: Национальный институт стандартов и технологий. стр. 280–282. дои : 10.6028/nist.sp.958 .

[5] Паркер, WJ (1977). Исследование пожарной обстановки при испытаниях в туннеле ASTM E 84 (Отчет). Гейтерсбург, Мэриленд: Национальное бюро стандартов. дои : 10.6028/nbs.tn.945 .

[6] Торнтон, WM (1917). «Отношение кислорода к теплоте сгорания органических соединений» . Лондонский, Эдинбургский и Дублинский философский журнал и научный журнал . 33 (194): 196–203. дои : 10.1080/14786440208635627 .

[7] Бабраускас, Витенис; Лоусон, Дж. Рэндалл; Уолтон, штат Вашингтон; Твилли, Уильям Х (1982). Скорость тепловыделения мягкой мебели, измеренная мебельным калориметром (Отчет). Гейтерсбург, Мэриленд: Национальное бюро стандартов. дои : 10.6028/nbs.ir.82-2604 .

[8] «С выходом на пенсию, конусный калориметр!» . НИСТ . 2022-03-31.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]