The possibilities of using optical properties measurement methods for TBC research

The main task of the thermal barrier coatings (TBC) is to protect the base material from the effects of high temperatures and thermal shocks. Heat transfer through the multilayered structure of TBC is performed by conduction and radiation. It is important to know not only the thermal conductivity and specific heat capacity of individual materials, but also the reflectivity, transmissivity and emissivity of the individual layers and the entire structure of TBC. Please click Additional Files below to see the full abstract

The utilization of laser thermal testing with thermographic measurement for TBC lifetime performance evaluation

Please click Additional Files below to see the full abstract. Please click Download on the upper right corner to see the presentation

Gender markers of nouns denoting animals in contemporary English

This diploma thesis deals with gender markers of nouns denoting animals in contemporary English. The differences will be researched in technical texts published in both the online and print versions of scientific magazines. The work is divided into two main parts. The theoretical part will describe predominantly grammatical categories of nouns (number, countability, determination, gender, case) connected with gender issues. The first half of the practical part concentrates primarily on observation of animal names, collectives, or their forms in singular and plural. The second half is engaged exclusively in singular pronouns as they able to distinguish masculine, feminine and neutral gender in animals

Uncertainty determination in high-temperature spectral emissivity measurement method of coatings

Článek představuje analýzu nejistoty nové laboratorní metody pro měření spektrální emisivity povlaků na vysoké teplotě. Tyto povlaky jsou určeny ke zvýšení přenosu teplota v různých průmyslových aplikacích. Experimentální uspořádání metody je krátce představeno. Metoda je inovativní v použití laserového ohřevu v kombinaci se skenovací hlavou a v měření povrchové teploty povlaků použitím infračervené kamery v kombinaci s referenčním povlakem. Popsány jsou metody pro vyhodnocení celkové a dílčí nejistoty. Nejistota je vždy vztažena k analyzovanému povlaku. Povlak DupliColor 800°C (MOTIP Dupli s.r.o) je použit jako příklad k představení výsledků. Nejistota je mimo pásma pohltivosti atmosféry menší než 4% s koeficientem rozšíření k = 2. Spektrální a teplotní závislosti nejistoty jsou analyzovány. Diskutovány jsou příspěvky jednotlivých zdrojů nejistoty jako je měřený signál vzorku, měřený signál černého tělesa, povrchová teplota vzorku, teplota laboratorního černého tělesa, teplota okolí, efektivní emisivita černého tělesa a emisivita okolí a jejich dílčí složky.The paper deals with uncertainty analyses of the new laboratory method for the measurement of spectral emissivity of high-temperature coatings. These coatings are intended to increase heat transfer in various industrial applications. The experimental set-up of the method is shortly introduced. The method is innovative in the application of scanning laser heating and in the coating surface temperature measurement using an infrared camera with a reference coating. Methods for total and partial uncertainty evaluation are described. As the uncertainty is always related to individual sample being measured, the DupliColor 800°C paint (MOTIP Dupli Ltd.) is used as an example to introduce the results. Except the absorption bands the uncertainty is below 4 % with coverage factor k = 2. Uncertainty spectral and temperature dependences are analyzed. Contribution of individual uncertainty sources as measured sample signal, measured laboratory blackbody signal, sample surface temperature, laboratory blackbody temperature, surroundings temperature, blackbody effective emissivity and surroundings emissivity and their sub-components are discussed

Comparison of Methods for Emissivity Influence Suppression on Thermographic Data

Emissivity is a crucial parameter for a quantitative thermography measurement. It influences measured temperature using an infrared camera. Typically, the emissivity is handled by infrared camera software but often for more complex tasks—e.g., setting and controlling the emissivity of individual pixels—a custom-made solution must be created. This can be especially beneficial for active thermography measurement and dynamic building inspection by infrared thermography as many surfaces of interest with different emissivity occur in thermographic data. In literature, one technique for suppressing emissivity occurs most often—the technique used by infrared camera manufacturers. Nonetheless, two other techniques are marginally mentioned. The most complex technique is the one used by infrared camera manufacturers, which allows many parameters to be set, but it is difficult to incorporate it into own solution. In contrast, the second one can be adapted easily, and it uses the relationship between emissivity and the fourth power of temperatures. The third one is a scarcely used technique that occurs for some active thermography measurements, in which a thermographic sequence in counts is divided by a frame when temperature equilibrium is reached. The main goal of this article is to compare these individual techniques from the point of view of the accuracy and possibility of use. The experiment showed that all three methods can be successfully used for the suppression of emissivity influence

Analýza infračerveného záření s krátkou vlnovou délkou při laserovém svařování plastů

V tomto článku je prezentován nový měřicí systém a nový přístup k výpočtu pro zkoumání infračerveného (IR) záření v kvazi-simultánním propustném laserovém svařování plastů. Měřící systém je založen na MW/SWIR (středně vlnné/krátkovlnné infračervené) kameře a optických filtrech pro zúžení spektrální oblasti na SWIR. Naměřené signály obsahují záření z roztavené zóny mezi polopropustným a absorbujícím polymerem, stejně jako záření z povrchu a vnitřku polopropustného polymeru. Nový přístup výpočtu byl vyvinut pro rozlišení těchto signálů. Je založen na zjednodušení procesu na dvě místa se dvěma teplotami (povrch a roztavené rozhraní) a znalosti spektrálních optických vlastností materiálu, filtrů a odezvy kamery. Výsledky měření a výpočtů pro tři různé optické filtry a vzorky polyoxymethylenu (POM) se dvěma tloušťkami jsou uvedeny a diskutovány. Dobrá shoda je dosažena pro výpočtovou variantu za použití normálové propustnosti polopropustného polymeru.In this article, a new measurement system and a new approach in calculation for infrared (IR) radiation investigation in quasi-simultaneous transmission laser welding of plastics are presented. The measurement system is based on a MW/SWIR (medium-wave/short-wave infrared) camera and optical filters narrowing the spectral region to SWIR. The measured signals contain radiation from the melted zone in between the semitransparent and absorbing polymers, as well as radiation from the surface and interior of the semitransparent polymer. The new calculation approach was developed to distinguish between these signals. It is based on simplification of the process to two places with two temperatures (surface and molten interface) and knowledge of the spectral optical properties of the material, filters and camera response. The results of measurement and calculation for three different optical filters and polyoxymethylene (POM) samples with two thicknesses are shown and discussed. Good agreement is obtained for the calculation variant using normal transmissivity of the semitransparent polymer

Vliv úhlu nástřiku na mikrostrukturu a životnost suspenzních plazmově stříkaných povlakových tepelných bariér

Tepelné povlakové bariéry (TBC) jsou široce používány v motorech plynových turbín pro výrobu energie. V posledních letech byla zavedena aplikace TBC v automobilovém průmyslu ke zlepšení účinnosti motoru. Nízká tepelná vodivost a vysoká životnost jsou požadované vlastnosti povlaku jak pro motory s plynovou turbínou, tak pro automobily. Suspenzní plazmové nástřiky (SPS) umožňují sloupcovou mikrostrukturu, která kombinuje obě vlastnosti. Může však být náročné nanést jednotnou sloupcovou mikrostrukturu na komplexní geometrii, jako je součást plynové turbíny nebo hlava pístu, a dosáhnout podobných vlastností povlaku na všech površích. Cílem této práce bylo prozkoumat vliv úhlu nástřiku na mikrostrukturu a životnost TBC produkovaných SPS. Za tímto účelem byly SPS TBC naneseny na vzorky s použitím různých úhlů nástřiku. Mikrostruktury povlaků byly analyzovány obrazovou analýzou na tloušťku, poréznost a hustotu sloupce. U každého TBC byly hodnoceny tepelné a optické vlastnosti. U všech zkoumaných TBC byly provedeny testy životnosti, speciálně navržené pro tyto dvě aplikace. Výsledky životnosti byly analyzovány s ohledem na mikrostrukturu TBC a tepelné a optické vlastnosti. Toto zkoumání ukázalo, že existuje limit úhlu nástřiku, který dosahuje nejlepšího kompromisu mezi mikrostrukturou TBC, tepelnými vlastnostmi, optickými vlastnostmi a životností.Thermal barrier coatings (TBCs) are widely utilized in gas turbine engines for power generation. In recent years, the application of TBCs in automotive has been introduced to improve engine efficiency. Low thermal conductivity and high durability are desired coating properties for both gas turbine engines and automotive. Also, suspension plasma spraying (SPS) permits a columnar microstructure that combines both properties. However, it can be challenging to deposit a uniform columnar microstructure on a complex geometry, such as a gas turbine component or piston head, and achieve similar coating characteristics on all surfaces. This work’s objective was to investigate the influence of spray angle on the microstructure and lifetime of TBCs produced by SPS. For this purpose, SPS TBCs were deposited on specimens using different spray angles. The microstructures of the coatings were analyzed by image analysis for thickness, porosity, and column density. Thermal and optical properties were evaluated on each TBC. Lifetime tests, specifically designed for the two applications, were performed on all investigated TBCs. The lifetime results were analyzed with respect to the TBC microstructure and thermal and optical properties. This investigation showed that there is a limit to the spray angle that achieves the best compromise between TBC microstructure, thermal properties, optical properties, and lifetime

Tepelné chování sklovitých keramických povlaků získaných elektroforetickou depozicí

V této studii jsou představeny tři různé sklovité keramické povlaky, jejichž účelem je zlepšení přenosu radiačního tepla a tím zvýšení tepelné účinnosti topných těles nebo pecí pracujících při vysokých teplotách. Sklovité keramické povlaky byly vyrobeny pomocí elektroforetické depozice (EPD) keramických suspenzí. Tyto keramické formule byly navrženy na základě složek, které zvyšují emisivitu, jako je Si02 a černé barvivo (na bázi oxidů chrómu, mědi a železa), přidáno 25 hmot. % . Hodnoty emisivity těchto povlaků se pohybovaly kolem 0,89 při pokojové teplotě a kolem 0,82 při 550°C ve středním infračerveném (MIR) spektrálním rozsahu, s malými rozdíly mezi nimi. Přídání složek SiO2 a černého barviva poskytuje důležitý ochranný účinek na tepelnou stabilitu povlaků, jak bylo prokázáno dlouhodobou stabilitou pohltivosti, vyšší než 85% v blízkém infračerveném (NIR) spektrálním rozsahu. Tyto výsledky byly rovněž podpořeny mikrostrukturální charakterizací, testem přilnavosti substrátových povlaků a testy tepelné stability.In this study, three different vitreous ceramic coatings have been designed to improve radiation heat transfer and thereby increase the thermal efficiency of fired heaters or furnaces working at high temperatures. The vitreous ceramic coatings were produced through Electrophoretic Deposition technique (EPD) of ceramic suspensions. These ceramic formulations were designed based on components which increase emissivity, such as SiO2 and a Black dye (based on chromium, copper and iron oxides), added in 25 wt%. These coatings showed emissivity values around 0.89 at roomtemperature and around 0.82 at 550 °C in the middle infrared (MIR) spectral range, with slight differences between them. The SiO2 and Black dye additions provide an important protective effect on the coatings’ thermal stability as it was proved by the absorbance level at long times, higher than 85% in the near infrared (NIR) spectral range. These results were also supported by microstructural characterisation, substrate-coatings adhesion strength and thermal stability tests

Vliv emisivity žáruvzdorné stěny na energetickou účinnost plynové parní krakovací jednotky

Účinek vysoceemisivních povlaků na radiační přenos tepla v parních krakovacích pecích není zdaleka znám. Chybí experimentální data popisující emisivní vlastnosti materiálů, které se používají v parních krakovacích pecích. Z tohoto důvodu se provádí měření spektrální normálové emisivity na zvýšených teplotách, přičemž se hodnotí emisivní vlastnosti žáruvzdorných šamotových cihel před a po depozici vysoceemisivního povlaku. Po nanesení povlaku s vysokou emisivitou na základní šamotový materiál se výrazně zvýší jeho emisivita. Provedené experimenty s parní krakovací jednotkou ukazují 5% snížení rychlosti spalování topného plynu po nanesení vysoceemisivního povlaku na žáruvzdorný materiál krakovací komory. Parametrické studie zabývající se účinkem emisivních vlastností reaktorové cívky a stěny pece na radiační přenos tepla ve spalovací komoře potvrzují, že pro přesné modelování chování povlaků s vysokou emisivitou je vyžadován jiný model než model šedého plynu. Přestože model šedého plynu postačuje k zachycení chování chladiče reaktorové cívky, je nezbytný jiný, nešedý model, který zobecňuje absorpci a opětovné vyzařování plynu ve spcifických spektrálních pásmech, aby mohl přesně zachytit výhody využití vysoceemisivního povlaku na stěně pece.The effect of high emissivity coatings on the radiative heat transfer in steam cracking furnaces is far from understood. To start, there is a lack of experimental data describing the emissive properties of the materials encountered in steam cracking furnaces. Therefore, spectral normal emissivity measurements are carried out, evaluating the emissive properties of refractory firebricks before and after applying a high emissivity coating at elevated temperatures. The emissive properties are enhanced significantly after applying a high emissivity coating. Pilot unit steam cracking experiments show a 5 % reduction in fuel gas firing rate after applying a high emissivity coating on the refractory of the cracking cells. A parametric study, showing the effect of reactor coil and furnace wall emissive properties on the radiative heat transfer inside a tube-in-box geometry, confirms that a non-gray gas model is required to accurately model the behavior of high emissivity coatings. Even though a gray gas model suffices to capture the heat sink behavior of a reactor coil, a non-gray gas model that is able to account for the absorption and re-emission in specific bands is necessary to accurately model the benefits of applying a high emissivity coating on the furnace wall