מאמר שיטה

מנהרת רוח ניסויים ללמוד שפרל הכתר שריפות

DOI:

10.3791/56591

⸱

14 בנובמבר 2017

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Mechanical Engineering, University of California, Riverside, 2Pacific Southwest Research Station, USDA Forest Service

במאמר זה

סיכום

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

פרוטוקול זה מתאר מנהרת רוח ניסויים שנועדו ללמוד את המעבר של אש מעל פני האדמה החופה של שפרל שיחים.

תקציר

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

בפרוטוקול הנוכחי מציג טכניקה מעבדה שנועדה ללמוד שפרל הכתר באש הצתה וכפולה. הניסויים נערכו מהירות נמוכה אש מנהרת איפה נבנו שתי שכבות נפרדות של דלק כדי לייצג דלקים משטח והכתר ב שפרל. Chamise, שיח שפרל נפוצות, מורכבת השכבה הכתר בשידור חי. שכבת פני השטח של דלק מת נבנה עם אקסלסיור (עץ גרוסים). פיתחנו מתודולוגיה כדי למדוד את אובדן מסת, טמפרטורה, להבה גובה עבור שתי שכבות דלק. צמדים תרמיים להציב אותם בכל טמפרטורה שכבה מוערך. מצלמת וידאו שנתפסו על להבה גלויה. שלאחר עיבוד של הדמיה דיגיטלית הניב להבה מאפיינים כולל הטיה גובה ולהבה. מכשיר אובדן מסת הכתר מותאם אישית שפותחו למדוד את האבולוציה של המסה של השכבה הכתר במהלך הכוויה. אובדן מסת ומגמות טמפרטורה השיג בעזרת הטכניקה התאימה התאוריה ומחקרים אמפיריים נוספים. במחקר זה, אנו מציגים הליכים ניסיוני מפורטים ומידע אודות המכשור המשמש. תוצאות מייצג שיעור אובדן מסת הדלק ואת הטמפרטורה להגיש בתוך המיטה דלק כללו גם ודן.

מבוא

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

בשנת 2016, מדינת קליפורניה חוו בסך של שריפות wildland 6,986, לצרוך דונם 564,8351, תמחיר מיליוני דולרים נזק, ולסכן את הבריאות של מאות אנשים. בגלל האקלים הים תיכוני אזורי, מקור הדלק העיקרי עבור השריפות הם שפרל צמחייה קהילות2. האש התפשטה ב שפרל יכול להיחשב אש הכתר מאז הדלק הראשי הבוערת הוא מוגבה3. שיתוף קיים עם השכבה הכתר בעיקר בשידור חי, היא שכבה דלק משטח מת, אשר מורכב של השחקנים העלים, סניפים, צמחים עשבוניים, אשר גדלים מתחת, בין השיחים בודדים. אש תיזום ביתר קלות בשכבה דלק שטח מת. לאחר השריפה משטח יידלק, שינוי מיגדרי האש על השכבה כתר שבו האנרגיה שפורסמו על ידי האש גדל באופן דרמטי. בזמן שריפות שפרל יש בדרך כלל היה הדגם כאש בהפצת דלקים משטח עמוק4, היה מוגבל חקר שריפות שפרל כמו הכתר שריפות.

כתר המאפיינים אצל שפרל, לרבות צורת החלקיקים העלווה, נבדלים boreal מחטניים יער, שבו אירעה רוב המחקר. מחקרים בקנה מידה רבים של מעבדה ושדה חקרו היבטים שונים של שריפת יער הדינמיקה6,5,7,3,8,9,10 11, ,12. בגדר שמוכר, מספר מחקרים בחנו את השפעת פרמטרים כגון רוח ואש דלק מאפיינים על הכתר שפרל התנהגות. לוזאנו7 בדק מאפייני הכתר אש חניכה בנוכחות שתי מיטות דלק דיסקרטית של הכתר. ב. Tachajapong et al. 3, משטח דיסקרטית ושכבות הכתר נשרפו בתוך מנהרת, האש משטח התאפיינה. רק כתר אש חניכה תוארה באופן מלא עוזב ניתוח מלא של התפשטות לעבודה עתידית. Li. et al. 11 דיווחו על התפשטות של להבה למרות שיחים שפרל יחיד. הקשורות בעבודה, קרוז. et al. 10 , 9 פיתח מודל לחזות את ההצתה של עלים מחטניים מעל פני שטח אש מתפשטת. מאפייני הכוויה של דלקים שפרל נחקרו במחקרים ניסיוני של דלקים בצובר, אדם יוצא13,14,15,16. Dupuy. et al. 13 למד המאפיינים הבוער של מחטי אורן pinaster אקסלסיור על ידי שריפת שהדלקים בסלים גלילי. הם נצפו זה דלקים אלה, גובה הלהבה היה קשור קצב שחרור חום באמצעות חוק שתי חמישיות כוח כפי שדווח בעבר ספרות17,18. שמש ואח 14 שרפת דלקים שפרל בסלים גליליים דומים כדי לנתח את מאפייני שריפת דלקים שפרל שלוש: chamise (Adenostoma fasciculatum), ceanothus (Ceanothus crassifolius), manzanita ( Arctostaphylos glandulosa).

מוטיבציה מאת תוצאות המחקרים הנ ל מעבדה, שהמטרה שלנו כאן היא להציג מתודולוגיה לאפיין התפשטות בשכבות הכתר השטח והן שיח. יתר על כן, אנו שואפים להבהיר כמה מן המאפיינים המרכזיים המכתיבים את מידת האינטראקציה שכבת פני השטח-כתר. למטרה זו, פיתחנו מתודולוגיה מעבדה ניסויית ללמוד את המעבר אנכי של אש בוערת ב דלק משטח wildland כדי אש מתפשטת בדלק שיח מוגברות. אלו סוגים של שריפות, תרגום של האש לכתר שיח, המכונה הכותרת, שעשוי להיות מלווה התפשטות מתמשכת בתנאים הנכונים. באופן כללי, שפרל אש התנהגות מוכתב על-ידי טופוגרפיה, מזג אוויר, דלק19. הוכח, כי רוח משפיע על קצב שחרור אנרגיה8,203,5,דלקים.

האש התפשטה בדלקים נקבובי ניתן להציג כסידרה של מעברים או ספי חייב להיות שחצה כדי להיות מוצלחת21. אנרגטית, חלקיק דלק יידלק אם כמות החום שקיבל תוצאות תערובת של גזים כי מגיבים בהצלחה עם חמצן. הלהבה וכתוצאה מכך מתפשט אם החום של החלקיק בוער מלהיב של חלקיקים דלק הסמוכה. האש משתרעת על פני האדמה, אם הוא מסוגל לחצות את הפערים בין מכלי דלק דליקים. אם הלהבה של האש משטח יכול להפיץ אנכית אל הכתר של שיחים ועצים, שינוי משמעותי בהתנהגות אש, לרבות שיעורי שחרור חום מוגברת, נצפית לעיתים קרובות עקב זמינות גדולה יותר של דלק. אנרגיה תרמית דינמיקה wildland שריפות להקיף מספר סולמות, בקנה מידה גדול מאוד, כגון מגה-שריפות אשר לעיתים קרובות דורשים climatological מידול, הקטן לטפס דרישת סולם כימית קינטית דוגמנות. כאן, אנו מתמודדים עם מעבדה מנהרת רוח בקנה מידה להתנהגות מידול; ללימודים בעירה תאית כימית סולם, הקורא נקרא יצירות סאליבן. et al. 22

מאז 2001, אנחנו הרחבנו את מגוון ניסויים לבחון חלק מעבדה סולם אנרגיה ספי23,8,24,25,26, 27, עם דגש על דלקים בשידור חי המשויך שפרל. ואילו בחוץ מדידות של אש עשוי לספק תוצאות למציאותיים יותר, הסביבה המבוקרת של מנהרת הרוח מאפשרים תיחום של ההשפעה של פרמטרים שונים. שליטה רוח, לדוגמה, חשוב במיוחד עבור שפרל הכתר שריפות המתרחשים באזורים כגון דרום קליפורניה איפה פן סוג רוחות, המכונה החמות והיבשות, מנהלי טיפוסי של אירועים אש. כי מניע מרכזי עבור המתודולוגיה המתוארת כאן היא לחקור את ההשפעה של רוח ואש פרמטרים מבוקרים אחרים על שפרל כפולה, מחקר זה בוצע במנהרת רוח בקנה מידה מעבדה. הקורא הוא בבימויו של העבודה. Silvani et al. 28 עבור מדידות טמפרטורה בשריפות שפרל זהים לאלו שהוצגו כאן. עבור מדידות על ההשפעה של הרוח על התפשטות האש, נא עיין. מוראנדי et al. 29

מספר פרמטרים המשפיעים על ההתפשטות של דלקים שפרל יש נותחו השפעול מאת לכימות ההסתברותהאש התפשטה הצלחה דלק מוגברות מיטות8. המחקר הנוכחי ניסיוני כרוך מתודולוגיה שפותחה ללמוד שפרל הכתר האש להתפשט על-ידי מידול משטח דלקים, כתר דלקים בתוך סעיף מבחן של מנהרת מהירות נמוכה. הדלק משטח הוא המודל עם אקסלסיור (עץ גרוסים יבשים). המיטה דלק משטח מניחים על הקרקע של מנהרת הרוח מעל מידה סטנדרטית (ראה איור 1). ייצוג המיטה דלק הכתר, מיטה דלק עם chamise הונח מעל המיטה דלק עיליים על ידי השעיית הדלק של פלטפורמה רכוב על המסגרת מנהרת רוח (ראה איור 1). בשתי המיטות דלק הם שעברו אינסטרומנטציה עבור טמפרטורה ומדידות אובדן מסת; גאומטריה להבה מתקבל מן הקלטות וידאו של ניסויים. הפרמטרים הנמדדים כוללים שיעור אובדן מסת, תכולת לחות דלק, הלחות היחסית של האוויר. פרמטרים מבוקר היו נוכחות הרוח, המרחק בין דלק משטח מיטה ומיטה דלק הכתר, והנוכחות של דלק עיליים. שיעור אובדן מסת נמדד יכול לשמש כדי לחשב את קצב שחרור חום, אשר מוגדר כ:
figure-introduction-1
כאשר h הוא החום של דלק פוסילי, m היא המסה דלק, ו- t הוא הזמן.

figure-introduction-2
איור 1: הגדרת הניסוי מנהרת רוח. מיקומים של המיטה דלק הכתר, המיטה דלק המשטח המאוורר המנהרה סומנו כאנטי לנוחיותכם. המיטה דלק השטח מונחת על הקרקע של מנהרת הרוח מעל מידה סטנדרטית. ייצוג המיטה דלק הכתר, מיטה דלק עם chamise הונח מעל המיטה דלק עיליים על ידי השעיית הדלק של פלטפורמה רכוב על המסגרת מנהרת רוח. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

ניסויים התמקדו להבין את אופן הפעולה של שפרל הכתר שריפות, במיוחד התנעה, מנגנונים של להבה התפשטות, התפשטות, מהירויות הקבלה להבה שיעורי צריכת דלק. ללמוד את האינטראקציה בין משטח אש אש הכתר, שש תצורות של השטח והכתר מיטות דלק עם ובלי זרימת רוח יישומית, נצרבו במנהרת הרוח: דלק הכתר רק עם ובלי רוח (2), כתר, משטח דלק מיטות מופרדות שני המרחקים עם ובלי רוח (4). טבלה 1 מסכמת את תצורות הניסוי עם המעמדות ניסיוני 6. בטבלה, דלק משטח המיטה הפרמטר מציין אם דלק השטח היה נוכח במהלך הניסוי, הפרמטר רוח מתייחס לנוכחות של הרוח, גובה הכתר מתייחס המרחק בין החלק התחתון של המיטה דלק הכתר התחתון של השטח מיטה דלק. לחות דלק היה נמדד עבור ניסוי אבל לא נשלט, תכולת לחות דלק ממוצעת היה 48%, ואילו הערכים המינימליים והמקסימליים היו 18% 68%, בהתאמה.

מחלקהדלק משטח המיטהרוחגובה הכתר
Aנעדראין רוח60 או 70 ס מ
Bנעדר1 ms-160 או 70 ס מ
Cהמתנהאין רוח60 ס מ
Dהמתנהאין רוח70 ס מ
Eהמתנה1 ms-160 ס מ
Fהמתנה1 ms-170 ס מ

טבלה 1: ניסוי תצורות. כאן דלק משטח המיטה הפרמטר מציין אם דלק השטח היה נוכח במהלך הניסוי, הפרמטר רוח מתייחס לנוכחות של הרוח, גובה הכתר מתייחס המרחק בין החלק התחתון של המיטה דלק הכתר התחתון של המיטה דלק משטח.

מידה אלקטרוניים נמדד משטח דלק בנפח גדול ואנחנו פיתחה מערכת אובדן מסת מותאם אישית עבור השכבה הכתר. המערכת כללה תאים בודדים עומס מחובר בכל פינה של המיטה דלק על תנאי. מצלמות וידאו לצרכן-כיתה הקליט את הלהבות חזותית; עיבוד תמונה של נתונים חזותיים באמצעות קובץ script מותאם אישית שנוצר מאפיינים להבה לרבות גובה וזווית. התוכנית פותחה כדי להמיר מסגרות וידאו מ- RGB (אדום/ירוק/כחול) קידוד לשחור-לבן בתהליך של קביעת סף עוצמת האור. הקצה של הלהבה היה המתקבלים על מסגרות וידאו בשחור-לבן. גובה להבה מרבי מוגדר כהנקודה הגבוהה ביותר של הקצה להבה, להבה מיידי הייטס התקבלו גם. בתמונה, גובה הלהבה נמדדה מבסיס של המיטה דלק לנקודת אנכי מרבי של הלהבה. כל עיבוד קודי, כמו גם הממשק של בקרת מכשיר המיועד עבור פרוטוקול זה נעשו זמינים על-ידי המחברים כאן דרך האתר שלהם גישה תוכנה. קציר הדלקים בשידור חי באופן מקומי ו ניצוח הכוויות ניסיוני בתוך 24 שעות למזער אובדן לחות. מערך צמד תרמי רשמה דלק מיטה טמפרטורה בכיוון הרוח stream-wise המאפשר חישוב קצב התפשטות. איור 1 מציג תרשים של ההתקנה מיטה דלק יחד עם הסידור צמד תרמי. פרטים של פרוטוקול נסיוני בצע.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

התראה: כפי מספר שלבים בפרוטוקול הבאים לערב פעילויות בעלות פוטנציאל לגרום לפציעה, להבטיח כי תקין ציוד מגן אישי (עיקרון השוויון הפוליטי) משמש בעקבות פרוטוקול הבטיחות הוקמה כולל ירי בגדים עמידים, eyewear הגנה.

1. הכתר דלק מיטה עומס תא ומכשור התקנה

  1. לשנות 4 C-סוגרים על-ידי הצמדת באביב כפול שער טבעות מתכת (ראה טבלה של חומרים) דרך החור pin-המלחציים ' s בורג הקצה (ראה איור 2). להשתמש את טבעות מתכת להשעות את המיטה דלק הכתר.
  2. באמצעות קבוצה שונה של C-מלחציים, מוספית כל תא מד מתח טעינה בחלק העליון של המסגרת מנהרת רוח (ראה איור 2).
  3. צרף ששינה C-מלחציים עד הסוף חינם של תאי זן מד, עם טבעות מתכת שמוט. לצרף שרשראות הפלטפורמה המיטה דלק הכתר.
  4. להשעות את הפלטפורמה כתר למיטה דלק מהמסגרת מנהרת רוח, לחבר כל אחת מהרשתות מיטה דלק הכתר carabiner.
  5. פעם לכל התאים ארבע עומס מלא תיטען מחובר למיטה דלק, להתחבר לגשר ויטסטון אשר ישמשו עבור רכישת נתונים שהאזנות שלהן. לכסות את התאים עומס עם אש בידוד חומרים, כמו מהסוג המשמש עבור מקלטים אש.

figure-protocol-1
איור 2: מנהרת רוח הכתר דלק מיטה עומס תא אינסטרומנטציה. () מבט מלפנים מנהרת רוח (b) שונה C-קלאמפ עם שרשרת מיטה דלק carabiner והכתר התומך המיטה דלק הכתר. (ג) טען תא מחוברים למסגרת מנהרת רוח באמצעות C-מלחציים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

2. לטעון כיול תא

הערה: האות המיוצר על ידי תאי טעינה מומר של המסה שווה ערך באמצעות:
figure-protocol-2
איפה V האות, בדרך כלל במילי-ואטים, A ו- B הם קבועים כדי לקבוע באמצעות כיול, ומייצג m המסה גרמים. כל הפרמטרים במשוואה (2) מתקבלים באמצעות ממשק שליטה כלי מותאם אישית שפותח עבור מכשור המונים הכתר של פרוטוקול זה. כאשר הראשונה באמצעות המערכת, דיוק משקולות משמשות כדי לכייל את האות תא המטען. כיול קבועים A ו- B ניתן להשיג מבוסס על האות המופק בעת מדידת העומס של משקולות דיוק אלה. הקבוע מחושבת על פי:
figure-protocol-3
איפה m t המסה של הניסיון דיוק המשקל, w זה האות מיוצר עם משקל טעון על תא המטען, ואילו w, o תואמת לאות המיוצר כאשר אין כל משקל מוחל על תא המטען.

  1. כדי להשיג את כיול קבוע A, הוק דיוק משקולות (מגוון יהיה 200-500 גרם) לתא המטען הראשון. להשתמש את המסה של משקולות דיוק כמו הפרמטר m t במשוואה (3).
  2. להגדיר את רווח תא המטען 128 באמצעות השדה # קלט כפי שמוצג באיור 3b, i.1. זה תואם את הערך המרבי המותר ע י המכשיר.
  3. לקרוא את אות הפלט-פלט 0 מתוך ממשק המכשיר (ראה איור 3b, i2). זהו פרמטר w במשוואה (3).
  4. שחרר את המשקל, לקרוא את הערכים החדשים המוצגים בממשק של כלי נגינה ( איור 3b, i2). זהו פרמטר w, o.
  5. חישוב A בהתבסס על הפרמטרים (m t , w, w, o) בשנת צעדים 2.1 ל 2.4, הציגה את המשוואות.
  6. בממשק בקר, למלא את ה-Ch ערך 0-M עבור כל חיישן עם הערך A שהושג בשלב הקודם.
  7. למצוא את ערך ההיסט כערך, B, להסיר כל משקולות, לקרוא הערך ' פלטי מכויל (g) ' תיבת (ראה איור 3 c i2), להכפיל ערך זה ב-1. המספר שהתקבל הוא הקבוע B, הקלד את המספר הזה, " תוספת " Ch תיבת 0-A (ראה איור 3 c, i.3).
  8. חזור על השלבים 2.3-2.8 לכל תא מטען (0, 1, 2, 3), המערכת עכשיו מכויל לחלוטין; להמשיך לטעון את המיטות דלק עם שהדלקים.

figure-protocol-4
איור 3: כלי בקרה ממשק נתונים קלט השלבים על תא המטען כיול. חלון ההתקנה הראשונית () גשר עם רווח ההתקנה ולאפשר תיבת (b) חלון בשלב ראשון של כיול תא המטען (c) חלון עבור השלב השני של כיול תא המטען (d) חלון לסוף הבמה של כיול עומס תא, הקובץ יישמר כאן, רישום נתונים הופעל. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

3. הכנה של שפרל ומיטות דלק אקסלסיור

הערה: ניסוי משתמש 2 ק ג של chamise בשידור חי, 0.5 ק ג של אקסלסיור (עץ צפצפה גרוסים).

  1. מן הערימה של דלק שנאספו עבור צריבת, לאסוף בקבוקים 1-ליטר דלק (3-4 בקבוקים).
    1. בצע את ההליכים המותווית על ידי ארצו ודין כדי דגימות יבש תנור ולקבל דלק לחות תוכן 30.
  2. לקצץ ענפים בודדים מן צרור chamise שנקטפו לאחרונה כדי להסיר חומר מת והחומרים סניף גדול מ- ¼ ס מ קוטר. הכנס את חומר הדלק בשידור חי הנותרים מכל שקילה.
  3. בחר 2 ק ג של chamise של גזוז, 0.5 ק ג של אקסלסיור באמצעות סרגל אלקטרונית. במקום 0.5 ק ג של אקסלסיור לרציף דלק משטח מיטה על הרצפה מנהרת רוח, המבטיח כי הצפיפות בצובר הוא כמו אחיד ככל האפשר. עושים זאת על ידי הצבת כמות ידועה של אקסלסיור לעומק אזור ידוע.
  4. למשוך בנפרד (מוך) המלון הדחוס כדי להקטין הצפיפות בצובר שלה אז זה יבער בקלות. לטעון 2 ק ג של chamise החתוך על הפלטפורמה תולה את התאים עומס כדי ליצור את המיטה דלק מוגברות. אחיד להתפשט הענפים chamise פלטפורמת כולו לייצר מיטה דלק אחיד.

4. צמד תרמי סידור

הערה: צמדים תרמיים מסוג K משמשים כדי למדוד טמפרטורה של שתי מיטות דלק. נתונים נאספים באמצעות מערכת רכישת נתונים נשלט עם משתמש גרפיים מותאמים אישית ממשק (ראה טבלה של חומרים עבור תוכנת עיצוב בקר). ייעוד שונה מומלץ לשימוש הם צמדים תרמיים AWG 24 עם זמן תגובה של 0.9 ס

  1. לחבר מערך של 16 24 AWG צמדים תרמיים (קוטר מנצח: 0.51054 מ מ) לוגר נתונים (זמן תגובה: 0.9 s).
  2. מכניס צמדים תרמיים 6 השכבה דלק הכתר. במקום אלה צמדים תרמיים 20 ס מ אחד מהשני, יש להימנע ממגע של צמדים תרמיים עם ענפים. להוסיף 10 ייעוד שונה אל שכבת פני השטח דלק. למקם את אלה צמדים תרמיים משטח דלק 10 ס מ אחד מהשני, להימנע ממגע של צמדים תרמיים עם סניפים (ראה איור 4).
  3. להפעיל רישום נתונים על-ידי לחיצה " התחלה " לחצן בממשק תוכנת שליטה צמד תרמי.

figure-protocol-5
איור 4: תרשים של השטח והכתר דלק מיטות עם מערך צמד תרמי מיקום- כאן צמדים תרמיים 6 הוכנסו לתוך השכבה דלק הכתר 20 ס מ אחד מהשני. צמדים תרמיים 10 הוכנסו אל שכבת פני השטח דלק 10 ס מ אחד מהשני. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

5. ההתקנה רכישת התמונה

היעד הפניה
  1. הר הדימוי שיש סימנים אדומים במרווחים של 10-ס ממעל החלון מנהרת רוח. להשתמש יעד זה כהפניה כדי לקבוע את גובה הלהבה מהוידאו ניסוי.
    הערה: מדגם הגולן להבה מוצגים באיור 5.
    2. אוסף
  2. הגדרת נתוני הצילום. התמקדות באזור הבדיקה מנהרת רוח, להתאים את המוקד המצלמה כדי ללכוד את המטרה כל התייחסות אנכי, כמו גם אזור המיטה דלק.
  3. התקנת מצלמת וידאו אוסף נתונים. לטעון את המצלמה עם הר קיר אוניברסלי מצלמה על הקיר כדי לספק תצוגה מלאה של סעיף מבחן מנהרת רוח.

figure-protocol-6
איור 5: צילום של מדגם הגולן להבה של ניסוי טיפוסי. המטרה חזותי כחול עם סימון אדום משמש הפניה כדי לקבוע את גובה הלהבה מהוידאו הניסוי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.

6. ההתקנה לזרום

הערה: מנהרת הרוח הינו מצויד עם מאוורר מהירות משתנה. זרימת אוויר במנהרת הרוח כוילה בעבר על מהירות המאוורר. כדי להשיג את מהירות הרוח הרצוי, מהירות הסיבוב של מאוורר (ב- Hz) נבחרה. בניסויים הנוכחי, נחקרו אין הרוח ואת המקרים זרימת רוח 1 m/s.

  1. להגדיר מהירות המאוורר 1 m/s של בקר המהירות. תדליק את המאוורר כדי לוודא שהוא מתפקד כראוי.
  2. בטל את המאוורר. . זה עכשיו מוכן לשימוש.
    הערה: הבניין צריבה נועד לערוך ניסויים אש בבטחה תוך כדי פינוי עשן מרחב העבודה. נא להודיע לרשויות מקומיות אש כי מתנהלים ניסויים כדי למנוע ההתרחשות של אזעקות שווא.
  3. לסגור את כל הדלתות בתוך הבניין כדי להבטיח כי האוורור גג היציאה היחידה האפשרית לפינוי עשן.
    4. האוהדים
  4. להפוך את אספקת האוויר להכניס אויר צח מ מחוץ לבניין בגובה הרצפה. להפעיל את הפליטה מעריצים לפינוי עשן דרך פתחי האוורור הגג.
    הערה: זה תקים על מהירות נמוכה, זרימת האוויר נפח גבוה מ מחוץ לבניין המתנשא אנכית לאור ההבדל לחץ קל, הפתחים הגג.
  5. לפני כל ניסוי, להשתמש רטוב-הנורה מד לחות כדי למדוד את הלחות היחסית ואת הטמפרטורה של האוויר אמביינט.

7. ההצתה (ליישם בו זמנית עם שלב 8)

הערה: תהליך הצתה צריך להתנהל כדלקמן על-ידי חבר הצוות ההצתה. לבטיחות מוגברת, מומלץ כי חבר הצוות השני יישארו ליד אזור הבדיקה במהלך ההצתה.

  1. כאשר הורו ' להצית ', להשרות בחוד החנית של המיטה דלק משטח אקסלסיור עם שפגע בסימני אתיל אלכוהול. מקם את הבקבוק אלכוהול ספורים מאזור הצתה, באמצעות להביור בוטאן, להצית בקצה של המיטה דלק משטח בקו מקביל בחוד החנית של המיטה דלק. להיות שומר מצוות כמו דלק ספוגת האלכוהול תוצת בקלות.
  2. לאחר המיטה דלק הציתה, צא סעיף מבחן וסגור את הדלת המנהרה. אם הרוח נדרשת עבור הניסוי, תדליק את המאוורר מנהרת רוח.

8. ליזום לפעול ניסיונית

הערה: בעת אימות הניסוי מוגדר כראוי, יש להפעיל את המצלמות.

  1. להפעיל את מצלמת הווידאו כדי להקליט.
  2. לדבר בקול רם את הניסוי המספר/הקוד, תאריך ו תצורת ניסיוני אז המיקרופון על מצלמת הוידיאו מתעד את המידע הזה.
  3. להורות הצוות המחשב להתחיל רישום נתונים על ידי מתקתק " לאפשר רישום נתונים " אפשרות בממשק הבקרה של כלי נגינה (ראה איור 3d, i.1). להנחות את האדם ההצתה כדי להצית את הדלק. ברגע חבר צוות ההצתה יוצא מנהרת הרוח, להורות את רוח הצוות כדי להפעיל את המאוורר מנהרת רוח. . זה יהיה תחילת הניסוי שבו הזמן הוא אפס (t = 0).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

כתר ונתונים גובה פני השטח להבה התקבלו מתוך נתוני וידאו. מגמות גובה הלהבה טיפוסי לניסויים מוצג באיור 6. התנהגות גובה הלהבה נסעו בו נמצאו ב- Sun. et al. 14

figure-results-1
איור 6: אומדן גובה הלהבה הכתר. כאן U = 1 m/s, השטח-כתר ההפרדה d = 70 ס מ. זה מקביל ניסוי Class ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

היכולת למדוד את המסה דלק מוגברות לאורך כל הניסוי היה אחד היתרונות העיקריים של הטכניקה המובאת כאן. מחקרים קודמים כתובות אש שפרל התמקדו על חניכה אש היחידה או כתר או רק על משטח להפיץ, אך לא בשניהם. מחקרים כאלה יש לכמת את האפשרות של הצתה לשכבת הכתר, שנשאר המחקר של התפשטות עבור עבודה בעתיד23. המתודולוגיה שלנו מאפשר מדידה של אובדן מסת, הפצה טמפרטורה, להבה גיאומטריה עבור שתי שכבות מעורב שיח הכתר באש הצתה וכפולה. מספקת אמצעי בעקיפין רומז שטף האנרגיה לפי קצב איבוד מסה. מחקרים אחרים הראו יתרונות ישירות מדיד...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המחברים אין לחשוף.

תודות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המחברים רוצה להכיר בנג'מין Sommerkorn, גבריאל דופונט, ג'ייק Eggan, Chirawat Sanpakit שעזר עם הניסויים שהוצגו כאן. ג'נט Cobian Iñiguez מאשר תמיכה על ידי נאס א MUREP מוסדי מחקר הזדמנות (מירו) גרנט מספר NNX15AP99A. עבודה זו גם מומן על ידי משרד החקלאות/USDI הלאומי אש התוכנית באמצעות הסכם בין שירות היערות של משרד החקלאות, תחנת המחקר PSW, אוניברסיטת קליפורניה - ריברסייד.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
<מכשור מנהרת רוח חזק>
cDAQ-9178 שלדת CompactDAQNational Instruments781156-01
NI-9213 מודול קלט טמפרטורה מסדרת CNational Instruments785185-01
NI SignalExpress for WindowsNational Instruments779037-35 הגרסה העדכנית ביותר, גרסה ישנה יותר המשמשת לניסוי
טמפרטורה גבוהה Nextel מבודד צמד תרמי אלמנטיםאומגהXC-24-K-18
חוט מאריך צמד תרמי עם חוט מצופה פוליוויניל וצמת נחושת משומרתאומגהEXPP-K-24S-TCB-P
מחברים מיניאטוריים בטמפרטורה גבוהה במיוחדאומגהSHX-K-M
CompuTrac MAX 2000XL אריזונה אינסטרומנטסMAX-2000XLהופסק, דגם חדש יותר
Kestrel 3000 מד מזג אוויר כיסנילסן-קלרמן0830
Satorius CPA 34001S Sartorius25850314הופסק דגם
5 ק"ג תא עומס מיקרו (X4)Robotshop.comRB-Phi-118תא עומס מד מתח
Phidget PhidgetBridge ממשק חיישן גשר וויטסטון Robotshop.comממשקי RB-Phi-107עם 4 תאי עומס, מבצע הגברת אותות
# 2 נירוסטה S-Biner (X4)הום דיפוSB2-03-11קרבינרים עם שער קפיץ כפול המשמשים ל הרכיב תאי עומס
2 אינץ'. ברזל C-Clampהום דיפו# 4011משמש להרכבת תאי עומס
<חזק>שם< / חזק><חזק>חברה<חזק>מספר קטלוגי<חזק>הערות
><חזק>ציוד מגן אישי
כבאי בטבע חולצת נומקסיתרון GSASH35-5648
Fireline 6 oz מכנסי כיבוי אש WildlandGSA Advantage139702MR SEV16
NameCompanyCatalog NumberComments
Fuels
Chamiseנאסף באתרו
Excelsior מעץ מגורר טבעי – טבעי גס 50 ק"ג ערבותנייר מארט21-711-88
ברנזומטי UL100 ערכת לפיד פרופאן בסיסיתהום דיפוUL100KC
איזופרופיל אלכוהולחנות נוחותN / A
<חזק>שם< / חזק><חזק>חברה< / חזק><חזק>מספר קטלוגי< / חזק><חזק>הערות< / חזק>
<חזקה>וידאו וצילום
Nikon D3000 10.2 מגה-פיקסל עם חיישן בפורמט DX ועדשת
מצלמת וידיאו מצלמת וידאו DCR-SX85Amazon.comDCR-SX85
<חזק>שם<חזק>חברה<חזק>מספר קטלוגיComments
Software
NI LabViewגרסת התלמידשל National Instrumentsהמשמשת לבקרת מכשירים וממשק
גרסת התלמיד של MATLAB (MATLAB_R2014a)גרסת התלמיד של Mathworks משמש לעיבוד נתונים כולל עיבוד תמונה
מצלמת DSLR ייצוב תמונה 3x 18x55 מ"מ Zoon-NIKKOR VR

מקורות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. California Department of Forestry and Fire Protection. Incident Information, 2016. , Available from: http://cdfdata.fire.ca.gov/incidents/ (2016).
  2. Minnich, R. A. Fire mosaics in southern California and northern Baja California. Science. 219 (4590), 1287-1294 (1983).
  3. Tachajapong, W., Lozano, J., Mahalingam, S., Weise, D. R. Experimental modelling of crown fire initiation in open and closed shrubland systems. Int. J. Wildl. Fire. 23 (4), 451-462 (2014).
  4. Rothermel, R. C., Philpot, C. W. Predicting changes in chaparral flammability. J. For. 71 (10), 640-643 (1973).
  5. Van Wagner, C. E. Conditions for the start and spread of crown fire. Can. J. For. Res. 7, 23-34 (1977).
  6. Fons, W. L. Analysis of Fire Spread in Light Forest Fuels. J. Agric. Res. (3), (1946).
  7. Lozano, J. An investigation of surface and crown fire dynamics in shrub fuels [dissertation]. , University of California-Riverside. 222 (2011).
  8. Weise, D., Zhou, X., Sun, L., Mahalingam, S. Fire spread in chaparral-'go or no-go?'. Int. J. Wildl. Fire. 14, 99-106 (2005).
  9. Cruz, M. G., Butler, B. W., Alexander, M. E., Forthofer, J. M., Wakimoto, R. H. Predicting the ignition of crown fuels above a spreading surface fire. Part I: Model idealization. Int. J. Wildl. Fire. 15 (1), 47-60 (2006).
  10. Cruz, M. G., Butler, B. W., Alexander, M. E., Forthofer, J. M., Wakimoto, R. H. Predicting the ignition of crown fuels above a spreading surface fire. Part II: Model idealization. Int. J. Wildl. Fire. 15 (1), 47-60 (2006).
  11. Li, J., Mahalingam, S., Weise, D. R. Experimental investigation of fire propagation in single live shrubs. Int. J. Wildl. Fire. 26 (1), 58-70 (2017).
  12. Byram, G. M. Combustian of Forest Fuels. For. Fire Control Use. , 61-89 (1959).
  13. Dupuy, J. L., Maréchal, J., Morvan, D. Fires from a cylindrical forest fuel burner: Combustion dynamics and flame properties. Combust. Flame. 135 (1-2), 65-76 (2003).
  14. Sun, L., Zhou, X., Mahalingam, S., Weise, D. R. Comparison of burning characteristics of live and dead chaparral fuels. Combust. Flame. 144 (1-2), 349-359 (2006).
  15. Fletcher, T. H., Pickett, B. M., et al. Effects of Moisture on Ignition Behavior of Moist California Chaparral and Utah Leaves. Combust. Sci. Technol. 179 (6), 1183-1203 (2007).
  16. Engstrom, J. D., Butler, J. K., Smith, S. G., Baxter, L. L., Fletcher, T. H., WEISE, D. R. Ignition Behavior of Live California Chaparral Leaves. Combust. Sci. Technol. 176 (9), 1577-1591 (2004).
  17. Zukoski, E. Fluid Dynamic Aspects Of Room Fires. Fire Saf. Sci. 1, 1-30 (1986).
  18. Thomas, P. H., Webster, C. T., Raftery, M. M. Some experiments on buoyant diffusion flames. Combust. Flame. 5, 359-367 (1961).
  19. Finney, M. a, Cohen, J. D., McAllister, S. S., Jolly, W. M. On the need for a theory of wildland fire spread. Intl J Wildl Fire. 22 (1), 25-36 (2013).
  20. Mendes-Lopes, J. M. C., Ventura, J. M. P., Amaral, J. M. P. Flame characteristics, temperature-time curves, and rate of spread in fires propagating in a bed of Pinus pinaster needles. Int. J. Wildl. Fire. 12 (1), 67-84 (2003).
  21. Williams, F. A. Mechanisms of fire spread. Symp. Combust. 16 (1), 1281-1294 (1977).
  22. Sullivan, A. L., Ball, R. Thermal decomposition and combustion chemistry of cellulosic biomass. Atmospheric Environment. 47, 133-141 (2012).
  23. Tachajapong, W., Lozano, J., Mahalingam, S., Zhou, X., Weise, D. R. Experimental and Numerical Modeling of Shrub Crown Fire Initiation. Combust. Sci. Technol. , 618-640 (2016).
  24. Tachajapong, W., Lozano, J., Mahalingam, S., Zhou, X., Weise, D. R. An investigation of crown fuel bulk density effects on the dynamics of crown fire initiation in Shrublands. Combust. Sci. Technol. 180 (4), 593-615 (2008).
  25. Zhou, X., Weise, D., Mahalingam, S. Experimental measurements and numerical modeling of marginal burning in live chaparral fuel beds. Proc. Combust. Inst. 30 (2), 2287-2294 (2005).
  26. Pickett, B. M., Isackson, C., Wunder, R., Fletcher, T. H., Butler, B. W., Weise, D. R. Flame interactions and burning characteristics of two live leaf samples. Int. J. Wildl. Fire. 18 (7), 865-874 (2009).
  27. Cobian-Iñiguez, J., Sanpakit, C., et al. Laboratory Experiments to Study Surface to Crown Fire Transition in Chaparral. Fall Meet. West. States Sect. Combust. Inst. , Paper #134HC-0040 (2015).
  28. Silvani, X., Morandini, F. Fire spread experiments in the field: Temperature and heat fluxes measurements. Fire Safety J. 44 (2), 279-285 (2009).
  29. Morandini, F., Silvani, X., et al. Fire spread experiment across Mediterranean shrub: Influence of wind on flame front properties. Fire Safety J. 41 (3), 229-235 (2006).
  30. Countryman, C. M., Dean, W. A. Measuring moisture content in living chaparral: a field user's manual. USDA For. Serv. Gen. Tech. Rep. PSW-36. , Available from: http://www.fs.fed.us/psw/publications/documents/psw_gtr036/ 28(1979).
  31. Albini, F. A. A Model for Fire Spread in Wildland Fuels by- Radiation. Combust. Flame. 42, (1985).
  32. Rothermel, R. C. A Mathematical Model for Predicting Fire Spread in Wildland Fuels. USDA For. Serv. Res. Pap. INT-115. , 40(1972).
  33. Freeborn, P. H., Wooster, M. J., et al. Relationships between energy release, fuel mass loss, and trace gas an aerosol emissions during laboratory biomass fires. J. Geophys. Res. Atmos. 113 (1), 1-17 (2008).
  34. Finney, M. A., Cohen, J. D., et al. Role of buoyant flame dynamics in wildfire spread. Proc Nat Acad Sci USA. 112 (32), 9833-9838 (2015).
  35. Green, L. R. Burning by prescription in chaparral. USDA For. Serv. Gen. Tech. Rep. PSW-51. , 36(1981).
  36. Cohen, J., Bradshaw, B. Fire behavior modeling - a decision tool. Proc. Prescr. Burn. Midwest State Art. , 1-5 (1986).
  37. Weise, D. R., Koo, E., Zhou, X., Mahalingam, S., Morandini, F., Balbi, J. H. Fire spread in chaparral - A comparison of laboratory data and model predictions in burning live fuels. Int. J. Wildl. Fire. 25 (9), 980-994 (2016).
  38. Omodan, S. Fire Behavior Modeling - Experiment on Surface Fire Transition to the Elevated Live Fuel A. , (2015).
  39. Mulvaney, J. J., Sullivan, A. L., Cary, G. J., Bishop, G. R. Repeatability of free-burning fire experiments using heterogeneous forest fuel beds in a combustion wind tunnel. Intl J Wildl Fire. 25 (4), 445-455 (2016).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

Chamise Excelsior

מאמרים קשורים