Methodenartikel

Windtunnel experimenten te bestuderen van de Chaparral kroon branden

DOI:

10.3791/56591

⸱

14 november 2017

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

In dit artikel

Samenvatting

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

Dit protocol beschrijft windtunnel experimenten ontworpen om te bestuderen van de overgang van een brand vanaf de grond naar het bladerdak van de struiken chaparral.

Samenvatting

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

Dit protocol biedt een laboratorium-techniek ontworpen chaparral kroon brand ontsteking en verspreiding te bestuderen. Experimenten werden uitgevoerd in een lage snelheid brand windtunnel waar twee afzonderlijke lagen van brandstof te vertegenwoordigen oppervlak en kroon brandstoffen in de chaparral werden gebouwd. Chamise, een gemeenschappelijk chaparral struik, bestond uit de levende kroon laag. De bovenlaag van de dode brandstof werd gebouwd met excelsior (versnipperd hout). Ontwikkelden we een methode om te meten van massa verlies, temperatuur, en vlam hoogte voor beide brandstof-lagen. Thermokoppels geplaatst in elke laag geschat temperatuur. Een videocamera veroverde de vlam zichtbaar. Na verwerking van digitale beelden opgeleverd vlam kenmerken met inbegrip van hoogte en vlam tilt. Een aangepaste kroon massa verlies instrument intern ontwikkeld gemeten de evolutie van de massa van de kroon laag tijdens het branden. Massa verlies en temperatuur trends verkregen met behulp van de theorie van de techniek aangepast en andere empirische studies. In dit onderzoek presenteren wij gedetailleerde experimentele procedures en informatie over de instrumenten gebruikt. De representatieve resultaten voor de brandstof massa verlies percentage en de temperatuur binnen het brandstof-bed ingediend zijn ook opgenomen en besproken.

Inleiding

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

In 2016 ervaren de staat Californië totaal 6,986 wildland bosbranden, 564,835 hectare1, kost miljoenen dollars in schade, consumeren en het welzijn van de honderden mensen riskeren. Vanwege de regionale mediterraan klimaat zijn een belangrijke brandstof voor deze branden chaparral vegetatie gemeenschappen2. Brand verspreid in de chaparral kan worden beschouwd als een kroon brand aangezien de belangrijkste brandstof die brandt verhoogde3. Naast de overwegend live kroon laag bestaan, is de dood oppervlakte brandstof laag, die bestaat uit gegoten gebladerte en takken kruidachtige planten die onder en tussen de individuele struiken groeien. Vuur zal gemakkelijker starten in de dood oppervlakte brandstof laag. Zodra de oppervlakte brand ontbrandt, kan het vuur overgang naar de kroon laag waar de energie die vrijkomt bij het vuur dramatisch stijgt. Terwijl chaparral branden hebben meestal zijn gemodelleerd als een vuur verspreidt in diep oppervlakte brandstoffen4, is er beperkte studie van chaparral branden als kroon branden.

Kenmerken van de kroon in de chaparral, met inbegrip van gebladerte deeltje vorm, verschillen van boreale naaldhout bos, waar het merendeel van het onderzoek heeft plaatsgevonden. Talrijke laboratorium en veld schaal studies hebben onderzocht verschillende aspecten van wildvuur dynamics6,5,7,3,8,9,10 ,11,12. Binnen het domein van laboratoriumexperimenten, verschillende studies hebben onderzocht de invloed van parameters zoals wind en brandstof eigenschappen op de chaparral kroon vuur gedrag. Lozano7 onderzocht kenmerken van kroon brand initiatie in de aanwezigheid van twee aparte kroon brandstof bedden. In Tachajapong et al. 3, discrete oppervlak en kroon lagen werden verbrand in een wind-tunnel en de oppervlakte brand werd gekenmerkt. Enige kroon brand initiatie was volledig beschreven waardoor volledige analyse van de verspreiding voor toekomstige werkzaamheden. Li et al. 11 gemeld op de verspreiding van een vlam maar één chaparral struiken. In gerelateerd werk, Cruz et al. 10 , 9 ontwikkelde een model voor het voorspellen van de ontsteking van naaldhout gebladerte boven een verspreiding oppervlakte brand. Kenmerken van de branden van chaparral brandstoffen werden onderzocht in experimentele studies van bulk brandstoffen en individu verlaat13,14,15,16. Dupuy et al. 13 studeerde de brandende kenmerken van Pinus pinaster naalden en excelsior door de brandstoffen in cilindrische manden. Zij merkten op dat in deze brandstoffen, was vlam hoogte gerelateerd aan warmteverbruik release via een twee-vijfde machtswet, zoals eerder is gemeld in de literatuur17,18. Sun et al. 14 verbrand chaparral brandstoffen in soortgelijke cilindrische manden voor het analyseren van de brandende kenmerken van drie chaparral brandstoffen: chamise (Adenostoma fasciculatum), ceanothus (Ceanothus crassifolius) en manzanita ( Arctostaphylos glandulosa).

Gemotiveerd door de resultaten van de bovengenoemde laboratoriumonderzoek, ons doel hier is om te presenteren van een methodologie om te karakteriseren verspreiding in zowel oppervlakte als struik kroon lagen. Bovendien willen we verduidelijken enkele van de belangrijkste kenmerken die de mate van oppervlak-crown laag interactie bepalen. Hiervoor ontwikkelden we een experimenteel laboratorium methode om te studeren van de verticale overgang van een brand in een brandstof wildland oppervlakte op een vuur verspreidt in een verhoogde struik brandstof verbranden. In dit soort branden, kan de vertaling van het vuur aan de struik kroon, bekend als de kroning, door aanhoudende verspreiding onder de juiste omstandigheden worden gevolgd. In het algemeen, wordt chaparral brand gedrag gedicteerd door brandstof19, topografie en weer. Het is aangetoond dat wind energie release rate in de brandstoffen5,3,8,20beïnvloedt.

Brand verspreid in poreuze brandstoffen kan worden gezien als een reeks van overgangen of drempels, die moeten worden gekruist om succesvolle21. Energiek, ontbrandt een deeltje van de brandstof als de hoeveelheid warmte die zij ontvangt resulteert in een mengsel van gassen die succesvol met zuurstof reageren. De resulterende vlam verspreidt zich als de hitte van het branden deeltje een deeltje van de aangrenzende brandstof ontbrandt. Het vuur verspreidt zich over de grond, als is het kundig voor steken hiaten tussen brandbare brandstofelementen. Als de vlam van een oppervlakte brand vermag verticaal verspreiden over de kroon van bomen en struiken, is vaak een belangrijke verandering in brand-gedrag, met inbegrip van meer warmte vrijlating tarieven, geconstateerd als gevolg van een grotere beschikbaarheid van brandstof. Thermische energie dynamics in wildland branden omvatten verschillende schalen, van de zeer grote schaal, in mega-branden, waarvoor vaak klimatologische modelleren, de kleine schaal waarbij chemische schaal kinetische modellering. Hier, omgaan we met laboratorium windtunnel schaal gedrag modelleren; voor chemische schaal cellulose verbranding studies heet de lezer werken zoals Sullivan et al. 22

Sinds 2001, die wij hebben uitgevoerd een verscheidenheid van experimenten onderzoeken enkele van de laboratorium schaal energie drempels23,8,24,25,26, 27, met de nadruk op live brandstoffen chaparral is gekoppeld. Terwijl buiten kunnen metingen van brand meer levensechte resultaten opleveren, toestaan dat de gecontroleerde omgeving van de wind-tunnel voor afbakening van de impact van verschillende parameters. Controle van de wind, bijvoorbeeld, is vooral belangrijk voor chaparral kroon branden die zich voordoen in gebieden zoals Zuid-Californië waar foehn type winden, bekend als Santa Ana winden, typische bestuurders van brand gebeurtenissen zijn. Omdat een grote motivator voor de hier beschreven methode is het bestuderen van het effect van wind en andere gecontroleerde parameters op de chaparral brand verspreiding, is deze studie uitgevoerd in een laboratorium schaal windtunnel. De lezer is gericht op het werk door Silvani et al. 28 voor veld meting van de temperatuur in de chaparral branden vergelijkbaar met degene die hier gepresenteerd. Raadpleeg Morandi et al. voor veldmetingen op het effect van wind op verspreiding van de brand, 29

Verschillende parameters de verspreiding in de chaparral brandstoffen hebben experimenteel zijn geanalyseerd door het kwantificeren van de waarschijnlijkheidverspreid succes in verhoogde brandstof bedden8van brand. De huidige experimentele studie omvat een methodiek ontwikkeld om te bestuderen van de chaparral kroon brand verspreid door modellering oppervlakte brandstoffen en kroon brandstoffen binnen de sectie van de test van een windtunnel van het lage snelheid. De oppervlakte brandstof is gemodelleerd met excelsior (gedroogde geraspte hout). Het oppervlak brandstof bed wordt geplaatst op de begane grond van de wind-tunnel over een standaard schaal (Zie Figuur 1). Vertegenwoordigen de kroon brandstof bed, een brandstof bed met chamise was geplaatst over het oppervlak brandstof bed door schorsing van de brandstof van een platform op de windtunnel frame gemonteerd (Zie Figuur 1). Beide brandstof-bedden zijn geïnstrumenteerd voor temperatuur en massa verlies metingen; geometrie van de vlam wordt verkregen uit video-opnamen van experimenten. Gemeten parameters omvatten massa verlies tarief, brandstof vochtgehalte en de relatieve vochtigheid van de lucht. Parameters die gecontroleerd zijn wind aanwezigheid, afstand tussen oppervlak brandstof en kroon brandstof bed, en de aanwezigheid van oppervlakte brandstof. De gemeten massa verlies tarief kan worden gebruikt voor het berekenen van het warmteverbruik release, die is gedefinieerd als:
figure-introduction-1
waar h is de warmte van de verbranding van de brandstof, m = de massa van de brandstof, en t is tijd.

figure-introduction-2
Figuur 1: windtunnel experimentele opzet. Locaties van het bed van de brandstof kroon, de oppervlakte brandstof bed en de ventilator van de tunnel hebben het label voor gemak. Het oppervlak brandstof bed wordt geplaatst op de begane grond van de wind-tunnel over een standaard schaal. Vertegenwoordigen de kroon brandstof bed, was een brandstof bed met chamise geplaatst over het oppervlak brandstof bed door schorsing van de brandstof van een platform gemonteerd op het frame van de windtunnel. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Experimenten hebben gericht op het begrijpen van het gedrag van de chaparral kroon bosbranden, met name de ontsteking, mechanismen voor de voortplanting van vlam en verspreiding, vlam front snelheden en brandstof verbruik. Om te bestuderen de interactie tussen een oppervlakte brand en een kroon brand, in de windtunnel zes configuraties van oppervlak en kroon brandstof bedden met en zonder toegepaste wind stroom, zijn gebrand: kroon brandstof alleen met en zonder wind (2), kroon en oppervlaktewater brandstof bedden gescheiden door twee afstanden met en zonder wind (4). Tabel 1 geeft een overzicht van de experimentele configuraties met de 6 experimentele klassen. In de tabel geeft de oppervlakte brandstof bed parameter of oppervlakte brandstof aanwezig tijdens het experiment was, de wind parameter verwijst naar de aanwezigheid van wind en kroon hoogte verwijst naar de afstand tussen de onderkant van de kroon brandstof bed en de onderkant van het oppervlak brandstof bed. Brandstof vocht werd gemeten voor elk experiment maar niet gecontroleerd, gemiddelde brandstofverbruik vochtgehalte was 48%, terwijl de minimale en maximale waarden waren 18% tot 68%, respectievelijk.

KlasseOppervlakte brandstof BedWindHoogte van de kroon
AAfwezigGeen wind60 of 70 cm
BAfwezig1 ms-160 of 70 cm
CHedenGeen wind60 cm
DHedenGeen wind70 cm
EHeden1 ms-160 cm
FHeden1 ms-170 cm

Tabel 1: experimenteren configuraties. Hier is de oppervlakte brandstof bed parameter geeft of oppervlakte brandstof aanwezig tijdens het experiment was, de wind parameter naar de aanwezigheid van wind verwijst en kroon hoogte naar de afstand tussen de onderkant van de kroon brandstof bed en de onderkant van het bed oppervlak brandstof verwijst.

Een elektronische schaal gemeten oppervlakte brandstof massa en we een aangepaste massa verlies systeem ontwikkeld voor de kroon-laag. Het systeem bestond uit individuele meetcellen aangesloten op elke hoek van het bed van de geschorste brandstof. Consument-grade videocamera's opgenomen de visuele vlammen; beeldverwerking van de visuele gegevens met behulp van een aangepast script gegenereerd vlam kenmerken zoals hoogte en hoek. Een programma is ontwikkeld om te converteren video frames van RGB (rood/groen/blauw) codering naar zwart-wit via een proces van lichtintensiteit drempelmethode. De rand van de vlam is verkregen uit de zwart-wit videoframes. Hoogte van de maximale vlam werd gedefinieerd als het hoogste punt van de rand van de vlam, Noodstopbewaking vlam hoogten zijn ook verkregen. In een afbeelding, was vlam hoogte gemeten vanaf de voet van het bed van brandstof naar de maximale verticale punt van de vlam. Alle verwerking codes, evenals de instrument-besturingsinterface ontworpen voor dit protocol zijn beschikbaar gesteld door de auteurs hier via hun site software toegang. Het oogsten van de levende brandstof lokaal en uitvoeren van de experimentele brandwonden binnen 24 h geminimaliseerd vochtverlies. Een thermokoppel matrix opgenomen bed brandstoftemperatuur in de windrichting stream-wise waardoor de berekening van verspreiding tarief. Figuur 1 toont een diagram van de brandstof bed-instellingen samen met de thermokoppel-regeling. Details van de experimentele protocol volgen.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

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

Let op: aangezien het verschillende stappen in het volgende protocol om activiteiten die hebben het potentieel om letsel te veroorzaken, zorgen dat de juiste persoonlijke beschermingsmiddelen (PBM) wordt gebruikt na gevestigde veiligheid protocollen zoals vuur resistente kleding en beschermende brillen.

1. kroon brandstof Bed Load cel Instrumentation Setup

  1. wijzigen 4 C-klemmen door het aanbrengen van dubbele voorjaar gate karabiners (Zie Tabel van materialen) door het gat van de pin in de klem ' s schroef einde (Zie Figuur 2). Gebruik de karabijnhaken te schorten de kroon brandstof bed.
  2. Met behulp van een andere set van C-klemmen, brengt elke lading spanningsmeter cel naar het bovenste gedeelte van het frame van de windtunnel (Zie Figuur 2).
  3. Bijvoegen bewerkt C-klemmen aan het vrije uiteinde van de spanningsmeter cellen, met de karabijnhaken opknoping neer. Kettingen hechten aan het platform voor de kroon brandstof bed.
  4. Op te schorten de kroon brandstof bed platform van het frame van de windtunnel, verbinden met elk van de kroon brandstof bed ketens een karabijnhaak.
  5. Zodra elk van de vier meetcellen zijn volledig gemonteerd en aangesloten aan het bed van de brandstof, hun draden verbinding te maken met de brug van Wheatstone, die zal worden gebruikt voor data-acquisitie. Bedek de meetcellen met vuur isolerend materiaal, zoals de soort gebruikt voor brand schuilplaatsen.

figure-protocol-1
Figuur 2: windtunnel kroon brandstof bed belasting cel instrumentatie. (een) windtunnel Vooraanzicht (b) gewijzigd C-klem met karabijnhaak en kroon brandstof bed keten die het kroon brandstof bed ondersteunt. (c) lading cel aangesloten op het frame van de windtunnel met behulp van een C-klem. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

2. laden cel kalibratie

Opmerking: het signaal dat geproduceerd door de meetcellen wordt geconverteerd naar een gelijkwaardige massa via:
figure-protocol-2
waar V is het signaal, meestal in millivolts, A en B zijn de constanten te bepalen door kalibratie en m de massa in gram vertegenwoordigt. Alle parameters in vergelijking (2) worden verkregen door de controle-interface aangepaste instrument ontwikkeld voor de massale instrumentatie van de kroon in dit protocol. Wanneer eerste met behulp van het systeem, de precisie gewichten worden gebruikt om het kalibreren van de lading cel signaal. Kalibratie constanten A en B zullen worden verkregen op basis van het signaal bij het meten van de belasting van de gewichten van deze precisie geproduceerd. De constante A wordt berekend uit:
figure-protocol-3
waar m t is een de massa proces precisie gewicht, een w is het signaal dat geproduceerd met behulp van de gewicht geladen van de cel van de lading, overwegende dat een w, o komt met het signaal overeen geproduceerd wanneer geen gewicht wordt toegepast op de belasting cel.

  1. Voor de kalibratie constant A, haak precisie gewichten (een goede spreiding zou 200-500 g) naar de eerste cel van de belasting. De massa van de precisie gewichten gebruiken als parameter, m t in vergelijking (3).
  2. De winst laden cel ingesteld op 128 het Input # veld te gebruiken, zoals in Figuur 3b, i.1. Dit komt overeen met de maximale waarde die is toegestaan door het apparaat.
  3. Lees de signaaluitgang bij vermogen 0 vanuit de instrument-interface (Zie Figuur 3b, i2). Dit is de parameter, een w in vergelijking (3).
  4. Losgemaakt van het gewicht en de nieuwe waarde wordt weergegeven in de interface van het instrument ( Figuur 3b, i2) te lezen. Deze parameter is een w, o.
  5. Berekenen A op basis van de parameters (m t , een w, een w, o) verkregen in stappen 2.1 tot 2.4 en de vergelijkingen gepresenteerd.
  6. In de interface van de controller, vult u de waarde van de 0-M voor elke sensor met de A-waarde in de vorige stap verkregen Ch.
  7. Vindt u de offset waarde, B, verwijder alle gewichten, luiden naar de waarde in het ' uitgangen gekalibreerd (g) ' (Zie Figuur 3 c i2), deze waarde vermenigvuldigt met -1. Het resulterende getal is constante B, typt u dit nummer in de " toevoeging " Ch 0-A-box (Zie afbeelding 3 c, i.3).
  8. Herhaal stap 2.3-2.8 voor elke cel van de lading (0, 1, 2, 3), het systeem is nu volledig gekalibreerd; overgaan tot het laden van de brandstof bedden met de brandstoffen.

figure-protocol-4
Figuur 3: Instrument interface besturingsgegevens ingang stappen voor belasting cel kalibratie. (een) Bridge initiële setup-venster met krijgen van installatie en inschakelen (b) venster voor eerste fase van de lading cel kalibratie (c) venster voor de tweede fase van belasting cel kalibratie (d) venster voor het laatst fase van belasting cel kalibratie, bestand is hier opgeslagen en logboekregistratie van gegevens werd begonnen. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

3. voorbereiding van de Chaparral en Excelsior brandstof bedden

Opmerking: elk experiment gebruikt 2 kg van levende chamise en 0,5 kg van excelsior (geraspte aspen hout).

  1. Uit de stapel van brandstof verzameld voor het branden, het verzamelen van verschillende 1-pint flessen van brandstof (3-4 flessen).
    1. Volgt u de procedures die zijn afgebakend door landgenoot en Dean oven droge monsters en verkrijgen van brandstof vocht inhoud 30.
  2. Trim afzonderlijke takken van een bundel van onlangs geoogst chamise te verwijderen dode materiaal en materiaal van de tak meer dan ¼ inch diameter. Plaats de resterende live brandstof materiaal in de container voor het wegen.
  3. Selecteer 2 kg van de bijgesneden chamise en 0,5 kg van excelsior met behulp van een elektronische schaal. 0.5 kg van excelsior op de oppervlakte brandstof bed platform plaats op de vloer van de windtunnel, ervoor te zorgen dat de bulkdichtheid zo uniform mogelijk. Dit doen door het plaatsen van een bekende hoeveelheid van excelsior over de diepte van een bekend gebied.
  4. Trekken uit elkaar (pluis) het gecomprimeerde excelsior haar bulkdichtheid afnemen, zodat het zal gemakkelijk branden. belasting 2 kg van bijgesneden chamise op het platform opknoping van de meetcellen maken het verhoogde brandstof bed. De chamise takken gelijkmatig gespreid in het gehele platform voor de productie van een uniforme brandstof bed.

4. Thermokoppel regeling

Opmerking: K-Type thermokoppels voor het meten van de temperatuur van zowel brandstof bedden worden gebruikt. Gegevens worden verzameld via een data-acquisitiesysteem instelbaar met behulp van een aangepaste grafische user interface (zie tabel van materialen voor controller ontwerp-software). De aanbevolen thermokoppels voor gebruik zijn 24 AWG thermokoppels met een responstijd van 0.9 s.

  1. Sluit een array van zestien 24 AWG thermokoppels (dirigent diameter: 0.51054 mm) om een datalogger (reactietijd: 0.9 s).
  2. 6 thermokoppels in de kroon brandstof laag invoegen. Plaats deze thermokoppels 20 cm uit elkaar en Vermijd contact van thermokoppels met takken. 10 thermokoppels invoegen de oppervlakte brandstof laag. Plaats deze oppervlakte brandstof thermokoppels 10 cm uit elkaar en Vermijd contact van thermokoppels met vestigingen (Zie Figuur 4).
  3. Gegevensregistratie activeren door te klikken op de " Start " knop in de software-thermokoppel besturingsinterface.

figure-protocol-5
Figuur 4: schema van oppervlak en kroon brandstof bedden met thermokoppel matrix locatie. Hier zijn 6 thermokoppels ingevoegd in de kroon brandstof laag 20 cm naast elkaar. 10 thermokoppels werden ingevoegd in de oppervlakte brandstof laag 10 cm uit elkaar. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

5. verwerving beeldinstelling

  1. Mount het visuele referentie doel dat rode merktekens tussenpozen 10-cm-boven de windtunnel venster heeft. Deze doelstelling als referentie gebruiken om te bepalen van de hoogte van de vlam van het experiment video.
    Opmerking: Monster vlam hoogten worden gepresenteerd in Figuur 5.
  2. Fotografische instellingsgegevens collectie. De focus van de camera zodat het vastleggen van de volledige verticale verwijzing doelstelling alsmede de brandstof bed gebied gericht op het testgebied windtunnel aanpassen.
  3. Setup het verzamelen van de gegevens van de videocamera. De videocamera met een universele kleurencamera muursteun monteren op de muur om te zorgen voor een volledige weergave van de windtunnel test afdeling.

figure-protocol-6
Figuur 5: foto van monster vlam hoogten van een typisch experiment. Het blauwe visuele doel met rode markering dient als een verwijzing naar het bepalen van de hoogte van de vlam van de video-experiment. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

6. flow Setup

Opmerking: de windtunnel is uitgerust met een ventilator met variabele snelheid. De luchtstroom in de windtunnel is eerder gekalibreerd om de snelheid van de ventilator. Om te bereiken van de gewenste windsnelheid, is de draaisnelheid van de ventilator (in Hz) geselecteerd. In de huidige experimenten, geen wind en 1 m/s wind stroom gevallen werden bestudeerd.

  1. Set de snelheid van de ventilator aan 1 m/s op de snelheidsregelaar. Inschakelen van de ventilator om ervoor te zorgen dat het goed functioneert.
  2. Uitschakelen van de ventilator. Het is nu klaar voor gebruik.
    Opmerking: Het branden-gebouw is ontworpen om de uitvoering van de experimenten van de brand veilig terwijl het evacueren van de rook van de werkruimte. Lokale fire autoriteiten in kennis stellen dat experimenten uitgevoerd om te elimineren van het voorkomen van valse alarmen.
  3. Sluit alle deuren in het gebouw om ervoor te zorgen dat de ventilatieopeningen van het dak de enige mogelijke uitgang voor rook evacuatie zijn.
  4. Zet de luchttoevoer fans te brengen in de frisse lucht van buiten het gebouw op de vloer. Zet de afzuigventilatoren te evacueren rook door de dak-ventilatieopeningen.
    Opmerking: Dit zal vast een lage snelheid, hoogvolume luchtstroom van buiten het gebouw dat verticaal vanwege het lichte drukverschil stijgt en het dak openingen.
  5. Voorafgaand aan elk experiment, een natte-lamp hygrometer te gebruiken voor het meten van de relatieve vochtigheid en temperatuur van de omgevingslucht.

7. Ontsteking (uit te voeren gelijktijdig met stap 8)

Opmerking: het proces van de ontsteking moet als volgt worden uitgevoerd door het bemanningslid van de ontsteking. Voor vergroting van de veiligheid, is het aanbevolen dat een tweede bemanningslid tijdens ontsteking blijven in de buurt van de proefruimte.

  1. Als opdracht te ' ontbranden ', geniet van de voorrand van het excelsior oppervlakte brandstof bed met gedenatureerde ethylalcohol. Plaats de fles alcohol buiten de zone van de ontsteking en het einde van het oppervlak brandstof bed in een lijn evenwijdig aan de voorrand van het bed van brandstof met een fakkel butaan, ontbranden. Worden oplettende zoals de brandstof alcohol doordrenkte zal gemakkelijk ontbranden.
  2. Zodra het bed van de brandstof heeft zijn ontstoken, stap uit het gedeelte van de test en sluit de deur van de tunnel. Als wind vereist voor het experiment is, schakelt de ventilator van de windtunnel.

8. Initiëren Experimental uitvoeren

Opmerking: bij het verifiëren van het experiment is correct ingesteld, de camera's moeten worden gestart.

  1. De videocamera vastleggen inschakelen.
  2. Spreken hardop de experiment nummer/code, de datum en experimentele configuratie zodat deze informatie wordt vastgelegd door de microfoon van de videocamera.
  3. Instrueren de bemanning van de computer om te beginnen gegevensregistratie tikkende de " gegevens logboekregistratie inschakelen " optie in de instrument-besturingsinterface (Zie figuur 3d, i.1). Instrueer de persoon van de ontsteking te ontbranden van de brandstof. Zodra de ontsteking bemanningslid de windtunnel verlaat, instrueren het bemanningslid van de wind om te beginnen de windtunnel ventilator. Dit zal het begin van het experiment waar tijd nul is (t = 0).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

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

Kroon en oppervlakte vlam hoogte gegevens werden verkregen uit de videogegevens. De tendensen van de hoogte van de typische vlam voor experimenten wordt gepresenteerd in Figuur 6. Vlam hoogte gedrag gevolgd die gevonden in zon et al. 14

figure-results-1
Figuur 6: geschat kroon vlam hoogte.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

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

De mogelijkheid voor het meten van de massa van de verhoogde brandstof gedurende het gehele experiment was een van de belangrijkste voordelen van de techniek die hier gepresenteerd. Eerdere studies adressering chaparral brand hebben gericht op beide enige kroon brand initiatie of alleen op oppervlakte verspreid, maar niet beide. Dergelijke studies hebben de mogelijkheid van een ontsteking in de kroon laag gekwantificeerd en studie van de verspreiding voor toekomstige werkzaamheden23hebben verlaten...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

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

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

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

De auteurs wil erkennen van Benjamin Sommerkorn, Gabriel Dupont, Jake Eggan en Chirawat Sanpakit die met de experimenten die hier gepresenteerd geholpen. Jeanette Cobian Iñiguez erkent ondersteuning door NASA MUREP institutionele onderzoek gelegenheid (MIRO) subsidie nummer NNX15AP99A. Dit werk werd ook gefinancierd door het USDA/USDI nationale brand Plan door middel van een overeenkomst tussen PSW Research Station, USDA Forest Service en de Universiteit van Californië - Riverside.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Wind Tunnel Instrumentation
cDAQ-9178 CompactDAQ ChassisNational Instruments781156-01
NI-9213 C Series Temperature Input ModuleNational Instruments785185-01
NI SignalExpress voor WindowsNational Instruments779037-35 Newest versie, oudere versie gebruikt voor experiment
High Temperature Nextel Insulated Thermocouple ElementsOmegaXC-24-K-18
Thermocouple Extension Wire with Polyvinyl Coated Wire and Tinned Copper OverbraidOmegaEXPP-K-24S-TCB-P
Ultra High Temperature Miniature ConnectorsOmegaSHX-K-M
CompuTrac MAX 2000XL Arizona InstrumentsMAX-2000XLUit productie, nieuwer model beschikbaar
Kestrel 3000 Pocket Weather MeterNielsen-Kellerman0830
Satorius CPA 34001S Sartorius25850314Uit productie
5 Kg Micro Load Cell (X4)Robotshop.comRB-Phi-118Strain Gauge Load Cell
Phidget PhidgetBridge Wheatstone Bridge Sensor InterfaceRobotshop.comRB-Phi-107Interfaces met 4 load cells, voert signaalversterking uit
#2 Stainless S-Biner (X4)Home DepotSB2-03-11Dual spring gate carabiners gebruikt om load cells te monteren
2 in. Malleable Iron C-ClampHome Depot# 4011Gebruikt om load cells te monteren
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Persoonlijke beschermingsmiddelen
Wildland Firefighter Nomex ShirtGSA AdvantageSH35-5648
Fireline 6 oz Wildland Fire PantsGSA Advantage139702MR SEV16
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Brandstoffen
ChamiseIn situ verzameldN/A
Natural Shredded Wood Excelsior – Natural Coarse 50 lbs balPaper Mart21-711-88
Bernzomatic UL100 Basic Propane Torch KitHome DepotUL100KC
Isopropyl alcoholConvenience storeN/A
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Video en fotografie
Nikon D3000 10.2-MP DSLR camera met DX-format sensor en 3x 18x55mm Zoon-NIKKOR VR Image Stabilisatie Lens
Sony Handycam Camcorder DCR-SX85Amazon.comDCR-SX85
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Software
NI LabViewNational InstrumentsStudentversieGebaten voor instrumentcontrole en interfacing
MATLAB Student Version (MATLAB_R2014a)MathworksStudentversie Gebaten voor dataverwerking inclusief beeldverwerking

Referenties

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

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

BrandstofmassaverliesOppervlaktebrandstoflaagKroonbrandstoflaagTemperatuurmeting met ThermokoppelVlamhoogteanalyseRekstrookkalibratieChamise Excelsior brandstofBrandontsteking uitbreiding

Gerelateerde artikelen