Name: Eksperymenty w tunelu aerodynamicznym w celu zbadania pożarów korony Chaparral (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-11-14T14:00:00.000+00:00
Duration: 9 min 27 s
Description: Poznaj metodę badań pożarów korony Chaparral w tunelu aerodynamicznym. Technika umożliwia pomiar utraty masy i temperatury w warstwie powierzchniowej oraz korony, dostarczając kluczowych danych o dynamice pożarów.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Autorzy chcieliby podziękować Benjaminowi Sommerkornowi, Gabrielowi Dupontowi, Jake'owi Egganowi i Chirawatowi Sanpakitowi, którzy pomogli w przedstawionych tutaj eksperymentach. Jeanette Cobian Iñiguez dziękuje za wsparcie ze strony grantu NASA MUREP Institutional Research Opportunity (MIRO) numer NNX15AP99A. Prace te zostały również sfinansowane przez Krajowy Plan Przeciwpożarowy USDA/USDI na mocy umowy między Służbą Leśną USDA, Stacją Badawczą PSW i Uniwersytetem Kalifornijskim - Riverside.

Ostrzeżenie: Ponieważ kilka etapów poniższego protokołu obejmuje czynności, które mogą spowodować urazy, należy upewnić się, że stosowane są odpowiednie środki ochrony osobistej (ŚOO) zgodnie z ustalonymi protokołami bezpieczeństwa, w tym odzież ognioodporna i okulary ochronne.
1. Konfiguracja aparatury ogniw obciążenia w złożu paliwa typu Crown
<ol>
	<li>Zmodyfikuj 4 zaciski śrubowe w kształcie litery C, mocując karabinki z podwójną sprężyną (patrz Tabela materiałów) przez otwór na sworzeń w końcówce śruby zacisku (patrz Rysunek 2). Użyj karabinków do zawieszenia łoża paliwa koronowego.</li>
	<li>Używając innego zestawu zacisków śrubowych w kształcie litery C, przymocuj każdą ogniwo tensometryczne do górnej części ramy tunelu aerodynamicznego (patrz Rysunek 2).</li>
	<li>Zamocuj zmodyfikowane zaciski śrubowe w kształcie litery C do wolnego końca ogniw tensometrycznych, tak aby karabinki zwisały w dół. Przymocuj łańcuchy do platformy łoża paliwa koronowego.</li>
	<li>Aby zawiesić platformę łoża paliwa koronowego na ramie tunelu aerodynamicznego, połącz każdy z łańcuchów łoża paliwa koronowego z karabinkiem.</li>
	<li>Po pełnym zamontowaniu i podłączeniu każdego z czterech ogniw obciążeniowych do łoża paliwa, podłącz ich przewody do mostka Wheatstone'a, który będzie służył do akwizycji danych. Przykryj ogniwa obciążeniowe materiałem ognioizolacyjnym, np. takim, który stosuje się w schronieniach przeciwpożarowych.</li>
</ol>
<img alt="Układ eksperymentu odporności ogniowej; ściski C, przetwornik siły, karabińczyk do analizy testów strukturalnych." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56591/56591fig2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 2"> 
Rysunek 2: Instrumentacja przetwornika siły w złożu paliwa koronowego w tunelu aerodynamicznym. (a) Widok przedni tunelu aerodynamicznego (b) Modyfikowany ścisk C z karabińczykiem i łańcuchem złoża paliwa koronowego, który podtrzymuje złożu paliwa koronowego. (c) Przetwornik siły przymocowany do ramy tunelu aerodynamicznego za pomocą ścisku C. <a href="//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/56591/56591fig2large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tego rysunku.</a>
2. Kalibracja ogniwa obciążnikowego
UWAGA: Sygnał generowany przez przetworniki obciążenia jest przeliczany na równoważną masę według wzoru: 
<img alt="Równanie stanu równowagi statycznej: m = A·V + B, formuła algebraiczna, zastosowanie edukacyjne." src="/files/ftp_upload/56591/56591eq2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Equation 2"> 
gdzie V to sygnał, zazwyczaj w miliwoltach, A oraz B to stałe wyznaczane podczas kalibracji, a m oznacza masę w gramach. Wszystkie parametry w równaniu (2) są uzyskiwane za pomocą niestandardowego interfejsu sterowania instrumentem, opracowanego dla aparatury do pomiaru masy korony w niniejszym protokole. Podczas pierwszego uruchomienia systemu do kalibracji sygnału przetwornika obciążenia stosuje się odważniki wzorcowe. Stałe kalibracyjne A i B zostaną wyznaczone na podstawie sygnału generowanego podczas pomiaru obciążenia tych odważników wzorcowych. Stała A jest obliczana z: 
<img alt="A=mt/(aw-aw,o) formuła obliczania absorpcji w schemacie analizy chromatograficznej." src="/files/ftp_upload/56591/56591eq3.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Equation 3"> 
gdzie mt to masa użytego odważnika wzorcowego, aw to sygnał generowany przy obciążeniu przetwornika odważnikiem, natomiast aw,o odpowiada sygnałowi generowanemu, gdy przetwornik obciążenia nie jest obciążony.
<ol>
	<li>Aby uzyskać stałą kalibracji A, zawieś odważniki precyzyjne (zalecany zakres to 200 - 500 g) na pierwszym ogniwie obciążnikowym. Masę odważników precyzyjnych przyjmij jako parametr mt w równaniu (3).</li>
	<li>Ustaw wzmocnienie ogniwa obciążnikowego na 128, korzystając z pola Input #, jak pokazano na Rysunku 3b, i.1. Odpowiada to maksymalnej wartości dopuszczalnej przez urządzenie.</li>
	<li>Odczytaj sygnał wyjściowy z Output 0 w interfejsie instrumentu (patrz Rysunek 3b, i2). Jest to parametr aw w równaniu (3).</li>
	<li>Zdejmij odważnik i odczytaj nową wartość wyświetlaną w interfejsie instrumentu (Rysunek 3b, i2). Jest to parametr aw,o.</li>
	<li>Oblicz A na podstawie parametrów (mt, aw, aw,o) uzyskanych w krokach 2.1 do 2.4 oraz przedstawionych równań.</li>
	<li>W interfejsie kontrolera wpisz dla każdego czujnika wartość Ch 0-M równą wartości A otrzymanej w poprzednim kroku.</li>
	<li>Aby wyznaczyć wartość offsetu B, usuń wszystkie odważniki, odczytaj wartość w polu „Outputs Calibrated (g)” (patrz Rysunek 3c, i2) i pomnóż tę wartość przez -1. Otrzymana liczba jest stałą B; wpisz ją w polu „Addition” Ch 0-A (patrz Rysunek 3c, i.3).</li>
	<li>Powtórz kroki od 2.3 do 2.8 dla każdego ogniwa obciążnikowego (0, 1, 2, 3). System jest teraz całkowicie skalibrowany; można przystąpić do załadowania paliw do złóż.</li>
</ol>
<img alt="Schemat konfiguracji systemu sterowania z mostkiem, ogniwami obciążenia i kalibracją czujników. Rejestrowanie danych włączone." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56591/56591fig3.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rycina 3"> 
Rycina 3: Kroki wprowadzania danych w interfejsie sterowania instrumentem dla kalibracji ogniwa obciążenia. (a) Okno wstępnej konfiguracji mostka z ustawieniem wzmocnienia i polem wyboru aktywacji (b) Okno pierwszego etapu kalibracji ogniwa obciążenia (c) Okno drugiego etapu kalibracji ogniwa obciążenia (d) Okno ostatniego etapu kalibracji ogniwa obciążenia, w którym plik zostaje zapisany i rozpoczęto rejestrowanie danych. <a href="//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/56591/56591fig3large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.</a>
3. Przygotowanie podłoży paliwowych z chaparralu i wiórów drzewnych
UWAGA: Każdy eksperyment wykorzystuje 2 kg żywego chamise oraz 0,5 kg wełnianki (szatkowanego drewna osiki).
<ol>
	<li>Z zebranego do spalenia stosu paliwa pobierz kilka butelek o pojemności 1 pinta (3-4 butelki).
	<ol>
		<li>Postępuj zgodnie z procedurami opisanymi przez Countrymana i Deana w celu wysuszenia próbek w piecu i wyznaczenia wilgotności paliwa30.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przytnij poszczególne gałązki z wiązki świeżo zebranej chamise, aby usunąć martwe części oraz materiał gałęzi o średnicy przekraczającej ¼ cala. Umieść pozostały żywy materiał paliwowy w naczyniu do ważenia.</li>
	<li>Odważ za pomocą wagi elektronicznej 2 kg przyciętej chamise oraz 0,5 kg wełny drzewnej (excelsior). Rozmieść 0,5 kg wełny drzewnej na platformie powierzchniowego złoża paliwa na podłodze tunelu aerodynamicznego, dbając o to, aby gęstość nasypowa była jak najbardziej jednorodna. Osiągnij to poprzez rozmieszczenie znanej ilości wełny drzewnej na określonej powierzchni i głębokości.</li>
	<li>Rozluźnij (spulchnij) zbitą wełnę drzewną, aby zmniejszyć jej gęstość nasypową, co umożliwi łatwiejsze spalanie. Załaduj 2 kg przyciętej chamise na platformę zawieszoną na ogniwach pomiarowych, aby utworzyć wyniesione złoże paliwa. Równomiernie rozłóż gałązki chamise na całej platformie, tworząc jednorodne złoże paliwa.</li>
</ol>
4. Rozmieszczenie termopar
UWAGA: Termopary typu K są wykorzystywane do pomiaru temperatury obu złóż paliwa. Dane są zbierane za pomocą systemu akwizycji danych sterowanego przez dostosowany interfejs graficzny użytkownika (projekt oprogramowania sterownika znajduje się w tabeli materiałów). Do użytku zaleca się termopary 24 AWG o czasie odpowiedzi 0,9 s.
<ol>
	<li>Podłącz zestaw szesnastu termopar 24 AWG (średnica przewodnika: 0.51054 mm) do rejestratora danych (czas odpowiedzi: 0.9 s).</li>
	<li>Wprowadź 6 termopar do warstwy paliwa w koronach drzew. Rozmieść termopary w odstępach 20 cm, unikając ich kontaktu z gałęziami. Wprowadź 10 termopar do powierzchniowej warstwy paliwa. Rozmieść termopary w warstwie powierzchniowej w odstępach 10 cm, unikając kontaktu termopar z gałęziami (patrz Rysunek 4).</li>
	<li>Uruchom rejestrację danych, klikając przycisk „Start” w interfejsie oprogramowania sterującego termoparami.</li>
</ol>
<img alt="Schemat termopar w powierzchniowym złożu paliwa, analiza rozprzestrzeniania się ognia, układ eksperymentalny, monitorowanie ciepła." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56591/56591fig4.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rycina 4"> 
Rycina 4: Schemat powierzchniowego i koronowego złoża paliwa z lokalizacją układu termopar. Tutaj 6 termopar umieszczono w warstwie paliwa koronowego w odstępach 20 cm jedna od drugiej. 10 termopar umieszczono w powierzchniowej warstwie paliwa w odstępach 10 cm. <a href="//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/56591/56591fig4large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
5. Konfiguracja akwizycji obrazu
<ol>
	<li>Zamontuj wizualny cel referencyjny z czerwonymi oznaczeniami w odstępach 10 cm powyżej okna tunelu aerodynamicznego. Użyj tego celu jako punktu odniesienia do wyznaczenia wysokości płomienia z filmu z eksperymentu. 
	UWAGA: Przykładowe wysokości płomieni przedstawiono na Rysunku 5.</li>
	<li>Skonfiguruj system zbierania danych fotograficznych. Ustawiając ostrość na obszarze badawczym tunelu aerodynamicznego, dostosuj ją tak, aby uchwycić cały pionowy cel referencyjny oraz obszar złoża paliwa.</li>
	<li>Skonfiguruj system zbierania danych z kamery wideo. Zamontuj kamerę wideo na ścianie za pomocą uniwersalnego uchwytu ściennego, aby zapewnić pełny widok sekcji badawczej tunelu aerodynamicznego.</li>
</ol>
<img alt="Eksperyment zachowania ognia; pomiar wysokości płomienia; konfiguracja laboratoryjna; analiza spalania; dynamika płomienia." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56591/56591fig5.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 5"> 
Rysunek 5: Zdjęcie przykładowych wysokości płomieni z typowego eksperymentu. Niebieski cel wizualny z czerwonym znacznikiem służy jako punkt odniesienia do wyznaczania wysokości płomienia z nagrania wideo z eksperymentu. <a href="//cloudfront.jove.com/files/ftp_upload/56591/56591fig5large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
6. Konfiguracja przepływu
UWAGA: Tunel aerodynamiczny jest wyposażony w wentylator o zmiennej prędkości. Przepływ powietrza w tunelu został wcześniej skalibrowany względem prędkości wentylatora. Aby uzyskać pożądaną prędkość wiatru, wybierana jest prędkość obrotowa wentylatora (w Hz). W niniejszych eksperymentach badano przypadki braku wiatru oraz przepływu powietrza z prędkością 1 m/s.
<ol>
	<li>Ustaw prędkość wentylatora na 1 m/s na kontrolerze prędkości. Włącz wentylator, aby upewnić się, że działa on prawidłowo.</li>
	<li>Wyłącz wentylator. Jest on teraz gotowy do użycia. 
	UWAGA: Budynek do wypalania jest zaprojektowany tak, aby bezpiecznie przeprowadzać eksperymenty pożarowe przy jednoczesnym usuwaniu dymu z przestrzeni roboczej. Poinformuj lokalne służby pożarnicze o prowadzeniu eksperymentów, aby wyeliminować ryzyko fałszywych alarmów.</li>
	<li>Zamknij wszystkie drzwi w budynku, aby upewnić się, że otwory wentylacyjne w dachu są jedyną możliwą drogą ewakuacji dymu.</li>
	<li>Włącz wentylatory nawiewne, aby doprowadzić świeże powietrze z zewnątrz budynku na poziomie podłogi. Włącz wentylatory wyciągowe, aby usunąć dym przez otwory wentylacyjne w dachu. 
	UWAGA: Pozwoli to na stworzenie przepływu powietrza z zewnątrz budynku o niskiej prędkości i dużej objętości, który unosi się pionowo ze względu na niewielką różnicę ciśnień oraz otwory w dachu.</li>
	<li>Przed każdym eksperymentem użyj higrometru psychrometrycznego do pomiaru wilgotności względnej i temperatury powietrza otaczającego.</li>
</ol>
7. Zapłon (wykonać jednocześnie z krokiem 8)
UWAGA: Proces zapłonu powinien zostać przeprowadzony przez członka zespołu odpowiedzialnego za zapłon w następujący sposób. W celu zwiększenia bezpieczeństwa zaleca się, aby podczas zapłonu w pobliżu obszaru testowego pozostawał drugi członek zespołu.
<ol>
	<li>W przypadku instrukcji „podpal”, nasącz przednią krawędź powierzchniowego złoża paliwa z wełny drzewnej zdenaturowanym alkoholem etylowym. Odstaw butelkę z alkoholem z dala od strefy zapłonu i za pomocą palnika butanowego podpal koniec powierzchniowego złoża paliwa w linii równoległej do jego przedniej krawędzi. Zachowaj ostrożność, ponieważ paliwo nasączone alkoholem zapala się bardzo łatwo.</li>
	<li>Po podpaleniu złoża paliwa wyjdź z sekcji testowej i zamknij drzwi tunelu. Jeśli eksperyment wymaga obecności wiatru, włącz wentylator tunelu aerodynamicznego.</li>
</ol>
8. Rozpoczęcie pomiaru eksperymentalnego
UWAGA: Po zweryfikowaniu, że eksperyment został poprawnie przygotowany, należy uruchomić kamery.
<ol>
	<li>Włącz kamerę wideo w celu rozpoczęcia nagrywania.</li>
	<li>Wypowiedz na głos numer/kod eksperymentu, datę oraz konfigurację doświadczalną, aby mikrofon w kamerze wideo zarejestrował te informacje.</li>
	<li>Poleć osobie obsługującej komputer rozpoczęcie rejestracji danych poprzez zaznaczenie opcji „Enable data logging” w interfejsie sterowania urządzeniem (patrz Rycina 3d, i.1). Poleć osobie odpowiedzialnej za zapłon zapalić paliwo. Po wyjściu tej osoby z tunelu aerodynamicznego, poleć osobie obsługującej tunel uruchomić wentylator. Moment ten będzie początkiem eksperymentu, w którym czas wynosi zero (t = 0).</li>
</ol>

<ol><li>California Department of Forestry and Fire Protection. Incident Information, 2016. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://cdfdata.fire.ca.gov/incidents/">http://cdfdata.fire.ca.gov/incidents/</a> (2016).</li>
<li>Minnich, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fire+mosaics+in+southern+California+and+northern+Baja+California%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Fire mosaics in southern California and northern Baja California.</a> Science. 219 (4590), 1287-1294 (1983).</li>
<li>Tachajapong, W., Lozano, J., Mahalingam, S., Weise, D. R. <a target="_blank" href="http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.1005.7175&rep=rep1&type=pdf">Experimental modelling of crown fire initiation in open and closed shrubland systems.</a> Int. J. Wildl. Fire. 23 (4), 451-462 (2014).</li>
<li>Rothermel, R. C., Philpot, C. W. <a target="_blank" href="https://www.treesearch.fs.fed.us/pubs/48635">Predicting changes in chaparral flammability.</a> J. For. 71 (10), 640-643 (1973).</li>
<li>Van Wagner, C. E. <a target="_blank" href="https://www.snap.uaf.edu/webshared/JenNorthway/AKFireModelingWorkshop/AKFireModelingWkshp/FSPro%20Analysis%20Guide%20References/VanWagner%201977%20Conditions%20for%20the%20start.pdf">Conditions for the start and spread of crown fire.</a> Can. J. For. Res. 7, 23-34 (1977).</li>
<li>Fons, W. L. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/260376520_W_L_Fons_Analysis_of_fire_spread_in_light_fuels_Journal_of_Agricultural_Research_7293--121_1946">Analysis of Fire Spread in Light Forest Fuels.</a> J. Agric. Res. (3), (1946).</li>
<li>Lozano, J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22An+investigation+of+surface+and+crown+fire+dynamics+in+shrub+fuels++%5B%5D%22">An investigation of surface and crown fire dynamics in shrub fuels [dissertation]</a>. , University of California-Riverside. 222 (2011).</li>
<li>Weise, D., Zhou, X., Sun, L., Mahalingam, S. <a target="_blank" href="https://www.treesearch.fs.fed.us/pubs/34817">Fire spread in chaparral-'go or no-go?'.</a> Int. J. Wildl. Fire. 14, 99-106 (2005).</li>
<li>Cruz, M. G., Butler, B. W., Alexander, M. E., Forthofer, J. M., Wakimoto, R. H. <a target="_blank" href="https://cfs.nrcan.gc.ca/publications?id=26054">Predicting the ignition of crown fuels above a spreading surface fire. Part I: Model idealization.</a> Int. J. Wildl. Fire. 15 (1), 47-60 (2006).</li>
<li>Cruz, M. G., Butler, B. W., Alexander, M. E., Forthofer, J. M., Wakimoto, R. H. <a target="_blank" href="ftp://ftp.nofc.forestry.ca/pub/fire/Alexander/USFS_RD_WildlandFireReview/references/cruz_butler_alexander_2006.pdf">Predicting the ignition of crown fuels above a spreading surface fire. Part II: Model idealization.</a> Int. J. Wildl. Fire. 15 (1), 47-60 (2006).</li>
<li>Li, J., Mahalingam, S., Weise, D. R. <a target="_blank" href="https://www.treesearch.fs.fed.us/pubs/53603">Experimental investigation of fire propagation in single live shrubs.</a> Int. J. Wildl. Fire. 26 (1), 58-70 (2017).</li>
<li>Byram, G. M. <a target="_blank" href="https://www.frames.gov/catalog/9652">Combustian of Forest Fuels.</a> For. Fire Control Use. , 61-89 (1959).</li>
<li>Dupuy, J. L., Maréchal, J., Morvan, D. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010218003001470">Fires from a cylindrical forest fuel burner: Combustion dynamics and flame properties.</a> Combust. Flame. 135 (1-2), 65-76 (2003).</li>
<li>Sun, L., Zhou, X., Mahalingam, S., Weise, D. R. <a target="_blank" href="https://www.fs.usda.gov/treesearch-beta/pubs/34818">Comparison of burning characteristics of live and dead chaparral fuels.</a> Combust. Flame. 144 (1-2), 349-359 (2006).</li>
<li>Fletcher, T. H., Pickett, B. M., et al. <a target="_blank" href="https://www.treesearch.fs.fed.us/pubs/30610">Effects of Moisture on Ignition Behavior of Moist California Chaparral and Utah Leaves.</a> Combust. Sci. Technol. 179 (6), 1183-1203 (2007).</li>
<li>Engstrom, J. D., Butler, J. K., Smith, S. G., Baxter, L. L., Fletcher, T. H., WEISE, D. R. <a target="_blank" href="http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/00102200490474278">Ignition Behavior of Live California Chaparral Leaves.</a> Combust. Sci. Technol. 176 (9), 1577-1591 (2004).</li>
<li>Zukoski, E. <a target="_blank" href="http://www.iafss.org/publications/fss/1/1">Fluid Dynamic Aspects Of Room Fires.</a> Fire Saf. Sci. 1, 1-30 (1986).</li>
<li>Thomas, P. H., Webster, C. T., Raftery, M. M. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0010218061901171">Some experiments on buoyant diffusion flames.</a> Combust. Flame. 5, 359-367 (1961).</li>
<li>Finney, M. a, Cohen, J. D., McAllister, S. S., Jolly, W. M. <a target="_blank" href="https://www.fs.fed.us/rm/pubs_other/rmrs_2013_finney_m001.pdf">On the need for a theory of wildland fire spread.</a> Intl J Wildl Fire. 22 (1), 25-36 (2013).</li>
<li>Mendes-Lopes, J. M. C., Ventura, J. M. P., Amaral, J. M. P. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/228756769_Flame_characteristics_temperature-time_curves_and_rate_of_spread_in_fires_propagating_in_a_bed_of_Pinus_pinaster_needles">Flame characteristics, temperature-time curves, and rate of spread in fires propagating in a bed of Pinus pinaster needles.</a> Int. J. Wildl. Fire. 12 (1), 67-84 (2003).</li>
<li>Williams, F. A. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0082078477804153">Mechanisms of fire spread.</a> Symp. Combust. 16 (1), 1281-1294 (1977).</li>
<li>Sullivan, A. L., Ball, R. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1352231011012052">Thermal decomposition and combustion chemistry of cellulosic biomass.</a> Atmospheric Environment. 47, 133-141 (2012).</li>
<li>Tachajapong, W., Lozano, J., Mahalingam, S., Zhou, X., Weise, D. R. <a target="_blank" href="https://www.treesearch.fs.fed.us/pubs/33309">Experimental and Numerical Modeling of Shrub Crown Fire Initiation.</a> Combust. Sci. Technol. , 618-640 (2016).</li>
<li>Tachajapong, W., Lozano, J., Mahalingam, S., Zhou, X., Weise, D. R. <a target="_blank" href="https://www.treesearch.fs.fed.us/pubs/30613">An investigation of crown fuel bulk density effects on the dynamics of crown fire initiation in Shrublands.</a> Combust. Sci. Technol. 180 (4), 593-615 (2008).</li>
<li>Zhou, X., Weise, D., Mahalingam, S. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0082078404000748">Experimental measurements and numerical modeling of marginal burning in live chaparral fuel beds.</a> Proc. Combust. Inst. 30 (2), 2287-2294 (2005).</li>
<li>Pickett, B. M., Isackson, C., Wunder, R., Fletcher, T. H., Butler, B. W., Weise, D. R. <a target="_blank" href="https://www.fs.fed.us/rm/pubs_other/rmrs_2009_pickett_b001.pdf">Flame interactions and burning characteristics of two live leaf samples.</a> Int. J. Wildl. Fire. 18 (7), 865-874 (2009).</li>
<li>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).</li>
<li>Silvani, X., Morandini, F. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0379711208000817">Fire spread experiments in the field: Temperature and heat fluxes measurements.</a> Fire Safety J. 44 (2), 279-285 (2009).</li>
<li>Morandini, F., Silvani, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0379711206000191">Fire spread experiment across Mediterranean shrub: Influence of wind on flame front properties.</a> Fire Safety J. 41 (3), 229-235 (2006).</li>
<li>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:
 <a target="_blank" href="http://www.fs.fed.us/psw/publications/documents/psw_gtr036/">http://www.fs.fed.us/psw/publications/documents/psw_gtr036/</a> 28(1979).</li>
<li>Albini, F. A. <a target="_blank" href="http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/00102208508960381">A Model for Fire Spread in Wildland Fuels by- Radiation.</a> Combust. Flame. 42, (1985).</li>
<li>Rothermel, R. C. <a target="_blank" href="https://www.treesearch.fs.fed.us/pubs/32533">A Mathematical Model for Predicting Fire Spread in Wildland Fuels.</a> USDA For. Serv. Res. Pap. INT-115. , 40(1972).</li>
<li>Freeborn, P. H., Wooster, M. J., et al. <a target="_blank" href="https://www.fs.fed.us/rm/pubs_other/rmrs_2008_freeborn_p001.pdf">Relationships between energy release, fuel mass loss, and trace gas an aerosol emissions during laboratory biomass fires.</a> J. Geophys. Res. Atmos. 113 (1), 1-17 (2008).</li>
<li>Finney, M. A., Cohen, J. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Role+of+buoyant+flame+dynamics+in+wildfire+spread%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Nat+Acad+Sci+USA%22%5BJournal%5D)">Role of buoyant flame dynamics in wildfire spread.</a> Proc Nat Acad Sci USA. 112 (32), 9833-9838 (2015).</li>
<li>Green, L. R. <a target="_blank" href="https://www.treesearch.fs.fed.us/pubs/24106">Burning by prescription in chaparral.</a> USDA For. Serv. Gen. Tech. Rep. PSW-51. , 36(1981).</li>
<li>Cohen, J., Bradshaw, B. <a target="_blank" href="https://www.treesearch.fs.fed.us/pubs/47678">Fire behavior modeling - a decision tool.</a> Proc. Prescr. Burn. Midwest State Art. , 1-5 (1986).</li>
<li>Weise, D. R., Koo, E., Zhou, X., Mahalingam, S., Morandini, F., Balbi, J. H. <a target="_blank" href="http://www.publish.csiro.au/WF/WF15177">Fire spread in chaparral - A comparison of laboratory data and model predictions in burning live fuels.</a> Int. J. Wildl. Fire. 25 (9), 980-994 (2016).</li>
<li>Omodan, S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aOmodan%2C+S+%22Fire+Behavior+Modeling+-+Experiment+on+Surface+Fire+Transition+to+the+Elevated+Live+Fuel+A%22">Fire Behavior Modeling - Experiment on Surface Fire Transition to the Elevated Live Fuel A</a>. , (2015).</li>
<li>Mulvaney, J. J., Sullivan, A. L., Cary, G. J., Bishop, G. R. <a target="_blank" href="http://www.publish.csiro.au/WF/WF15068">Repeatability of free-burning fire experiments using heterogeneous forest fuel beds in a combustion wind tunnel.</a> Intl J Wildl Fire. 25 (4), 445-455 (2016).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Możliwość pomiaru podwyższonej masy paliwa przez cały czas trwania eksperymentu była jedną z głównych zalet prezentowanej tu techniki. Wcześniejsze badania dotyczące pożarów chaparral koncentrowały się albo tylko na inicjacji pożaru korony, albo tylko na rozprzestrzenianiu się na powierzchni, ale nie na obu. Badania te pozwoliły określić ilościowo możliwość zapłonu w warstwie korony i pozostawiły badania nad rozprzestrzenianiem się choroby na potrzeby przyszłych prac23. Nasza metodologia pozwala n...

W 2016 roku w stanie Kalifornia odnotowano łącznie 6 986 pożarów obszarów dzikich, które strawiły 564 835 akrów1, spowodowały szkody opiewające na miliony dolarów i zagroziły zdrowiu oraz życiu setek ludzi. Ze względu na regionalny klimat śródziemnomorski głównym źródłem paliwa dla tych pożarów są społeczności roślinności chaparral2. Rozprzestrzenianie się ognia w chaparral można uznać za pożar wierzchołkowy, ponieważ główne spalane paliwo znajduje się na podwyższeniu3. Równolegle z dominującą warstwą żyjących koron występuje warstwa martwego paliwa powierzchniowego, składająca się z opadłych liści, gałęzi oraz roślin zielnych rosnących pod i pomiędzy poszczególnymi krzewami. Ogień łatwiej zainicjuje w warstwie martwego paliwa powierzchniowego. Po zapłonie pożaru powierzchniowego ogień może przejść do warstwy koron, gdzie energia uwalniana przez pożar gwałtownie wzrasta. Choć pożary chaparral były zazwyczaj modelowane jako ogień rozprzestrzeniający się w głębokich paliwach powierzchniowych4, badania nad pożarami chaparral jako pożarami wierzchołkowymi były ograniczone.

Charakterystyka koron w zaroślach typu chaparral, w tym kształt cząstek ulistnienia, różni się od charakterystyki borealnych lasów iglastych, w których przeprowadzono większość badań. Liczne badania w skali laboratoryjnej i polowej analizowały różne aspekty dynamiki pożarów lasów6,5,7,3,8,9,10,11,12. W ramach eksperymentów laboratoryjnych kilka badań oceniło wpływ takich parametrów jak wiatr i właściwości paliwa na zachowanie pożarów koron w chaparral. Lozano7 badał charakterystykę inicjacji pożaru koron w obecności dwóch rozdzielnych warstw paliwa koronowego. W pracy Tachajapong et al.3 spalano rozdzielne warstwy ściółki i koron w tunelu aerodynamicznym, a następnie określono charakterystykę pożaru powierzchniowego. W pełni opisano jedynie inicjację pożaru koron, pozostawiając pełną analizę rozprzestrzeniania się na przyszłe badania. Li et al.11 opisali propagację płomienia przez pojedyncze krzewy chaparral. W pokrewnych pracach Cruz et al.10,9 opracowali model przewidujący zapłon ulistnienia iglastego nad rozprzestrzeniającym się pożarem powierzchniowym. Charakterystyka spalania paliw w chaparral była badana w eksperymentach dotyczących paliw masowych oraz pojedynczych liści13,14,15,16. Dupuy et al.13 badali charakterystykę spalania igieł Pinus pinaster oraz papieru pakowego, spalając te materiały w cylindrycznych koszach. Zaobserwowano, że w tych paliwach wysokość płomienia była powiązana z szybkością wydzielania ciepła zgodnie z prawem potęgowym dwóch piątych, co zgłaszano wcześniej w literaturze17,18. Sun et al.14 spalali paliwa z chaparral w podobnych cylindrycznych koszach, aby przeanalizować charakterystykę spalania trzech rodzajów paliw: chamise (Adenostoma fasciculatum), ceanothus (Ceanothus crassifolius) oraz manzanita (Arctostaphylos glandulosa).
Zmotywowani wynikami wspomnianych badań laboratoryjnych, naszym celem jest tutaj przedstawienie metodologii charakteryzacji rozprzestrzeniania się ognia zarówno w warstwie powierzchniowej, jak i w koronach krzewów. Ponadto dążymy do wyjaśnienia niektórych kluczowych cech, które determinują stopień interakcji między warstwą powierzchniową a koronami. W tym celu opracowaliśmy laboratoryjną metodologię eksperymentalną do badania pionowego przejścia pożaru palącego się w powierzchniowym paliwie obszarów dzikich do pożaru rozprzestrzeniającego się w wyniesionym paliwie krzewiastym. W tego typu pożarach przeniesienie ognia do koron krzewów, znane jako przejście w korony, może w odpowiednich warunkach prowadzić do utrzymującego się rozprzestrzeniania. Generalnie zachowanie pożaru w zaroślach typu chaparral jest determinowane przez topografię, pogodę i paliwo19. Wykazano, że wiatr wpływa na szybkość uwalniania energii w paliwach5,3,8,20.
Rozprzestrzenianie się ognia w paliwach porowatych można postrzegać jako serię przejść lub progów, które muszą zostać przekroczone, aby proces przebiegł pomyślnie21. Pod kątem energetycznym cząsteczka paliwa zapala się, jeśli ilość otrzymanego ciepła doprowadzi do powstania mieszaniny gazów, która ulegnie reakcji z tlenem. Powstały płomień rozprzestrzenia się, jeśli ciepło z palącej się cząsteczki zapali sąsiednią cząsteczkę paliwa. Pożar rozprzestrzenia się po powierzchni gruntu, jeśli jest w stanie pokonać przerwy między łatwopalnymi elementami paliwa. Jeśli płomień pożaru powierzchniowego zdoła przenieść się pionowo do koron krzewów i drzew, często obserwuje się znaczną zmianę zachowania ognia, w tym zwiększone tempo uwalniania ciepła, co wynika z większej dostępności paliwa. Dynamika energii termicznej w pożarach obszarów dzikich obejmuje kilka skal: od bardzo dużej skali, jak w przypadku mega-pożarów, które często wymagają modelowania klimatologicznego, po skalę małą, wymagającą kinetycznego modelowania w skali chemicznej. W niniejszym materiale zajmujemy się modelowaniem zachowania w skali laboratoryjnej tunelu aerodynamicznego; w celu zapoznania się z badaniami nad spalaniem celulozy w skali chemicznej czytelnikowi poleca się prace takie jak Sullivan et al.22
Od 2001 roku przeprowadziliśmy szereg eksperymentów badających niektóre progi energetyczne w skali laboratoryjnej23,8,24,25,26,27, ze szczególnym uwzględnieniem żywych paliw związanych z roślinnością typu chaparral. Choć pomiary pożarów w warunkach terenowych mogą dostarczać bardziej realistycznych wyników, kontrolowane środowisko tunelu aerodynamicznego pozwala na dokładne określenie wpływu poszczególnych parametrów. Kontrola wiatru jest na przykład szczególnie istotna w przypadku pożarów koron w chaparral, występujących w regionach takich jak południowa Kalifornia, gdzie wiatry typu halnego, znane jako wiatry Santa Ana, są typowymi czynnikami wywołującymi pożary. Ponieważ główną motywacją dla opisanej tutaj metodologii jest badanie wpływu wiatru i innych kontrolowanych parametrów na rozprzestrzenianie się ognia w chaparral, badanie to zostało przeprowadzone w tunelu aerodynamicznym w skali laboratoryjnej. W celu zapoznania się z pomiarami temperatury w pożarach chaparral w warunkach terenowych, podobnymi do przedstawionych tutaj, odsyłamy czytelnika do pracy Silvani et al.28. W kwestii pomiarów terenowych dotyczących wpływu wiatru na rozprzestrzenianie się ognia, prosimy zapoznać się z publikacją Morandi et al.29
Kilka parametrów wpływających na rozprzestrzenianie się ognia w paliwach typu chaparral zostało przeanalizowanych eksperymentalnie poprzez ilościowe określenie prawdopodobieństwa sukcesu rozprzestrzeniania się pożaru w podwyższonych złożach paliwa8. Niniejsze badanie eksperymentalne wykorzystuje metodologię opracowaną w celu badania rozprzestrzeniania się pożaru koron w chaparral poprzez modelowanie paliw powierzchniowych i paliw koronnych wewnątrz sekcji testowej tunelu aerodynamicznego o niskiej prędkości. Paliwo powierzchniowe zamodelowano za pomocą ekscelsioru (wysuszonego rozdrobnionego drewna). Złoże paliwa powierzchniowego umieszczono na poziomie gruntu tunelu aerodynamicznego nad standardową skalą (patrz Rysunek 1). Aby reprezentować złoże paliwa koronnego, nad złożem paliwa powierzchniowego umieszczono złoże z krzewu chamise, zawieszając paliwo na platformie zamontowanej na ramie tunelu aerodynamicznego (patrz Rysunek 1). Oba złoża paliwa zostały wyposażone w aparaturę do pomiarów temperatury i ubytku masy; geometrię płomienia uzyskano z nagrań wideo z eksperymentów. Mierzone parametry obejmowały szybkość ubytku masy, wilgotność paliwa oraz względną wilgotność powietrza. Kontrolowane parametry to obecność wiatru, odległość między złożem paliwa powierzchniowego a złożem paliwa koronnego oraz obecność paliwa powierzchniowego. Zmierzona szybkość ubytku masy może zostać wykorzystana do obliczenia szybkości uwalniania ciepła, która jest definiowana jako: 
<img alt="Równanie przekazywania ciepła Q=-h(dm/dt), formuła termodynamiczna." src="/files/ftp_upload/56591/56591eq1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 1"> 
gdzie h to ciepło spalania paliwa, m to masa paliwa, a t to czas.
<img alt="Eksperyment z ogniem z użyciem wentylatorów, warstw paliwa w koronach i na powierzchni; schemat i układ do badania spalania." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56591/56591fig1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rycina 1"> 
Rycina 1: Układ eksperymentalny tunelu aerodynamicznego. Dla ułatwienia oznaczono położenie warstwy paliwa w koronach, warstwy paliwa powierzchniowego oraz wentylatora tunelu. Warstwa paliwa powierzchniowego została umieszczona na poziomie gruntu tunelu aerodynamicznego nad standardową skalą. W celu odwzorowania warstwy paliwa w koronach, nad warstwą paliwa powierzchniowego umieszczono warstwę paliwa z krzewu chamise, zawieszając ją na platformie zamontowanej na ramie tunelu aerodynamicznego. <a href="//cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/56591/56591fig1large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby zobaczyć powiększoną wersję tej ryciny.</a>
Badania skoncentrowano na zrozumieniu zachowania pożarów koron w zaroślach typu chaparral, w szczególności zapłonu, mechanizmów propagacji i rozprzestrzeniania się płomieni, prędkości frontu płomienia oraz tempa zużycia paliwa. Aby zbadać interakcję między pożarem powierzchniowym a pożarem korony, w tunelu aerodynamicznym spalono sześć konfiguracji warstw paliwa powierzchniowego i koronowego, z zastosowaniem przepływu powietrza oraz bez niego: samo paliwo koronowe z wiatrem i bez wiatru (2), warstwy paliwa koronowego i powierzchniowego rozdzielone dwiema różnymi odległościami, z wiatrem i bez wiatru (4). Tabela 1 podsumowuje konfiguracje eksperymentalne z podziałem na 6 klas doświadczalnych. W tabeli parametr paliwa powierzchniowego określa, czy podczas eksperymentu obecne było paliwo powierzchniowe, parametr wiatru odnosi się do obecności wiatru, a wysokość korony określa odległość między dołem warstwy paliwa koronowego a dołem warstwy paliwa powierzchniowego. Wilgotność paliwa była mierzona dla każdego eksperymentu, ale nie była kontrolowana; średnia zawartość wilgotności paliwa wynosiła 48%, natomiast wartości minimalna i maksymalna wynosiły odpowiednio 18% i 68%.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Klasa</td>
			<td>Powierzchniowe złoże paliwa</td>
			<td>Wiatr</td>
			<td>Wysokość korony</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>A</td>
			<td>Nieobecny</td>
			<td>Brak wiatru</td>
			<td>60 lub 70 cm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>B</td>
			<td>Nieobecny</td>
			<td>1 ms-1</td>
			<td>60 lub 70 cm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>C</td>
			<td>Przedstawić</td>
			<td>Brak wiatru</td>
			<td>60 cm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>D</td>
			<td>Przedstawić</td>
			<td>Brak wiatru</td>
			<td>70 cm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>E</td>
			<td>Przedstawić</td>
			<td>1 ms-1</td>
			<td>60 cm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>F</td>
			<td>Przedstawić</td>
			<td>1 ms-1</td>
			<td>70 cm</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tabela 1: Konfiguracje eksperymentów. W tej tabeli parametr powierzchniowej warstwy paliwa określa, czy podczas eksperymentu występowało paliwo powierzchniowe, parametr wiatru odnosi się do obecności wiatru, a wysokość korony odnosi się do odległości między dolną krawędzią warstwy paliwa w koronie a dolną krawędzią powierzchniowej warstwy paliwa.
Waga elektroniczna służyła do pomiaru masy paliwa powierzchniowego, a dla warstwy koronowej opracowaliśmy niestandardowy system pomiaru ubytku masy. System ten składał się z pojedynczych ogniw obciążnikowych przymocowanych do każdego narożnika zawieszonego złoża paliwa. Kamery wideo klasy konsumenckiej rejestrowały wizualny obraz płomieni; przetwarzanie obrazu danych wizualnych za pomocą autorskiego skryptu pozwoliło wyznaczyć charakterystykę płomieni, w tym ich wysokość i kąt. Opracowano program do konwersji klatek wideo z kodowania RGB (czerwony/zielony/niebieski) na czarno-białe poprzez proces progowania intensywności światła. Krawędź płomienia wyznaczono z czarno-białych klatek wideo. Maksymalną wysokość płomienia zdefiniowano jako najwyższy punkt krawędzi płomienia, wyznaczono również chwilowe wysokości płomieni. Na obrazie wysokość płomienia mierzono od podstawy złoża paliwa do maksymalnego pionowego punktu płomienia. Wszystkie kody przetwarzania, a także interfejs sterowania urządzeniami zaprojektowany dla tego protokołu, zostały udostępnione przez autorów tutaj, za pośrednictwem ich strony dostępu do oprogramowania. Pozyskanie świeżego paliwa lokalnie i przeprowadzenie spalania doświadczalnego w ciągu 24 h zminimalizowało utratę wilgoci. Układ termopar rejestrował temperaturę złoża paliwa w kierunku strumienia wiatru, co umożliwiło obliczenie prędkości rozprzestrzeniania się ognia. Rysunek 1 przedstawia schemat ustawienia złoża paliwa wraz z rozmieszczeniem termopar. Szczegóły protokołu eksperymentalnego znajdują się poniżej.

<table><tbody><tr><td>Oprzyrządowanie tunelu aerodynamicznego</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>cDAQ-9178 Podwozie CompactDAQ</td><td>National Instruments</td><td>781156-01</td><td></td></tr><tr><td>NI-9213 Moduł wejściowy temperatury serii C</td><td>National Instruments</td><td>785185-01</td><td></td></tr><tr><td>NI SignalExpress dla systemu Windows</td><td>National Instruments</td><td>779037-35&nbsp;</td><td>Najnowsza wersja, starsza wersja używana do eksperymentów</td></tr><tr><td>Wysokotemperaturowe elementy termopary izolowane Nextel</td><td>Omega</td><td>XC-24-K-18</td><td></td></tr><tr><td>Przedłużacz termopary z drutem pokrytym poliwinylem i oplotem z cynowanej miedzi</td><td>Omega</td><td>EXPP-K-24S-TCB-P</td><td></td></tr><tr><td>Ultra wysokotemperaturowe miniaturowe złącza</td><td>Omega</td><td>SHX-K-M</td><td></td></tr><tr><td>CompuTrac MAX 2000XL&nbsp;</td><td>Arizona Instruments</td><td>MAX-2000XL</td><td>Wycofany, nowszy model</td></tr><tr><td>kieszonkowy miernik pogody Kestrel 3000</td><td>Nielsen-Kellerman</td><td>0830</td><td></td></tr><tr><td>Satorius CPA 34001S&nbsp;</td><td>Sartorius</td><td>25850314</td><td>Wycofany model</td></tr><tr><td>5 kg Micro Load Cell (X4)</td><td>Robotshop.com</td><td>RB-Phi-118</td><td>Czujnik tensometryczny</td></tr><tr><td>Phidget PhidgetBridge Interfejs czujnika mostka Wheatstone'a</td><td>Robotshop.com</td><td>RB-Phi-107</td><td>Interfejsy z 4 ogniwami obciążnikowymi, wykonuje wzmocnienie sygnału</td></tr><tr><td>#2 Nierdzewny S-Biner (X4)</td><td>Home Depot</td><td>SB2-03-11</td><td>Karabinki z podwójną sprężyną do bram używane do Zamontuj czujniki wagowe</td></tr><tr><td>2 cale. Zacisk z żeliwa ciągliwego C-C-Clamp</td><td>Home Depot</td><td># 4011</td><td>Służy do montażu ogniw obciążnikowych</td></tr><tr><td><silny>Nazwa</td><td>Firma</td><td>Numer katalogowy</td><td>Komentarze</strong</td></tr><tr><td>>Środki ochrony osobistej</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Wildland Firefighter Nomex Shirt</td><td>GSA Advantage</td><td>SH35-5648</td><td></td></tr><tr><td>Fireline 6 oz Wildland Fire Spodnie</td><td>GSA Advantage</td><td>139702MR SEV16</td><td></td></tr><tr><td>Nazwa</td><td>Firma</td><td>Numer katalogowy</td><td>Komentarze</td></tr><tr><td>Paliwa</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Chamise</td><td>Zebrane in situ</td><td>Nie dotyczy</td><td></td></tr><tr><td>naturalnego drewna rozdrobnionego Excelsior &ndash; Naturalny gruboziarnisty kabłąk 50 funtów</td><td>Paper Mart</td><td>21-711-88</td><td></td></tr><tr><td>Bernzomatic UL100 Podstawowy zestaw palnika propanowego</td><td>Home Depot</td><td>UL100KC</td><td></td></tr><tr><td>Alkohol izopropylowy</td><td>Sklep spożywczy</td><td>Nie dotyczy</td><td></td></tr> <tr><td>Nazwa</td><td>Firma</td><td>Numer katalogowy</td><td>Komentarze</td></tr><tr><td>Film i fotografia</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Nikon D3000 10,2-megapikselowa lustrzanka cyfrowa z matrycą formatu DX i obiektywem stabilizującym obraz 3x 18x55mm Zoon-NIKKOR VR kamera</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sony Handycam DCR-SX85</td><td>Amazon.com</td><td>DCR-SX85</td><td></td></tr><tr><td><silny>Nazwa</td><td>Firma</td><td>Numer katalogowy</td><td>Komentarze</td></tr><tr><td>Software</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>NI LabView</td><td>National Instruments</td><td>Wersja studencka</td><td>Służy do sterowania instrumentami i interfejsu</td></tr><tr><td>Wersja studencka MATLAB (MATLAB_R2014a)</td>Wersja studencka <td>Mathworks</td><td>&nbsp;</td><td>Służy do przetwarzania końcowego danych, w tym przetwarzania obrazu</td></tr></tbody></table>

eksperymenty w tunelu aerodynamicznym w celu zbadania pożarów korony chaparral

Wind Tunnel Experiments to Study Chaparral Crown Fires

Niniejszy protokół przedstawia technikę laboratoryjną przeznaczoną do badania zapłonu i rozprzestrzeniania się ognia korony chaparral. Eksperymenty przeprowadzono w tunelu aerodynamicznym o niskiej prędkości, w którym skonstruowano dwie odrębne warstwy paliwa, które reprezentowały paliwa powierzchniowe i koronowe w chaparralu. Chamise, pospolity krzew chaparral, stanowił żywą warstwę korony. Warstwa wierzchnia martwego paliwa została zbudowana z excelsiora (rozdrobnionego drewna). Opracowaliśmy metodologię pomiaru ubytku masy, temperatury i wysokości płomienia dla obu warstw paliwa. Termopary umieszczone w każdej warstwie oszacowały temperaturę. Kamera wideo uchwyciła widoczny płomień. Końcowe przetwarzanie obrazów cyfrowych pozwoliło uzyskać charakterystykę płomienia, w tym wysokość i nachylenie płomienia. Opracowany przez nas niestandardowy przyrząd do pomiaru utraty masy korony mierzył ewolucję masy warstwy korony podczas spalania. Utrata masy i trendy temperatury uzyskane za pomocą tej techniki były zgodne z teorią i innymi badaniami empirycznymi. W niniejszej pracy przedstawiono szczegółowe procedury eksperymentalne oraz informacje o zastosowanym oprzyrządowaniu. Uwzględniono również i omówiono reprezentatywne wyniki dotyczące szybkości ubytku masy paliwa i temperatury w łożu paliwowym.

Dane dotyczące wysokości korony i powierzchni płomienia uzyskano z danych wideo. Typowe trendy wysokości płomienia dla przeprowadzonych eksperymentów przedstawiono na Rysunku 6. Zachowanie wysokości płomienia było zgodne z wynikami uzyskanymi przez Sun et al.14
<img alt="Wykres analizy płomienia; wykres wysokości płomienia w funkcji czasu; badanie dynamiki spalania."...

Ten protokół opisuje eksperymenty w tunelu aerodynamicznym mające na celu zbadanie przejścia ognia z ziemi na baldachim krzewów chaparral.

Eksperymenty w tunelu aerodynamicznym w celu zbadania pożarów korony Chaparral

The present protocol presents a laboratory technique designed to study chaparral crown fire ignition and spread. Experiments were conducted in a low ...

Ogólnym celem tej metodologii jest wyjaśnienie niektórych kluczowych cech, które decydują o stopniu interakcji powierzchniowej warstwy korony w pożarach koron chaparral. Metoda ta może pomóc w znalezieniu odpowiedzi na kluczowe pytania dotyczące pożarów na terenach dzikich, takie jak warunki decydujące o pomyślnym przejściu i rozprzestrzenianiu się na warstwę korony. Główną zaletą tej techniki jest to, że umożliwia ona pomiar ubytku masy w temperaturze zarówno dla powierzchniowej warstwy paliwa, jak i warstwy paliwa korony.Aby rozpocząć, zmodyfikuj cztery zaciski C, mocując karabinki z podwójną sprężyną przez otwór na końcu zaciskowej. Użyj tych karabińczyków, aby zawiesić złoże paliwa korony. Używając innego zestawu zacisków C, przymocuj każdą komórkę miernika sznurka obciążenia do górnej części ramy tunelu aerodynamicznego.Następnie przymocuj zmodyfikowane zaciski C do wolnego końca komórek tensometrycznych ze zwisającymi karabinkami. Użyj łańcuchów, aby połączyć platformę łoża paliwa korony z karabinkiem. Podłącz ich przewody do mostu z kamienia chwastów, który będzie używany do pozyskiwania danych.Przykryj ogniwa obciążnikowe materiałem przeciwpożarowym, takim jak ten używany w schronach przeciwpożarowych. Aby uzyskać stałą kalibracji A, należy zaczepić precyzyjne wzorce masy do pierwszego czujnika wagowego. Ustaw wzmocnienie ogniwa obciążnikowego na 128 za pomocą pola numeru wejściowego.Odpowiada to maksymalnej wartości dozwolonej przez urządzenie. Następnie odczytaj sygnał wyjściowy w odpowiedzi na wagę na wyjściu zero. Następnie odczep ciężarek, aby wytworzyć sygnał braku obciążenia.Odczytaj nową wartość wyświetlaną w interfejsie przyrządu. Oblicz stałą kalibracji na podstawie równania pokazanego tutaj. Następnie w interfejsie sterownika uzupełnij wartość kanału M dla każdego czujnika wartością A.To znajdź wartość przesunięcia, B, usuń wszystkie ciężary, odczytaj wartość w skalibrowanej skrzynce G wyjść i pomnóż tę wartość przez ujemną.Wynikowa liczba jest stałą, B. Wpisz tę liczbę w polu dodawania kanału zero A. Powtórz te kroki kalibracji dla każdego czujnika wagowego, który jest częścią systemu. Ze stosu paliwa zebranego do spalenia zbierz trzy do czterech jednolitrowych butelek paliwa.Postępując zgodnie z procedurami opisanymi przez Countrymana i Deana, wysusz próbki w piecu, aby uzyskać odpowiednią zawartość wilgoci w paliwie. Gdy będziesz gotowy, przytnij poszczególne gałęzie z wiązki niedawno zebranych chamise, aby usunąć martwy materiał i materiał gałęzi o średnicy większej niż ćwierć cala. Umieść pozostały żywy materiał opałowy w pojemniku do zważenia.Wybierz dwa kilogramy przyciętej chamiki i 0,5 kilograma excelsiora za pomocą wagi elektronicznej. Następnie umieść 0,5 kilograma excelsiora na powierzchniowym złożu paliwa na dnie komina wiatrowego, upewniając się, że gęstość nasypowa jest jak najbardziej jednolita. Następnie rozsuń na strzępy, aby spulchnić zagęszczony excelsior i zmniejszyć jego gęstość nasypową, aby łatwo się przypalił.Załaduj dwa kilogramy przyciętego chamise na platformę zwisającą z ogniw obciążnikowych, aby utworzyć podwyższone łoże paliwowe. Równomiernie rozłóż gałęzie chamise na całej platformie, aby uzyskać jednolite złoże paliwa. Podłącz zestaw 16 termopar do rejestratora danych o czasie reakcji 0,9 sekundy.Włóż sześć termopar do warstwy paliwa korony w odległości 20 centymetrów od siebie, unikając kontaktu z gałęziami. Następnie włóż 10 termopar do powierzchniowej warstwy paliwa. Umieść te powierzchniowe termopary paliwa w odległości 10 centymetrów od siebie i unikaj kontaktu termopar z gałęziami.Aktywuj rejestrowanie danych, klikając przycisk start w interfejsie oprogramowania sterującego termoparą. Zamontuj wizualny cel referencyjny z czerwonymi znacznikami w odstępach 10 centymetrów nad oknem tunelu aerodynamicznego. Następnie umieść aparaty do zbierania danych fotograficznych.Skupiając się na obszarze testowym lejka wiatrowego, dostosuj ostrość kamery tak, aby uchwycić cały pionowy cel odniesienia, a także obszar złoża paliwa. Następnie skonfiguruj kamerę wideo, montując ją za pomocą uniwersalnego uchwytu ściennego kamery na ścianie, aby zapewnić pełny widok sekcji testowej lejka wiatrowego. Następnie ustaw prędkość wentylatora tunelu aerodynamicznego na jeden metr na sekundę na regulatorze prędkości.Następnie na krótko włącz wentylator, aby upewnić się, że działa prawidłowo. Zamknij wszystkie drzwi w budynku, aby upewnić się, że wywietrzniki dachowe są jedynym możliwym wyjściem do odprowadzania dymu. Następnie włącz wentylatory nawiewne, aby doprowadzać świeże powietrze z zewnątrz budynku na czterech poziomach i włącz wentylatory wyciągowe, aby odprowadzić dym przez otwory wentylacyjne w dachu.Przed każdym eksperymentem użyj higrometru mokrego termometru, aby zmierzyć wilgotność względną i temperaturę otaczającego powietrza. Włącz kamerę wideo, aby nagrać eksperyment. Następnie wypowiedz na głos numer lub kod eksperymentu, datę i konfigurację eksperymentu, aby mikrofon w kamerze wideo zarejestrował te informacje.Następnie poinstruuj załogę komputerową, aby rozpoczęła rejestrowanie danych, zaznaczając opcję włącz rejestrowanie danych w interfejsie sterowania instrumentem. Przed spaleniem upewnij się, że wszystkie drzwi budynku są zamknięte. Po zapaleniu łoża paliwowego wyjdź z sekcji testowej i zamknij drzwi tunelu.Po otrzymaniu instrukcji zapłonu namocz krawędź natarcia powierzchniowego łoża paliwa excelsior denaturatem alkoholu etylowego, a następnie umieść butelkę z alkoholem z dala od strefy zapłonu. Za pomocą palnika butanowego zapal koniec powierzchniowego łoża paliwa w linii równoległej do krawędzi natarcia złoża paliwa. Jeśli do eksperymentu wymagany jest wiatr, włącz wentylator tunelu aerodynamicznego.Nagrywaj spalanie przez cały czas jego trwania, który różni się w zależności od konfiguracji i warunków. Korzystając z danych wideo, uzyskano dane dotyczące wysokości płomienia korony i powierzchni. Przedstawione tutaj dane reprezentują eksperyment, który obejmuje wiatr.W tego typu eksperymentach płomień zaczyna się od małego, rośnie w pobliżu środka złoża paliwa i zanika z czasem, gdy płomienie zbliżają się do końca złoża paliwa. Wykorzystując tensometry, można określić wskaźniki zużycia paliwa i pokazać ewolucję ubytku masy podczas całego spalania. Procentowy ubytek masy zarówno dla warstwy powierzchni, jak i korony jest pokazany w porównaniu z procentem całkowitego czasu spalania.Wiatr zwiększa tempo utraty masy zarówno powierzchniowej, jak i koronowej warstwy paliwa. Skrzynie bez wiatru paliły się średnio cztery i pół minuty do ukończenia, a obudowa z wiatrem o długości jednego metra na sekundę potrzebowała tylko dwóch i pół minuty, aby się spalić. Po opanowaniu tej techniki można ją wykonać w ciągu 30 do 40 minut, jeśli zostanie wykonana prawidłowo.Podczas wykonywania tej procedury należy pamiętać o prawidłowej kalibracji przyrządu do utraty masy pola korony i przycięciu pól korony tak, aby miały średnicę równą lub mniejszą niż ćwierć cala. Metodologia i zastosowanie tej procedury mogą być przeprowadzone w celu uzyskania odpowiedzi na dodatkowe pytania dotyczące radiacyjnej wymiany ciepła. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak mierzyć niektóre z kluczowych parametrów, które dyktują interakcję powierzchni i warstwy korony w pożarach koron chaparral.Praca z ogniem w skalach wiatrowych może być bardzo niebezpieczna. Podczas wykonywania eksperymentów należy podjąć środki ostrożności, takie jak noszenie środków ochrony osobistej, w tym odzieży ognioodpornej i okularów ochronnych.

wind-tunnel-experiments-to-study-chaparral-crown-fires

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Przedstawiono protokół projektowania i budowy zbiornika gruntowego połączonego z małym tunelem aerodynamicznym z kontrolowanym klimatem w celu zbadania wpływu wymuszeń atmosferycznych na parowanie. Zarówno zbiornik glebowy, jak i tunel aerodynamiczny są wyposażone w technologie czujników do ciągłego pomiaru warunków środowiskowych in situ.

Badanie wpływu wymuszeń atmosferycznych na parowanie: eksperymentalna integracja atmosferycznej warstwy granicznej i płytkiej warstwy podpowierzchniowej

Opisujemy użycie mikro-termopar do szacowania lokalnych gradientów temperatury w stałych laminarnych płomieniach dyfuzyjnych warstwy granicznej. Rozszerzając analogię Reynoldsa, lokalne gradienty temperatury mogą być dalej wykorzystywane do oszacowania lokalnego tempa spalania masy i strumieni ciepła w takich płomieniach z dużą dokładnością.

Metodologia doświadczalna szacowania lokalnych strumieni ciepła i szybkości spalania w stałych płomieniach dyfuzyjnych laminarnej warstwy granicznej

Protokół tworzenia modelu spalin spalinowych bogatych w paliwo jest rozwijany poprzez charakterystykę spalania i jest stosowany do testowania i badań ogniw paliwowych wspomaganych płomieniem mikrorurowym.

Charakterystyka spalania i opracowanie modelu paliwa dla mikrorurowych ogniw paliwowych wspomaganych płomieniem

Tutaj prezentujemy protokół obserwacji niestabilnych przepływów wirowych nad skrzydłem delta za pomocą zmodyfikowanej techniki wizualizacji przepływu dymu i badamy mechanizm odpowiedzialny za oscylacje czołowych miejsc załamania wirów.

Eksperymentalne badanie struktury przepływu nad skrzydłem delta za pomocą metod wizualizacji przepływu

Opisujemy użycie mobilnej jednostki pirolizy wyposażonej w kurtynę powietrzną do ciągłego wytwarzania biowęgla. Technologia ta zmniejsza potrzebę wypalania pali z otwartym skosem, co skutkuje niższymi emisjami i mniejszym wpływem na glebę. Protokół zawiera wytyczne dotyczące wyboru miejsca, załadunku i hartowania.

Ciągła produkcja biowęgla w lesie za pomocą palnika z kurtyną powietrzną zamontowaną na przyczepie

Interferometria pod mikroskopem światła białego to optyczna, bezkontaktowa i szybka metoda pomiaru topografii powierzchni. Pokazano, w jaki sposób metoda może być zastosowana do analizy zużycia mechanicznego, w której analizowane są blizny po zużyciu w próbkach badań tribologicznych; oraz w materiałoznawstwie w celu określenia objętości i głębokości rozpylania wiązką jonów lub ablacji laserowej.

Charakterystyka modyfikacji powierzchni za pomocą interferometrii światła białego: zastosowania w rozpylaniu jonowym, ablacji laserowej i eksperymentach tribologicznych

Wpływ kropli płynów nienewtonowskich jest złożonym procesem, ponieważ różne parametry fizyczne wpływają na dynamikę w bardzo krótkim czasie (mniej niż jedna dziesiąta milisekundy). Wprowadzono technikę szybkiego obrazowania w celu scharakteryzowania zachowań zderzeniowych różnych płynów nienewtonowskich.

Technika szybkiego obrazowania do badania dynamiki uderzeń kropli płynów nienewtonowskich

Pobieranie próbek gazu z płomieni na skalę laboratoryjną z analizą online wszystkich gatunków za pomocą spektrometrii mas to skuteczna metoda badania złożonej mieszaniny związków chemicznych występujących podczas procesów spalania. W połączeniu z przestrajalną miękką jonizacją za pomocą generowanego przez synchrotron promieniowania próżniowo-ultrafioletowego, technika ta dostarcza informacji o rozdzielczości izomerów i potencjalnie wolnych od fragmentów widm masowych.

Eksperymenty z płomieniem w zaawansowanym źródle światła: nowe spojrzenie na procesy tworzenia sadzy

Nieuporządkowane struktury oferują nowe mechanizmy tworzenia fotonicznych pasm wzbronionych i niespotykaną dotąd swobodę w projektach funkcjonalnych defektów. Aby obejść wyzwania obliczeniowe związane z nieuporządkowanymi systemami, konstruujemy modułowe próbki makroskopowe nowej klasy materiałów PBG i wykorzystujemy mikrofale do scharakteryzowania ich niezmiennych właściwości fotonicznych w łatwy i niedrogi sposób.

Wykorzystanie mikrofalowych i makroskopowych próbek dielektrycznych ciał stałych do badania właściwości fotonicznych nieuporządkowanych materiałów fotonicznych wzbronionych

Przedstawiamy protokół użycia trybometru wspomaganego piezoelektrycznie i profilometru optycznego do zbadania zależności zużycia ultradźwiękowego i redukcji tarcia od prędkości liniowej, nacisku kontaktowego i właściwości powierzchni.

Eksperymenty nad smarowaniem ultradźwiękowym przy użyciu trybometru wspomaganego piezoelektrycznie i profilometru optycznego

Poznaj metodę badań pożarów korony Chaparral w tunelu aerodynamicznym. Technika umożliwia pomiar utraty masy i temperatury w warstwie powierzchniowej oraz korony, dostarczając kluczowych danych o dynamice pożarów.

Eksperymenty w tunelu aerodynamicznym w celu zbadania pożarów korony Chaparral

Przeglądaj więcej filmów