Summary
このプロトコルでは、チャパラル低木の天蓋を地面から火の遷移を学習する風洞実験について説明します。
Abstract
この議定書は、シャパラル クラウン発火と広がりを研究するように設計研究室手法を提案します。燃料の 2 つの異なる層が茂みに表面とクラウンの燃料を表すため建設された低速度火災風洞実験を行った。Chamise、一般的な茂みの低木は、ライブの樹冠層で構成されています。死んだ燃料表面層は、エクセルシ オール (千切り木) で構成しました。質量損失、温度を測定し、両方の燃料層高さを炎に方法論を開発しました。熱電対は、各レイヤーの推定温度に配置されます。ビデオカメラは、目に見える炎を捕獲しました。デジタル画像の後処理には、高さと炎の傾きを含む燃焼特性が得られました。自社開発したカスタム クラウン質量損失計測器は、焼跡の間に樹冠層の質量の進化を測定しました。質量の損失と温度トレンド マッチ技術理論と他の経験的な研究を用いて本研究では詳細な実験手順と装置に関する情報を提案します。燃料質量損失率と燃料のベッドの下に温度の代表的な結果も含まれ、説明。
Introduction
カリフォルニア州は、2016 年に 6,986 原野火災、564,835 エーカー1、原価計算数百万の損傷のドルを消費し、何百もの人々 の健康を危険にさらすことの合計を経験しました。地方の地中海性気候のためこれらの火災の主要な燃料の源はシャパラル植生地域2です。茂みに延焼は、燃える主燃料は高架3クラウン火と見なすことができます。主にライブの樹冠層との共生、キャストの葉、枝、そしての下で、個々 の低木の間成長する草本植物から成っている死んでいる表面の燃料層です。火はより簡単に死んでいる表面の燃料層で開始されます。地表の火が点火すると、いったん火が火によって放出されるエネルギーが劇的に増加する樹冠層に移行します。シャパラル火災通常深い表面燃料4延焼としてモデル化が、一方、クラウンの火災でシャパラル火災の限られた研究を使用されています。
冠葉粒子形状を含む茂みに特性研究のほとんどが発生した亜寒帯の針葉樹林とは異なります。多数の実験室と野外スケール研究は野火ダイナミクス6,5,7,3,8,9,10 のさまざまな側面を検討しました。 ,11,12。実験のレルム内でいくつかの研究は、風などのパラメーターの影響を検討しているし、チャパラル クラウンの燃料性状火災性状。ロサノ7 , 王冠の特性は火 2 離散クラウン燃料ベッドの存在下で開始。Tachajapongらで3、分離面とクラウン層風洞内焼かれ、地表火が特徴づけられました。唯一クラウン火開始は完全に将来の仕事のための広がりの完全な分析を残して記述されていた。Li et al.11は、単一シャパラル低木火炎の伝播の報告。関連する仕事、クルスらに10,9は、針葉樹の葉表面延焼上の点火を予測するモデルを開発しました。シャパラル燃料の燃焼特性はバルク燃料の実験的研究で検討されている、個々 の葉13,14,,1516。デュピュイら13は、円筒バスケットで燃料の燃焼によってアカマツのカイガンシヨウの針とエクセルシ オールの燃焼特性を検討しました。彼らはこれらの燃料のことを観察、文学17,18以前報告されているように火炎高さが 5 分の 2 のべき乗を介して熱解放率に関連されました。らを太陽します。14カロリー 3 シャパラル燃料の燃焼特性を分析すると同様の円筒バスケットでシャパラル燃料: chamise (Adenostoma fasciculatum)、ソリチャ (ソリチャ crassifolius)、マンザニータ (ウワウルシ glandulosa)。
前述の研究からの結果によって動機付けられて、ここで我々 の目的は表面および低木の王冠の層に広がりを特徴付けるための方法論を提示します。さらに、表面樹冠層の相互作用の程度を決定する重要な特性のいくつかを明らかにしていきます。この目的に高低木燃料の延焼に原野表面燃料燃焼火災の垂直移行を研究する実験手法を開発しました。火災のこれらのタイプは、クラウニング、として知られている低木の王冠に火の翻訳は可能性があります適切な条件の下での持続的な拡散が続きます。一般的には、地形・気象・燃料19によってシャパラル火動作が決まります。風燃料5,3,8,20エネルギー解放率に影響を与えることが示されています。
多孔質燃料における火災延焼は、一連の遷移または成功21を越える必要がありますしきい値として見なすことができます。精力的に、燃料粒子点火する場合正常に酸素と反応するガスの混合物の結果を受信する熱の量。隣接する燃料粒子に点火燃焼粒子から熱場合結果炎が広がります。それは可燃性の燃料要素間のギャップを通過することができる場合、火が地面に します。地表の火の炎が低木および木の王冠に垂直方向に伝搬することができる場合、増加熱解放率を含む火災性状に大きな変化は燃料の可用性の向上による見受けられます。原野火災における熱エネルギー力学非常に大規模なからいくつかのスケールを網羅、必要とする化学スケール速度論的モデルをスケール メガ火災しばしば小さなの気候モデリングを必要とするような。ここでは、研究所風洞スケールの動作モデルを扱うサリバンらなど化学セルロースの燃焼研究、リーダーは呼ばれます22
2001 年以来、様々 な実験、研究室規模エネルギーしきい値23,8,24,25,26,のいくつかを行った27、茂みに関連付けられたライブの燃料に重点を置いています。屋外火災の測定よりリアルな結果が得られます、風洞の制御された環境できます各種のパラメーターの影響を描写。風を制御するたとえば、チャパラル クラウン火災火災イベントの典型的なドライバーのフェーン型風、サンタ ・ アナの風として知られているが南カリフォルニアなどの地域で発生するために特に重要です。ここで説明した方法論のための主要な動機は風の影響を研究するため、シャパラルの他の制御パラメーター延焼この試験、実験室スケールの風洞実験が行われました。リーダーはシルバーニら監督作品にここで示したものと同様28茂みに温度の測定を発生させます。延焼における風の効果をフィールド測定、モランディらをご覧下さい。29
シャパラル燃料の普及に影響を与えるいくつかのパラメーターを実験確率を定量化することで分析されています。火災の高い燃料ベッド8で成功に広がった。現在の実験的研究方法論を含みシャパラル クラウン火を勉強する開発モデル表面の燃料と低速風洞のテスト セクション内のクラウンの燃料によって 。表面の燃料は、エクセルシ オール (乾燥細切り木) でモデル化されます。表面燃料ベッドが標準スケール風洞の地上に置かれて (図 1参照)。クラウンの燃料ベッドを表す、chamise 燃料ベッド上に置かれた表面燃料ベッド風洞フレームにマウントされているプラットフォームから燃料を停止することによって (図 1参照)。温度と質量損失の測定の両方の燃料のベッドがインストルメント化します。炎の幾何学は、実験のビデオ録画から取得されます。測定パラメーターには、質量損失率、含水燃料および空気の相対湿度が含まれます。パラメーター制御された風の存在、表面の燃料とクラウン燃料ベッド間の距離と燃料の表面の存在。測定質量損失率として定義されている熱解放率の計算に使用できます。
どこh 、 m 、燃料燃焼の熱は、燃料の質量とtは時間。
図 1: 風洞実験のセットアップ。クラウンの燃料ベッド、表面燃料ベッドおよびトンネルのファンの場所は、便宜上ラベル付けされています。表面燃料ベッドは、標準的なスケール風洞のグランド レベルに配置されます。クラウンの燃料ベッドを表す、chamise 燃料ベッドは、風洞のフレームにマウントされているプラットフォームから燃料を中断することにより表面の燃料のベッドの上に置かれました。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
実験は、チャパラル クラウン火災、特に点火、燃料消費率火炎フロント速度と拡散火炎伝播のメカニズムの動作を理解することに焦点を当てています。地表火とクラウン火の相互作用を研究して適用される風の流れのない表面とクラウンの燃料ベッドの 6 つの構成は、風洞で焼かれている: 王冠燃料だけと風 (2) なしと王冠を区切って燃料ベッドの表面風 (4) と 2 つの距離。6 実験授業と実験構成を表 1にまとめます。テーブル表面燃料ベッド パラメーターを表すかどうか表面燃料実験中に存在していた、風のパラメーターは、風の存在、クラウンの高さとクラウンの燃料ベッドの下と画面の下部との間の距離は、燃料のベッド。含水比は各実験のための測定が管理できません、最小値と最大値 18% から 68% であったに対し、平均燃費含水率は 48%。
| クラス | 表面燃料ベッド | 風 | クラウンの高さ |
| A | 欠席 | 無風 | 60、70 cm |
| B | 欠席 | 1 ms-1 | 60、70 cm |
| C | 現在 | 無風 | 60 cm |
| D | 現在 | 無風 | 70 cm |
| E | 現在 | 1 ms-1 | 60 cm |
| F | 現在 | 1 ms-1 | 70 cm |
表 1: 実験構成します。ここで表面燃料ベッド パラメーターは、かどうか表面燃料実験中に存在していた、風パラメーターは、風の存在、クラウンの高さは、クラウンの燃料ベッドの下と表面燃料ベッドの下間の距離を示します。
電子スケール測定表面燃料質量と我々 は、樹冠層のカスタムの質量損失システムを開発しました。システムは、中断された燃料ベッドの各コーナーに接続されている各ロードセルの成っていた。消費者向けビデオカメラ記録ビジュアル炎;カスタム スクリプトを使用して、視覚的なデータの画像処理には、高さと角度などを含む燃焼特性が生成されます。RGB (赤/緑/青) は照度しきい値のプロセスを通して白黒にコーディングからビデオ フレームを変換するプログラムを開発しました。炎のエッジは、黒と白のビデオ フレームから得られました。最大火炎高さが火炎端の最高点として定義された、瞬時の炎の高さも得られました。イメージ、炎の高さは炎の最大垂直まで燃料ベッドのベースから測定しました。このプロトコル用に設計された計測器制御インタ フェースと同様に、すべての処理コードなされたここで著者によって利用できる、ソフトウェア アクセス サイトを通じて。24 h 内で実験的火傷を行いローカル ライブの燃料を収穫、水分の損失を最小化。熱電対アレイは、普及率の計算を有効にする風向角柱まわりの燃料ベッドの温度を記録します。図 1は、熱電対配置と一緒に燃料ベッド セットアップの図を示します。実験的プロトコルの詳細に従ってください。
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Protocol
注意: 次のプロトコルのいくつかの手順を伴う損傷を引き起こす可能性のある活動、必ず火を含む確立された安全プロトコルに従って適切な個人用保護具 (PPE) を使用耐熱服と保護眼鏡
。1 クラウン燃料ベッド負荷セル計測セットアップ
- 変更 4 C-クランプ クランプでピン穴をデュアル スプリング ゲート カラビナ (材料の表 を参照) をアタッチすることにより ' s ネジ端 (を参照してください。 図 2)。クラウンの燃料ベッドを中断する、カラビナを使用します 。
- 風洞フレームの上の部分に各ロードセルひずみゲージを貼付 C-クランプの異なるセットを使用して ( 図 2 を参照).
- アタッチは、ぶら下がっているカラビナ付きひずみゲージ細胞の自由端に C クランプを変更しました。チェーンを付けるクラウン燃料ベッドのためのプラットフォーム 。
- 風洞フレームからクラウンの燃料ベッドのプラットホームを中断するには、カラビナにクラウン燃料ベッド鎖のそれぞれを接続します 。
- 4 つのロードセルのそれぞれが完全にマウントされているし、データ集録に使用されるホイートストン ブリッジの配線に接続燃料ベッドに接続されています。火断熱材、火の避難所に使用する種類のようで、ロードセルをカバーします 。
図 2: 風洞クラウン燃料ベッド負荷セル インストルメンテーション。(、) クラウン燃料ベッドをサポートするカラビナとクラウンの燃料ベッド チェーンと風洞正面変更 C クランプ (b)。(c) 負荷セル C クランプを使用して風洞フレームに接続されています。 この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください
2 します読み込むセル校正
注: 負荷細胞によって生成される信号を通じて等価質量に変換:
。
V は通常の単位はミリボルト、A と B の信号、較正、未定定数、m はグラムの質量を表します。式 (2) のすべてのパラメーターは、このプロトコルではクラウンの質量計測器の開発カスタム計測器制御インタ フェースを通じて取得されます。ときシステム、精密重量を使用して最初、ロードセル信号を調整する使用されます。校正定数 A および B が取得するはこれらの精度の重みの負荷を測定する際に発生する信号に基づいています。 定数から計算されます:
m t は、試験精度重量質量 w はした信号、おもり w、o、信号に対応するのに対し、ロードセル式生産重量をロードセルに適用しない場合
- 最初のロードセルを校正定数 A、フック精密重量 (良い範囲は 200-500 g になる) を取得します。式 (3) では、パラメーター m t と精度の重みの質量を使用します 。
- が 図 3 b で示すように、入力 # フィールドを使用して 128 に負荷セル利得を設定 i.1。これは、デバイスで許容される最大値に対応します 。
- は、楽器のインターフェイス (を参照してください 図 3 b, i2) から出力 0 で信号出力を読み取る。これは式 (3) のパラメーター w.
- フック重量を楽器のインターフェイス ( 図 3 b, i2) に表示される新しい値を読みます。これは、パラメーター w、o 。
- 計算パラメーターに基づいて A (m t , w w、o) ステップ 2.4 2.1 と表示式で得られる 。
- コント ローラー インターフェイスで各センサーの 0 M 値と の 値が前の手順で取得したチャンネルを入力します 。 値を読みオフセット値、B を見つける
- すべての重みを削除、' 出力校正 (g) ' ボックス ( 図 3 c 、i2 を参照)、この値を-1 で乗算します。結果の値は定数 B、この数値を入力、" 追加 " Ch 0 A ボックス (参照してください 図 3 c i.3).
- 燃料と燃料ベッドを読み込むに進みます; (0、1、2、3) 各ロードセルの 2.3 2.8、手順、システムが完全にキャリブ レートされています 。
図 3: 計測器制御インタ フェース データ入力ロードセルの手順キャリブレーション。(する) ブリッジの初期セットアップ」ウィンドウでセットアップを得るため、負荷セル校正 (c) ウィンドウのための負荷セル校正ウィンドウ (d) の第 2 段階の最初の段階の最後のボックス (b)] ウィンドウを有効にします。ステージ負荷セル校正のファイルをここに保存され、データ ・ ログが開始されました。 この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください
3 準備のシャパラルとエクセルシ オール燃料ベッド
注: 各実験ライブ chamise、エクセルシ オール (細切りアスペン木材) の 0.5 kg 2 kg を使用。
。- 燃料が燃焼するために収集の山から燃料 (3-4 本) のいくつかの 1 パイント瓶を収集します。
- オーブン乾燥試料に同胞とディーンによって線引き手順に従い、燃料水分コンテンツ 30 を取得します 。
- 死んだ材料と 1/4 インチ径より大きい分岐材料を削除する最近収穫 chamise のバンドルからの個々 の枝をトリミングします。計量容器に残りのライブ燃料物質を配置します 。
- は、トリミングされた chamise、エクセルシ オールの電子スケールを使用しての 0.5 kg 2 kg を選択します。場所風洞階表面燃料ベッド プラットフォームにエクセルシ オールの 0.5 kg バルク密度ができるだけ均一であることを確保します。知られている地域の深さ上のエクセルシ オールの既知の量を置くことによってこれを行うにします 。
- プル離れて (綿毛) それは容易に燃焼されますのでその密度を小さく圧縮されたエクセルシ オール。 温の燃料のベッドを作成するロードセルからぶら下がっているプラットフォーム上にトリミングされた chamise の 2 kg をロードします。均等に均一燃料ベッドを生成するプラットフォーム全体に chamise 枝を広がっています 。
4。熱電対配置
注: K 型熱電対は、両方の燃料のベッドの温度を測定する使用されます。データはカスタム グラフィカル ユーザーに制御データ収集システムを通じて収集したインターフェイス (コント ローラー設計ソフトウェアのための材料の表を参照してください)。熱電対をお勧めします24 AWG 電 0.9 の応答時間は、使用米
- 16 のアレイ接続 24 AWG 熱電対 (導体径: 0.51054 mm) データロガーに (応答時間: 0.9 s).
- は、クラウンの燃料層に 6 熱電対を挿入します。これらの熱電対 20 cm 離れてを置き、熱電対の枝との接触を避けます。燃料の表面層に 10 の熱電対を挿入します。これら表面燃料熱電対 10 cm 離れて置き、枝 (参照してください 図 4) 熱電対の接触を避ける 。
- をクリックしてデータ ・ ログをアクティブにする、" 開始 " 熱電対コントロール ソフトウェア インターフェイスのボタン 。
図 4: 表面とクラウンの燃料の図熱電対アレイのベッド場所。ここで 6 熱電対は、クラウンの燃料層 20 cm 離れてお互いに挿入されました。10 熱電対は、表面の燃料層 10 cm に挿入されました。 この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください
5。 イメージ取得セットアップ
風洞ウィンドウの上部 10 cm 間隔の赤いマークは、- マウント視覚参照ターゲット。実験ビデオからの炎の高さを決定するための参照としてこのターゲットを使用します
。 注: サンプル火炎高さは 図 5 に記載しています 。
- セットアップ写真データのコレクションです。燃料ベッドエリアと同様、全体の垂直参照対象をキャプチャするためにカメラのフォーカスを調整する風洞テスト領域に焦点を当てています 。
- セットアップ ビデオ カメラのデータのコレクション。風洞テスト セクションの完全なビューを提供するために壁に普遍的なカメラの壁のマウント ビデオ カメラをマウントします 。
図 5: 典型的な実験からサンプル炎ハイツの写真。赤いマーキングの青視対象は実験ビデオからの炎の高さを決定するための参照として機能します。 この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください
6。 フロー設定
注: 風洞は可変速ファンを搭載。風洞実験における気流を以前ファンの速度を調整しています。希望の風の速度を達成するために (Hz) のファンの回転速度が選択されます。現在の実験では風と 1 m/s の風流れのケースを調べたない
。- は、スピード コント ローラーで 1 m/s にファン速度を設定します。ファンが正常に動作していることを確認するを有効にします 。
- ファンをオフにします。使用できるようになっています
。 注: 書き込み建物は、作業スペースから煙を避難させている間火災実験を安全に行うに設計されています。誤警報の発生を排除するために実験が行われていることを地元の消防当局に通知します 。
- 屋根通気口が煙避難のための唯一の可能な出口であることを保障する建物のすべてのドアを閉じる 。
- 空気の供給をオン ファン床レベルで建物の外から新鮮な空気をもたらす。屋根通気孔を介して煙を避難する排気ファンをオンにします
。 注: これは低速度、微妙な圧力差により垂直に上昇建物と屋根の開口部の外から大量の空気の流れを確立します 。
- 各実験の前に周囲の空気の温度と相対湿度を測定する湿球湿度計を使用します 。
7。点火 (実装する同時に手順 8)
注: 点火プロセスは点火の乗組員メンバーによって次のように行われるべき。2 番目のクルー メンバーが点火中にテスト付近まま勧め安全性が向上します
。- 指示されたときに ' に火を付ける '、変性エチルアルコールとエクセルシ オールの表面燃料ベッドのリーディング エッジを浸します。点火ゾーンからアルコール ボトルを置き、ブタンのトーチを使用すると、燃料ベッドのリーディング エッジに平行な線で表面燃料ベッドの端に火を付けます。アルコールに浸した燃料は容易に発火として観察される 。
- 燃料ベッドが点火されて、一度テスト セクションを出るし、トンネルのドアを閉じます。風は、実験のために必要がある場合は風洞のファンをオンにします 。
8。実験的実行を開始
注: が正しくセットアップされて実験、検証する時にカメラを起動する
。- を記録するビデオカメラを有効にします 。
- 試験番号/コード、日付、および実験構成ビデオ カメラのマイクは、この情報を記録、声を出して話す 。
- カチカチいう音によってデータのロギングを開始するコンピューターの乗組員に指示する、" のデータ ・ ログを有効にする " 計測器制御インタ フェースのオプション ( 図 3 d を参照してください i.1)。燃料を点火するため点火人を指示します。一度点火の乗員は、風洞ファンを開始する風の乗組員を指示する風洞実験を終了します。これは実験の開始時間がゼロになります (t = 0) です 。
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Representative Results
クラウンと表面の炎の高さデータは、ビデオのデータから得られました。実験のための典型的な火炎高さ動向を図 6に示します。火炎高さ挙動続いて太陽らで発見14
図 6: クラウン炎の高さを推定します。ここでU = 1 m/s、表面王冠分離d = 70 cm。これは、代表的な E 級実験に対応します。炎の高さは、実験ビデオから画像を処理することによって取得されます。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
風と実験のための典型的な火炎高さ挙動を示していますので、図 6で炎の高さの進化が選ばれました。これらの各種実験で炎は小さい開始、燃料ベッドの真ん中に大きくなる、炎は燃料ベッドの端に近づくにつれて時間が崩壊します。図で提示された実験はケース F (風速 1 m/s でクラウンと 70 cm で表面の燃料間の距離)。この場合、風は、傾斜に炎を助けます。火炎傾斜のため燃料ベッドに炎の放射熱伝達は強化された31です。炎を通過燃料ベッドとして先に燃料を予熱がそれ。半ば燃料ベッドは、大きな炎を作成する燃料の大量に十分な予熱が発生最適な場所のようです。燃料ベッドの端ある予熱も、燃料の量が限られた少ない熱分解ガスが解放されるようにしかし、減らされた炎の高さに。
両方の燃料のベッドの全体の範囲の燃料消費率が得られました。選択した実験の質量損失の進化は、図 7で示されます。無次元パラメーター Mは、瞬時質量mと初期質量m0の比率です。無次元時間Τは、実験時間tと合計比燃焼時間tf、総燃焼時間が炎の点火が止まって時間として定義されています。実験中の質量損失の進化は続く予想される動作です。3 つの一般的な領域は、質量損失曲線の特徴から識別された: 着火、炎とくすぶっている、図 7を参照してください。これはケース F 実験 (風 1 m/s、表面と 70 cm の王冠間の距離で) だった。燃料の水分が 45%、相対湿度 66% であったと総燃焼時間は 2.5 分全体質量損失、質量損失率の動向と一致 Rothermel32とフリーボーンらが発表しました。33
図 7: 燃料消費動向。代表クラス F 実験が描かれている、U = 1 m/s、表面王冠分離 d = 70 cm. 燃焼領域ラベルにプロット (着火、炎とくすぶっている) のです。これら 3 つの領域と一般化の傾向は、ほとんどの実験観察されました。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
この方法論を説明した実験から得られる表面とクラウンの両方のレイヤーの質量損失の動向を示すためには、4 つの実験の結果は図 8と図 9に掲載されています。平均回の書き込みの図 8で表される実験のカテゴリは次のとおり: クラス C と D の平均 4.5 分とクラス E および F 平均 2.5 分。風強化質量減少率で観察することができますので、合計燃焼時間。
図 8: 代表的な実験のため燃料ベッド大量損失を表面化します。風 1 m/s でテスト 2 つの表面-クラウン距離と同様、風なく、実験からのデータが表示されます: d = 60、70 cm。 ここでのデータは表面燃料ベッド用デジタル スケールから得られる質量損失。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 9: 代表的な実験のため燃料ベッド大量損失をクラウンです。データを示す実験風と 2 つの表面-クラウン距離テストと同様、風なし。質量損失データをここでは、クラウンの燃料ベッド用負荷セル インストルメンテーションから取得されます。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
燃料ベッド内 16 の熱電対を使用して両方の燃料ベッド ガス相の温度を測定しました。熱電対は、T0 T15 というラベルの付いた、図 4は、熱電対配置を示しています。熱電対 T0 T09 T10 - 中の燃料表面ベッド中 T15 に置かれた王冠燃料ベッド内に配置されました。クラウンの燃料ベッド温度選択した実験は、図 10に掲載されています。
図 10: 燃料ベッド ガス温度クラウン燃料ベッドします。熱電対の配置は、図 4で示されます。表面燃料ベッドと 1 m/s の風速なしクラス B の実験は、示されているこの図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
図 11: 熱電対の不適切な配置から生じる温度測定値。熱電対の配置は、図 4で示されます。クラウン燃料層温度熱電対が不適切に配置される場所として感じ取ることが異常低温によってのデータは、描かれています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。
それは、熱電対が燃料ベッドに正しく挿入されていない、温度の測定値が不正確になる注意してくださいすることが重要です。例えば、図 11で表される実験の温度測定値を調べると、時に、クラウン燃料ベッド熱電対 (T15) のいずれかの温度が燃焼条件のための普通以下だったことが指摘されました。これらの temperatures は、chamise を燃焼ガス相温度により周囲条件に接近していた。したがって、この場合、熱電対 T15 は実験を通して燃料ベッド外残っていることが示唆されました。
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Discussion
実験を通して高い燃料の質量を測定する能力は、ここで示した手法の主な利点の 1 つでした。シャパラル火災に対処前の研究は、いずれかのみの王冠火開始か広がり、表面が、両方ではなくにのみに焦点を当てています。このような研究は樹冠層の点火の可能性を定量化しているし、今後の作業23のための広がりの研究を残しています。私たちの方法論の質量損失の測定温度分布と低木の王冠に関与する両方の層炎ジオメトリ火点火と広がりが可能です。それは質量減少率からエネルギー流束を直接推論されるの手段を提供します。他の研究では、直接の熱流束を測定の利点は火拡散実験を示しています。フィニーら山火事の熱流束測定のいくつかの例を提示実験34を広めます。このような作業を通じて対流の役割の重要な観測を行うことができましたし、ふく射伝熱再生野火を広めます。ここで紹介する方法は、山火事、茂みに広がるエネルギー動態のベースラインの観測の許可。有益な次のステップは、輻射と対流の熱伝達の特定の貢献の詳細な分析を伴うでしょう。今後の研究の熱フラックスの直接測定を探索することをお勧めします。
ようにそこの測定確度がいくつかの重要な手順です。クラウンの質量損失の測定ロードセルの校正は、おそらく最も重要なステップと最も時間を要するステップです。これは、各実験日の終わりには、クラウンの燃料ベッド マウントする必要が、あり、構成にわずかな動きは質量の測定値の変化を引き起こす可能性がありますです。したがって、各実験日の初めにキャリブレーションを行う必要があります。今後の実験より恒久的な構成が最適となります。この将来の構成では、個々 のロードセルは、実験のセットアップ貼付でしょう。
校正手順に加えてプロトコルでもう一つの重要なステップは、燃料の準備です。全体の実験的プログラムの目的は、所定の火災性状を予測する当社の能力を向上させる目的のライブ燃料燃焼のよりよい理解を開発します。しばらくの間住んでいると枝茂みに焼跡を規定する高強度の火炎で使用される 1/2 インチ (1.27 cm) (緑35を参照) より大きい直径の燃料は通常、火炎で焼かれていません。研究室バーンズ シャパラル燃料を使用している所定のやけどの拡散火炎で一般に消費される燃料を使用してに焦点を当てて (コーエン ・ ブラッド ショー36、Weiseらを参照してください。37). 主要なシャパラル種には他茂み中 chamise (Adenostoma fasciculatum) が含まれて燃料などマンサニータ (ウワウルシ glandulosa) hoaryleaf ソリチャ (ソリチャ crassifolius)。ここで chamise はこれらの種の中で最も引火性だから選ばれた燃料だった。枝のサイズは 1/4 インチ以下維持される限り、他の種を含めることは、プロトコルを変更できます。
一般に、燃料として選ばれた種に関係なく枝をトリミングするすべての枝の直径であるような < 1/4 インチ (0.63 センチメートル) の均一性を維持するために。このステップを実行または正しく実行しないと結果の再現性に悪影響。トリミングで枝もあります不利な燃料ベッド サイズの非常に小さな支店が梱包密度が大きいと、それゆえまた、異なる書き込む傾向があるため。Omodan38, ここに記載された手順で充填密度は 9.2 kg/m3の平均値に維持しました。
それはこの実験の規模のため注目に値する、4 人以上の乗組員が実験中に効率を確保するため必要です。すべての目に見えるプロトコルと乗組員責任者を持つ時間はすべての手順が正しく実行されたことを確認することが重要。この人は、実験の調整と同様、乗組員の安全担当です。この人と乗組員の残りの部分が安全および環境に排気孔を確保すると消火器の視認性を持つということがあり、実験中に、ドアが閉まっているに注意を払うことが重要です。
さらに、1 つのトリガー ボタンですべての計測器を同期に有利ででしょう。これはデータの解析と処理効率化。最後に、ここの技術を習得後の自然な進行は考慮すべき別の重要な要素に他の研究で示されている温度制御など残りの風洞の機能のいくつかを統合するでしょう。これにより、幅広い環境条件の制御。ここで示された結果は、燃料が通常乾燥; 夏の間実験からこの期間は、山火事が発生する年の部分にも対応しています。季節の大きい範囲は 1 つの実験期間中に分析するが場合は、風洞の温度制御を用いることができます。同様に、燃料の水分量の変化はこのパラメーターのシャパラル クラウン火転移と拡散に及ぼす影響に関する洞察力を提供します。燃料の水分が含まれてし、タップ密度制御パラメーターとして展開された研究の設計、Mulvaneyらによって提供されるなどのエラー分析という実験的均一性39の方法論を設計の補佐官。
ここで説明する手法により、質量の測定を統合クラウン火災性状の試験温度および燃料関係の両方の層の火炎形状。この方法から結果分析が理解につながる、増加シャパラル火の王冠火として特別バン ワーグナー5によって表される独立した、パッシブまたはアクティブなクラウン火災性状の範囲内に、こうして知識を提供すること火災の予測と制御を支援します。
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Disclosures
著者が明らかに何もありません。
Acknowledgments
著者は、ベンジャミン ・ Sommerkorn、ガブリエル ・ デュポン、ジェイク Eggan、ここで示した実験と Chirawat Sanpakit を認めたいと思います。ジャネット Cobian Iñiguez は、NASA MUREP 制度研究の機会 (ミロ) 許可番号 NNX15AP99A によるサポートを認めています。この作品は、米国農務省森林サービス、PSW 研究所およびカリフォルニア大学リバーサイド間の協定により米国農務省/USDI 国立消防計画に資金を供給されました。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Wind Tunnel Instrumentation | |||
| cDAQ-9178 CompactDAQ Chassis | National Instruments | 781156-01 | |
| NI-9213 C Series Temperature Input Module | National Instruments | 785185-01 | |
| NI SignalExpress for Windows | National Instruments | 779037-35 | Newest version, older version used for experiment |
| High Temperature Nextel Insulated Thermocouple Elements | Omega | XC-24-K-18 | |
| Thermocouple Extension Wire with Polyvinyl Coated Wire and Tinned Copper Overbraid | Omega | EXPP-K-24S-TCB-P | |
| Ultra High Temperature Miniature Connectors | Omega | SHX-K-M | |
| CompuTrac MAX 2000XL | Arizona Instruments | MAX-2000XL | Discontinued, Newer Model Out |
| Kestrel 3000 Pocket Weather Meter | Nielsen-Kellerman | 0830 | |
| Satorius CPA 34001S | Sartorius | 25850314 | Discontinued Model |
| 5 Kg Micro Load Cell (X4) | Robotshop.com | RB-Phi-118 | Strain Gauge Load Cell |
| Phidget PhidgetBridge Wheatstone Bridge Sensor Interface | Robotshop.com | RB-Phi-107 | Interfaces with 4 load cells, performs signal amplification |
| #2 Stainless S-Biner (X4) | Home Depot | SB2-03-11 | Dual spring gate carabiners used to mount load cells |
| 2 in. Malleable Iron C-Clamp | Home Depot | # 4011 | Used to mount load cells |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Personal Protective Equipment | |||
| Wildland Firefighter Nomex Shirt | GSA Advantage | SH35-5648 | |
| Fireline 6 oz Wildland Fire Pants | GSA Advantage | 139702MR SEV16 | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Fuels | |||
| Chamise | Collected in situ | N/A | |
| Natural Shredded Wood Excelsior – Natural Coarse 50 lbs bail | Paper Mart | 21-711-88 | |
| Bernzomatic UL100 Basic Propane Torch Kit | Home Depot | UL100KC | |
| Isopropyl alcohol | Convenience store | N/A | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Video and Photography | |||
| Nikon D3000 10.2-MP DSLR camera with DX-format sensor and 3x 18x55mm Zoon-NIKKOR VR Image Stabilization Lens | |||
| Sony Handycam Camcorder DCR-SX85 | Amazon.com | DCR-SX85 | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Software | |||
| NI LabView | National Instruments | Student Version | Used for instrument control and interfacing |
| MATLAB Student Version (MATLAB_R2014a) | Mathworks | Student Version | Used for data post-processing including image processing |
References
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