Summary
이 프로토콜 전환 카파 랄 관목의 캐노피를 땅에서 불의 공부 하도록 하는 윈드 터널 실험을 설명 합니다.
Abstract
현재 프로토콜 카파 랄 크라운 불 점화 및 확산을 공부 하도록 설계 된 실험실 기술을 제공 합니다. 실험은 연료의 2 개의 명료한 층 카파 랄에 표면 및 크라운 연료를 표현 하기 위해 건설 되었다 낮은 속도 불 바람 터널에서 실시 되었다. 선, 일반적인 카파 랄 관목 라이브 왕관 레이어 구성. 죽은 연료 표면 층 엑셀 시오르 (났습니다 나무)으로 구성 되었다. 우리는 대량 손실을, 온도, 측정 및 화 염 연료 레이어 모두에 대 한 높이 방법론을 개발 했다. 열전대는 각 레이어 추정 온도에 배치. 비디오 카메라 캡처 보이는 화 염. 디지털 이미지의 후 처리 나왔고 화 염 특성 화 염 높이 기울기를 포함. 자체 개발 사용자 지정 왕관 대량 손실 악기 화상 동안 크라운 계층의 질량의 진화를 측정. 일치 하는 기술 이론 및 다른 경험적 연구를 사용 하 여 얻은 질량 손실 및 온도 동향. 이 연구에서 우리는 상세한 실험 절차와 사용 하는 계측에 대 한 정보 제시. 연료 질량 손실 속도 연료 침대 이내에 제기 하는 온도 대 한 대표적인 결과 또한 포함 하 고 논의.
Introduction
2016 년, 캘리포니아 주 총을 6,986 wildland 화재, 564,835 에이커1, 손상에 있는 달러의 비용이 수백만 소모 하 고 수백 명의 사람들의 건강 위험을 경험 했다. 지역 지중해 기후,이 불에 대 한 주요 연료 소스는 카파 랄 식물 지역 사회2. 카파 랄에 확산 화재 화상 주요 연료 이기 때문에 높은3크라운 불을 여겨질 수 있다. 주로 라이브 크라운 레이어와 공존, 캐스트 단풍, 분기, 및 초본 식물을 성장 하 고 개별 관목 사이 죽은 표면 연료 계층이 이다. 불 더 쉽게 죽은 표면 연료 계층에서 시작 됩니다. 일단 표면 화재 재가동, 화재 크라운 레이어에 있는 불에 의해 풀어 놓인 에너지 증가 극적으로 전환 수 있습니다. 카파 랄 화재는 일반적으로 깊은 표면 연료4에 불으로 만들어진 되었습니다, 하는 동안 크라운 불으로 카파 랄 화재 제한 된 연구가 되었습니다 합니다.
카파 랄, 단풍 입자 모양 등에서 크라운 특성 연구의 대부분은 발생 한 북쪽 침 엽 수 숲에서 다르다. 산 불 역학6,5,7,3,,89,10의 다양 한 측면을 조사 하는 수많은 실험실 및 필드 규모 연구 ,,1112. 영역 내에서 실험실 실험의, 바람 등의 영향을 검사 하는 여러 연구 하 고 카파 랄 크라운에 연료 속성 화재 동작 합니다. 로 자 노7 검사 특성 크라운의 2 개의 개별 크라운 연료 침대 존재 개시 불. Tachajapong 외 에 3, 이산 표면 및 크라운 레이어 바람 터널 안으로 점화 되었다 고 표면 화재 특징 이었다. 유일한 크라운 불 개시 완전히 미래의 일에 대 한 확산의 완전 분석을 떠나 설명 했다. 리 외. 11 그러나 단일 카파 랄 관목 불꽃의 전파에 보고 했다. 관련 작품, 크루즈 외. 10 , 9 확산 표면 불 위에 침 엽 수 잎의 점화를 예측 하는 모델을 개발 했다. 카파 랄 연료의 레코딩 특성 대량 연료의 실험 연구에 탐험 되어 고 개인 단풍13,14,,1516. Dupuy 외. 13 원통형 바구니에 연료를 레코딩하여 Pinus pinaster 바늘 및 엑셀 시오르의 레코딩 특성을 공부 했다. 그들은이 연료에는 관찰, 불꽃 높이 관련 2 분 전원 법 통해 열 방출 속도를 이전 문학17,18에 보고 되었습니다. 해 외. 14 3 차 파 랄 연료의 레코딩 특성을 분석 하는 비슷한 원통형 바구니에 카파 랄 연료 점화: 선 (Adenostoma fasciculatum), ceanothus (Ceanothus crassifolius), 및 manzanita ( Arctostaphylos glandulosa).
상기 실험실 연구에서 결과 의해 동기, 우리 여기 목적은 표면 및 관목 크라운 계층에서 확산 하는 방법론을 제시 하. 또한, 우리는 일부 표면 크라운 계층 상호 작용의 정도 결정 하는 주요 특징을 명확히 하고자 합니다. 이 목적을 우리 연구는 높은 나무 연료에 화재에 wildland 표면 연료에 불의 세로 전환 하는 실험적인 실험실 방법론을 개발 했다. 이러한 유형의 화재에 불 나무 크라운, 영예로 운로 알려진의 번역 오른쪽 조건 하에서 지속적인된 확산에 의해 뒤 수 있습니다. 일반적으로, 카파 랄 불 행동 지형, 날씨, 연료19에 의해 결정 됩니다. 그것은 바람 에너지 방출 속도 연료5,3,,820에 영향을 보여왔다.
다공성 연료 확산 화재 일련의 전환 또는 성공적인21를 교차 해야 하는 임계값으로 볼 수 있습니다. 건강, 연료 입자 경우 수신 하는 열 양을 성공적으로 산소와 반응 가스의 혼합 발 화 한다. 결과 화 염 확산 불타 입자에서 열 재가동는 인접 한 연료 입자 경우. 가연성 연료 요소 사이의 간격을 교차 수 있는 경우 불 바닥에 걸쳐 펼쳐집니다. 표면 화재의 불꽃 나무의 크라운으로 수직 전파 수 경우 화재 동작을 증가 열 방출 속도에 중요 한 변화 연료의 더 큰 가용성으로 인해 자주 관찰 됩니다. Wildland 화재가 열 에너지 역학 포괄 여러 비늘, 매우 큰 규모에서 같은 작고 climatological 모델링 요구 메가-화재에 필요한 화학 규모 키네틱 모델링 확장. 여기, 우리가 다룰 연구소 바람 터널 규모 행동 모델링; 화학 규모 룰 연소 연구에 대 한 독자 설리반 외. 같은 작품 이라고 22
2001 년 이후, 우리는 다양 한 실험실 규모 에너지 임계값23,8,,2425,26, 의 일부를 검사 하는 실험 실시 27, 카파 랄과 관련 된 라이브 연료에 중점. 야외에서의 측정 더 사실적인 결과 제공할 수 있습니다, 반면 바람 터널 제어 환경 다양 한 매개 변수의 영향의 묘사에 대 한 허용. 바람, 제어 예를 들어 남부 캘리포니아 foehn 유형 바람, 산타아나 바람로 알려져 있는 화재 이벤트의 일반적인 드라이버와 같은 지역에서 발생 하는 카파 랄 크라운 화재에 대 한 특히 중요 하다. 바람의 효과 연구 하는 것입니다 여기에 설명 된 방법론에 대 한 주요 동기 및 다른 제어 매개 변수 카파 랄에 화재 확산, 때문에이 연구는 실험실 규모 바람 터널에서 수행 되었다. 독자는 작품 연출 Silvani 외. 28 차 파 랄 온도 필드 측정을 위한 유사한 여기에 제시 하는 사람에 게 발생 합니다. 화재 확산에 바람의 효과 필드 측정을 위해 보십시오 그리던 외. 29
카파 랄 연료 확산에 영향을 미치는 여러 매개 변수는 확률을 측정 하 여 실험적으로 분석 된화재의 높은 연료 침대8성공을 확산. 현재 실험 연구 방법론을 포함 한다 표면 연료 및 낮은 속도 바람 터널의 테스트 섹션 안에 크라운 연료를 모델링 하 여 확산 카파 랄 크라운 화재 연구 개발. 표면 연료 엑셀 시 어 (말린된 났습니다 나무)으로 모델링 됩니다. 표면 연료 침대 바람 터널의 지상에 표준 규모 위에 배치 됩니다 ( 그림 1참조). 크라운 연료 침대 대표, 선 연료 침대 바람 터널 프레임에 장착 된 플랫폼에서 연료를 일시 중단 하 여 표면 연료 침대 위에 배치 했다 ( 그림 1참조). 두 연료 침대 온도 질량 손실 측정;에 대 한 계측 화 염 형상은 비디오 녹화의 실험에서 얻은 것입니다. 매개 변수 측정 등 대량 손실 비율, 연료 함량 공기의 상대 습도. 매개 변수 제어 했다 바람 존재, 표면 연료 침대와 크라운 연료 침대 사이의 거리 및 표면 연료의 존재. 측정 된 대량 손실 비율을 계산 열 릴리스로 정의 되는 사용할 수 있습니다.
여기서 h 는 연료 연소, m 의 열 연료 질량 이며 t 는 시간입니다.
그림 1: 풍 동 실험 설치. 크라운 연료 침대, 표면 연료 침대 및 터널 팬 위치는 편의상 분류 되었습니다. 표면 연료 침대는 표준 규모 이상의 바람 터널의 지상에 배치 됩니다. 크라운 연료 침대 대표, 선 연료 침대는 바람 터널 프레임에 장착 된 플랫폼에서 연료를 일시 중단 하 여 표면 연료 침대 위에 배치 했다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
실험은 카파 랄 크라운 화재, 특히 점화 화 염 전파 및 확산, 화 염 정면 속도, 연료 소비율의 메커니즘의 동작을 이해에 집중 했다. 표면 화재와 크라운 불 사이의 상호 작용을 연구, 적용된 바람 흐름 없이 표면 및 크라운 연료 침대 6 구성 바람 터널에서 태워 왔다: 크라운 연료만와 바람 (2) 없이 왕관과 구분 하 여 연료 침대 표면 두 거리와 바람 (4) 없이 표 1 6 실험 수업 실험 구성을 요약합니다. 테이블에서 표면 연료 침대 매개 변수가 나타냅니다 여부 표면 연료 실험 기간 동안 존재 했다, 바람 매개 변수 바람의 존재를 의미 하 고 크라운 높이 크라운 연료 침대의 하단 표면 사이의 거리를 의미 연료 침대입니다. 연료 수 분 제어 되지 하지만 각 실험에 대 한 측정, 평균 연료 수 분 함유량은 48%, 반면 최소 및 최대 값은 18% ~ 68%, 각각.
| 클래스 | 표면 연료 침대 | 바람 | 크라운 높이 |
| A | 결 석 | 바람 | 60 또는 70 cm |
| B | 결 석 | 1 ms-1 | 60 또는 70 cm |
| C | 현재 | 바람 | 60 cm |
| D | 현재 | 바람 | 70 cm |
| E | 현재 | 1 ms-1 | 60 cm |
| F | 현재 | 1 ms-1 | 70 cm |
표 1: 구성 실험. 여기 표면 연료 침대 매개 변수 여부 표면 연료 실험 기간 동안 존재 했다, 바람 매개 변수 바람의 존재를 의미 하 고 크라운 높이 의미 표면 연료 침대의 크라운 연료 침대의 아래쪽 사이의 거리를 나타냅니다.
전자 규모 측정 표면 연료 질량 그리고 우리 크라운 계층에 대 한 사용자 지정 대량 손실 시스템 개발. 일시 중단 된 연료 침대의 각 모서리에 연결 된 개별 로드 셀 시스템에 의하여 이루어져 있다. 소비자 등급 비디오 카메라 기록 영상 화 염; 이미지 처리는 사용자 지정 스크립트를 사용 하 여 시각적 데이터의 높이 각도 포함 하 여 화 염 특성 생성. 빛의 강도 임계 처리의 과정을 통해 흑인과 백인을 RGB (빨강/녹색/파랑) 코딩에서 비디오 프레임을 변환 하는 프로그램 개발 되었다. 불꽃의 가장자리는 흑백 비디오 프레임에서 얻은 했다. 최대 화 염 높이 불꽃 가장자리의 가장 높은 지점으로 정의 된, 즉각적인 불꽃 높이 또한 가져온. 이미지, 불꽃 높이 불꽃의 최대 수직 위치로 연료 침대의 기지에서 측정 했다. 모든 처리 코드 뿐만 아니라 악기 제어 인터페이스이 프로토콜에 대 한 설계 되었습니다 여기에 저자에 의해 사용할 수 그들의 소프트웨어 액세스 사이트를 통해. 로컬 라이브 연료를 수확 하 고 24 h에서 실험적 화상 수 분 손실을 최소화. 열전대 배열 stream-wise 풍향 확산 속도의 계산을 사용 하면 연료 침대 온도를 기록 했다. 그림 1 에서는 열전대 배열 함께 연료 침대 설치의 다이어그램. 실험 프로토콜의 세부 사항을 따릅니다.
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Protocol
주의: 다음과 같은 프로토콜의 여러 단계는 부상을 일으킬 가능성이 있는 활동을 포함, 적절 한 개인 보호 장비 (PPE) 화재를 포함 한 설립된 안전 프로토콜에 따라 사용 되도록 방지 의류 및 보호 안경.
1. 크라운 연료 침대 부하 셀 계측 설치
- 듀얼 봄 게이트 carabiners (재료의 표 참조) 클램프에 핀 구멍을 통해 연결 하 여
- 수정 4 C-클램프 ' s 나사 끝 (참조 그림 2)입니다. Carabiners는 크라운 연료 침대를 일시 중지를 사용 하 여.
- 바람 터널 프레임의 위쪽 부분에 각 스트레인 게이지 로드셀을 부착 C-클램프의 다른 세트를 사용 하 여 ( 그림 2 참조).
- 연결 매달려 carabiners와 스트레인 게이지 셀의 자유 끝에 C-클램프를 수정. 크라운 연료 침대에 대 한 플랫폼에 연결할 체인.
- 바람 터널 프레임에서 크라운 연료 침대 플랫폼 중단, 연결할 각 크라운 연료 침대 체인 carabiner.
- 각각 4 개의 로드셀의 완벽 하 게 탑재 하 고 휘트스톤 브리지 데이터 수집을 위해 사용 될 것입니다 그들의 전선을 연결 연료 침대에 연결. 화재 화재 대피 소에 사용 하는 종류와 같은 단열재와 로드 셀 커버.
그림 2: 바람 터널 크라운 연료 침대 부하 셀 계측. (한) 크라운 연료 침대를 지 원하는 carabiner과 연료 침대 체인 바람 터널 전면 보기 (b) 수정 C-클램프. (c) 로드 셀 C-클램프를 사용 하 여 바람 터널 프레임에 연결 된입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
2. 로드 셀 보정
참고: 제작한 로드 셀 신호를 통해 동등한 질량으로 변환 됩니다:
V는 밀리, A와 B에서 일반적으로 신호 보정을 통해 결정 되는 상수 이며 m 그램에 있는 질량을 나타냅니다. 방정식 (2)의 모든 매개 변수 개발이 프로토콜에 크라운 질량 계측에 대 한 사용자 정의 악기 제어 인터페이스를 통해 얻을 수 있습니다. 때 첫 번째 사용 하 여 시스템, 정밀 무게 로드 셀 신호를 보정 하는 데 사용 됩니다. 교정 상수 A와 B를 얻을 것 이다 이러한 정밀 무게의 부하를 측정 하는 때 생성 하는 신호에 따라. 한 상수에서 계산:
m t가 재판 정밀 무게의 질량 w는 생산 하는 신호는 무게는 w, o 신호에 해당 하는 반면 로드 셀에 로드 생산 무게가 로드 셀에 적용 될 때.
- . 등식 (3)에 매개 변수 m t로 정밀 무게의 질량을 사용 하 여.
그림 3 : 악기 제어 인터페이스 데이터 입력 단계 로드 셀에 대 한 교정. (한) 다리 초기 설정 창이 설치 고 마지막의 로드 셀 보정 (c) 창 로드 셀 보정 (d) 창의 두 번째 단계에 대 한 첫 번째 단계에 대 한 상자 (b) 창 활성화 단계 부하 셀 교정의 파일이 여기 저장 및 데이터 로깅을 시작 되었다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
3. 카파 랄 준비 및 엑셀 시오르 연료 침대
참고: 각 실험 사용 하 여 라이브 선 및 엑셀 (났습니다 아스펜 나무)의 0.5 k g 2 k g.
- 연료 점화를 위한 수집된의 더미에서 연료 (3-4 병)의 여러 1 파인트 병 수집.
- 오븐 건조 샘플 촌뜨기와 딘 delineated 절차에 따라 고 연료 수 분 콘텐츠 30.
- 최근 수확된 선 죽은 물자 및 ¼ 인치 직경 보다 큰 분기 물자를 제거 하는 번들에서 개별 지점 트림. 나머지 라이브 연료 재료 무게에 대 한 컨테이너에 배치.
- 트림된 선 및 전자 규모를 사용 하 여 엑셀 시오르의 0.5 k g 2 k g 선택 합니다. 대량 조밀도 가능한 유니폼 확인 바람 터널 바닥에 표면 연료 침대 플랫폼에 엑셀 시오르의 0.5 k g을 놓습니다. 알려진된 지역 깊이 이상 엑셀 시오르의 알려진된 금액을 배치 하 여이 작업을 수행.
- 당겨 떨어져 (보풀) 그것 쉽게 타오를 것 이다 그래서 그것의 대량 조밀도 감소 압축된 엑셀 시오르. 부하의 높은 연료 침대 만들려고 로드 셀에서 매달려 플랫폼에 손질된 선 2 kg. 균등 하 게 침대를 균일 한 연료를 생산 하기 위해 전체 플랫폼에 걸쳐 선 분기.
4. 서 모 커플 배열
참고: K 형 열전대는 두 연료 침대의 온도 측정 하는 데 사용 됩니다. 사용자 지정 그래픽 사용자와 제어 데이터 수집 시스템을 통해 데이터 수집 인터페이스 (컨트롤러 설계 소프트웨어에 대 한 자료의 표 참조). 권장 하는 열전대 0.9의 응답 시간이 24 AWG 열전대는 사용 하기 위해 미
- 16 배열 연결 24 AWG 열전대 (도체 직경: 0.51054 m m) 데이터로 거를 (응답 시간: 0.9 s).
- 는 크라운 연료 레이어로 6 열전쌍을 삽입합니다. 이 열전대 20 cm 떨어져 놓고 열전대와의 접촉을 피하십시오. 표면 연료 레이어로 10 열전대를 삽입 합니다. 이러한 표면 연료 열전대 10 cm 떨어져 놓고 열전대 (참조 그림 4)와 접촉을 피하십시오.
- 클릭 하 여 데이터 로깅 활성화는 " 시작 " 열전대 제어 소프트웨어 인터페이스에 버튼.
그림 4: 열전대 배열 침대 표면 및 크라운 연료의 다이어그램 위치. 여기 6 열전쌍 크라운 연료 레이어 서로 20 cm에 삽입 되었다. 10 열전대는 표면 연료 레이어 10 c m 간격으로 삽입 되었다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
5. 이미지 수집 설치
간격 10-cm-바람 터널 창 위에 빨간색 표시는- 마운트 시각적 참조 대상. 이 대상 참조로 사용 하 여 실험 비디오에서 화 염 높이 결정.
참고: 샘플 화 염 높이 그림 5에 표시 됩니다. - 설정 사진 데이터 컬렉션입니다. 윈드 터널 테스트 영역에 초점을 맞추고 연료 침대 지역 뿐 아니라 전체 수직 참조 대상 캡처 있도록 카메라 초점 조정.
- 설치 비디오 카메라 데이터 수집입니다. 범용 카메라 벽 마운트 윈드 터널 테스트 섹션의 전체 보기를 제공 하기 위해 벽에 비디오 카메라를 탑재.
그림 5: 전형적인 실험에서 샘플 불꽃의 사진. 빨간색 표시와 함께 블루 시각적 대상 실험 비디오에서 화 염 높이 결정에 대 한 참조 역할을 합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
6. 흐름 설치
참고: 바람 터널은 가변 속도 팬을 갖추고 있습니다. 윈드 터널의 공기 흐름은 팬 속도를 이전 조정 되었습니다. 원하는 바람 각 측정 속도 달성 하기 위해, 팬 회전 속도 (Hz)에서 선택 됩니다. 현재 실험에 1 m/s 바람 흐름 경우 없고 바람 공부 했다.
- 1 m/s 속도 컨트롤러에서 팬 속도 설정합니다. 제대로 작동 하는지 확인 하려면 팬 설정.
- 팬 해제입니다. 그것은 이제 사용할 준비가 되었습니다.
참고: 굽기 건물은 작업 공간에서 연기를 철수 하는 동안 화재 실험을 안전 하 게 수행 하도록 설계 되었습니다. 거짓 경보의 발생을 제거 하기 위해 실험을 실시 되는 지역 소방 당국 통보. - 지붕 환기구 연기 배출에 대 한 유일 하 게 가능한 출구 되도록 건물에 모든 문을 닫습니다. 바닥 수준에서 건물 밖에 서 신선한 공기에서
- 공기 공급에 팬 들. 지붕 통풍구 연기 철수 팬 들 배기 켜고.
참고: 이것은 낮은 속도, 높은 볼륨 공기 흐름에서 약간의 압력 차이로 인해 수직 상승 건물 및 지붕 구멍 밖에 서 수립. - 이전에 각 실험을 사용 하 여 젖은 전구 습도 주위 공기의 온도 상대 습도 측정.
7. 점화 (구현 동시에 단계 8)
참고: 점화 과정 점화 승무원에 의해 다음과 같이 실시 한다. 증가 한 안전에 대 한 것이 좋습니다 두 번째 승무원 점화 하는 동안 테스트 지역 근처 유지.
- ' 점화 ', 변성 에틸 알코올로 엑셀 시오르 표면 연료 침대의 첨단을 담가. 점화 영역에서 알코올 병을 배치 하 고 부탄 토치를 사용 하 여 점화 연료 침대의 앞 가장자리에 평행 하 게 라인에 표면 연료 침대의 끝. 관찰력으로 알코올에 젖은 연료 점화 쉽게 됩니다 수.
8. 실험 실행 시작
참고: 실험은 올바르게 설치 확인, 시 카메라를 시작 합니다.
- 기록 비디오 카메라를 켭니다.
- 말하는 큰 소리로 실험 번호/코드, 날짜, 및 실험적인 구성 하므로이 정보를 기록 하는 비디오 카메라에 있는 마이크.
- 똑 딱에 의해 데이터 로깅 시작 컴퓨터 승무원 지시는 " 데이터 로깅을 " 악기 제어 인터페이스에서 옵션 ( 그림 3d, 참조 i.1). 연료를 점화 하는 점화 사람이 지시. 일단 점화 승무원 지시 하는 바람 터널 팬을 시작 승무원 바람 바람 터널 종료 합니다. 이 실험의 시작 시간은 0이 될 것 (t = 0).
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Representative Results
크라운 및 표면 화 염 높이 데이터는 비디오 데이터에서 얻은 했다. 실험에 대 한 일반적인 화 염 높이 동향은 그림 6에 표시 됩니다. 화 염 높이 동작 따라 태양 외 에 그 14
그림 6: 크라운 화 염 높이 추정. 여기 U = 1 m/s, 표면-크라운 분리 d = 70 cm. 이 대표적인 클래스 전자 실험에 해당합니다. 화 염 높이 실험 동영상에서 이미지를 처리 하 여 얻어진 다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 6에서 화 염 높이의 진화 실험 바람을 위한 일반적인 화 염 높이 동작을 보여주기 때문에 선택 되었다. 이러한 유형의 실험에서 불꽃 작은 시작, 연료 침대의 중간에 가까운 큰 다음 불길 연료 침대의 끝에 가까이 야로 시간으로 부패 합니다. 제시 그림에서 실험의 경우 F (1 m/s 및 크라운 및 70 cm에 표면 연료 사이의 거리 바람)입니다. 이 경우에, 바람 기울기 불꽃 도움이 됩니다. 불꽃 기울기 때문에 연료 침대에 화 염의 복사 열 전달 향상 된31입니다. 불꽃은 연료 침대를 통해 여행 그것은 미리 그것에 앞서 연료를 열 것입니다. 중앙 연료 침대 충분 한 예 열은 발생 많은 양의 큰 불꽃을 만드는 연료를 통해 최적의 위치에 있을 것으로 보인다. 그러나 연료 침대의 끝은 또한 미리가 열, 적은 열 분해 가스는 해제 되도록, 연료의 양을 제한 된다 감소 화 염 높이에 결과.
연료 소비율은 두 연료 침대의 전체 범위에 대 한 획득 했다. 선택 된 실험에 대 한 대량 손실의 진화는 그림 7에 표시 됩니다. 비 차원 매개 변수 M 순간 질량 m 과 초기 질량 m0의 비율입니다. 크기가 없는 시간 Τ 는 실험 시간 t 와 총의 비율 구울 시간 tf, 총 화상 시간 불타는 점화가 중지 하는 시간으로 정의 됩니다. 실험을 통해 대량 손실의 진화 예상 되는 동작은 다음. 3 개의 일반적인 지역 대량 손실 곡선의 특성에서 확인 되었다: 점화, 불타는, 그리고 연기, 그림 7을 참조 하십시오. 이 경우 F 실험 (1 m/s, 표면과 70 cm의 거리에서 바람) 이었다. 연료 수 분 함량은 45%, 상대 습도 66%, 및 총 화상 시간 2.5 분 전체 대량 손실 되었고 대량 손실 비율 동향 일치 그 Rothermel32 와 이성애 외제시. 33
그림 7: 연료 소비 추세. 묘사는 대표 클래스 F 실험, 어디 U d 1 m/s 및 표면 크라운 분리 = = 70 cm. 연소 지역 플롯 (점화, 불타는 및 연기)에 표시 됩니다. 이러한 세 가지 영역으로 일반화 추세는 대부분 실험 관찰 되었다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
을 설명 하기 위해 대량 손실 동향이이 방법론을 통해 설명 하는 실험에서 얻은 표면 및 크라운 레이어 4 개의 실험 결과 그림 8 과 그림 9에 표시 됩니다. 평균 구울 번 그림 8 로 표현 하는 실험적인 카테고리는 다음과 같이 했다: 클래스 C 및 D 평균 4.5 분 하 고 E와 F 클래스 평균 2.5 분. 바람 대량 손실의 속도 향상으로 관찰 될 수 있다, 그리고 총 연소 시간.
그림 8: 연료 침대 대표 실험에 대 한 대량 손실 표면. 데이터 1 m/s 바람 바람, 뿐만 아니라 두 개의 표면-크라운 거리 테스트 없이 실험에서 표시 됩니다: d = 60, 70 cm. 질량 손실 데이터 디지털 스케일 표면 연료 침대 사용에서 얻을 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 9: 연료 침대 대표 실험에 대 한 대량 손실 왕관. 데이터 바람와 바람으로 두 개의 표면-크라운 거리 테스트 없이 실험을 보여준다. 여기에 대량 손실 데이터 크라운 연료 침대에 사용 된 부하 셀 계측에서 얻은 것입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
가스 단계 온도 연료 침대 내 16 개의 열전대를 사용 하 여 두 연료 침대에 대 한 측정 되었다. 열전대는 T0 ~ T15 표시, 그림 4 묘사 열전대 배열. 열전쌍 T0 T09 T15 T10-동안 표면 연료 침대 안으로 배치 했다 크라운 연료 침대 안에 배치 했다. 선택 된 실험에 대 한 크라운 연료 침대 온도 그림 10에 표시 됩니다.
그림 10: 연료 침대 가스 온도 왕관 연료 침대. 서 모 커플 배치는 그림 4에 표시 됩니다. 클래스 B 실험 없이 표면 연료 침대와 1 m/s의 바람 속도 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 11: 열전대의 부적절 한 배치에서 발생 하는 온도 읽기. 서 모 커플 배치는 그림 4에 표시 됩니다. 묘사는 크라운 연료 침대 온도 어디는 열전대 잘못 배치는 명백한 비정상적으로 낮은 온도 의해에 대 한 데이터입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
경우에 열전대 연료 침대에 제대로 삽입 되지 않도록, 온도 판독 됩니다 하지 정확한 중요 하다. 예를 들어, 그림 11나타내는 실험 온도 수치를 검사 시 그것은 크라운 연료 침대 열전대 (T15) 중 하나에 대 한 온도 조건에 점화를 위한 정상 아래는 지적 했다. 이러한 temperatures 선의 가스 단계 온도 보다 주위 조건에 가까이 했다. 따라서, 그것은 경우에 실험을 통해 연료 침대 밖에 서 열전대 T15 남아 유추 했다.
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Discussion
실험을 통해 높은 연료 질량을 측정 하는 능력 기술은 여기에 제시의 주요 장점 중 하나 였다. 카파 랄 화재를 해결 하는 이전 연구 중 유일한 크라운 불 개시 또는 표면 확산, 하지만 둘 다에 집중 했다. 이러한 연구 결과 크라운 계층에 점화의 가능성을 계량 하 고 미래의 작품23에 대 한 확산의 연구를 두고 있다. 우리의 방법론 대량 손실의 측정 온도 분포, 그리고 나무 크라운에 관련 된 레이어 모두에 대 한 화 염 형상을 불 점화 및 확산 수 있습니다. 대량 손실의 속도에서 에너지 플럭스를 직접 유추 하는 수단을 제공 합니다. 다른 연구에 직접에서 열 유 속 측정의 장점을 화재 확산 실험으로 나타났습니다. 피 니 외 산 불에서 열 플럭스 측정의 몇 가지 예를 제시 확산 실험34. 같은 작품을 통해 그들은 대류 역할에 중요 한 관찰을 할 수 있었고, 산 불 확산에 재생 복사 열 전달. 여기에 제시 된 방법론 산 불 확산에 카파 랄의 에너지 역학의 초기 관측 허용. 도움이 다음 단계 복사와 대류 열 전달의 특정 기부금의 더 심층 분석을 포함 것입니다. 미래 연구에 대 한 탐구 열 플럭스의 직접 측정 하는 것이 좋습니다.
되도록 정확도 측정 거기에 몇 가지 중요 한 단계가 있습니다. 왕관 대량 손실 측정 로드 셀의 보정은 아마 가장 중요 한 단계와 가장 많은 시간을 소요 하는 단계 이다. 이 때문에 각 실험 하루의 끝에, 크라운 연료 침대 탑재, 있어야 하며 구성에서 약간의 운동 대량 읽기 변경 될 수 있습니다. 따라서, 교정 각 실험 하루의 시작 부분에서 수행 되어야 합니다. 미래 실험에 대 한 좀 더 영구적인 구성 이상적인 것입니다. 이 미래 구성에서 개별 로드 셀 실험적인 체제에 부착 되어 것입니다.
교정 단계 뿐만 아니라 프로토콜에서 다른 중요 한 단계는 연료의 준비 이다. 전체 실험 프로그램의 소정의 화재 동작을 예측 하는 우리의 능력 향상을 위해 라이브 연료에서 연소의 더 나은 이해를 개발 하는 것입니다. 동안 라이브 분기 최대 ½ 인치 (1.27 cm) 카파 랄에 화상 처방 강도 높은 불꽃 앞에 사용할 수 있습니다 (녹색35참조), 더 큰 직경 연료는 일반적으로 점화 되지 불꽃 앞에. 카파 랄 연료를 사용 하 여 실험실 화상 소정의 굽기의 확산 화 염 앞에서 일반적으로 사용할 것을 연료를 사용 하 여에 집중 했다 (참조 코헨과 브래드 쇼36, 방법 외. 37). 주요 카파 랄 종 선 (Adenostoma fasciculatum), 다른 카파 랄 하면서 포함 연료 포함 manzanita (Arctostaphylos glandulosa)와 hoaryleaf ceanothus (Ceanothus crassifolius). 여기 선 연료 그것은이 종의 가장 가연성 때문에 선택 했다.입니다. 지점 크기는 ¼ 인치 아래 유지 다른 종 포함 프로토콜을 수정할 수 있습니다.
일반적으로, 연료로 선택 하는 종에 분기 정돈 되어야 한다 되도록 모든 분기 직경 < ¼ 인치 (0.63 cm) 균일성을 유지 하기 위하여. 하지이 단계를 수행 하거나 수행 하지 올바르게 결과의 재현성에 영향을 부정적인 것 이다. 트리밍 동안 가지 수도 있습니다 불리 한 아주 작은 지점 크기와 연료 침대 큰 패킹 밀도가지고 있으며 따라서 다르게 구울 수 경향이 있기 때문에. Omodan38, 다음 여기에 설명 된 절차에서 패킹 조밀도 9.2 k g/m3의 평균에서 유지 되었다.
이 실험의 규모 때문에 그 지적 가치가 있다, 4 명 이상의 실험 기간 동안 효율성을 보장 하는 데 필요한. 전혀 볼 수 프로토콜 승무원 담당 하는 사람을 데 번이 모든 단계는 정확 하 게 따라 할 수 있도록 중요 합니다. 이 사람은 승무원의 안전성 뿐만 아니라 실험의 조정 담당 이다. 이 사람과 승무원의 나머지 그들의 안전 및 환경, 소화기, 배기구를 보장의 가시성 데 의미에 고 문을 실험 기간 동안 폐쇄의 관심을 지불 중요 하다.
또한, 하나의 버튼으로 모든 악기를 동기화 유리한 것입니다. 이것은 데이터 분석 및 처리 효율적 만들 것 이다. 마지막으로, 여기에 기술을 마스터 한 후 자연 스러운 진행 될 고려해 야 할 또 다른 중요 한 요소를 다른 연구에 표시 되었습니다 온도 제어 등 나머지 바람 터널 기능 중 일부를 통합 하는 것입니다. 이 더 넓은 범위의 환경 조건 제어 가능 것 이다 여기에 제시 된 결과 때 연료는 일반적으로 건조; 여름 개월 동안 실시 한 실험에서 이 기간 또한 올해 wildland 화재가 발생 하는 경우의 일부에 해당 합니다. 그러나 경우,, 계절의 광범위 한 실험 기간 동안 분석 하는, 바람 터널 온도 제어를 고용 수 있습니다. 마찬가지로, 연료 수 분 함량의 변화는 카파 랄 크라운 불 전환 및 확산에이 매개 변수의 영향에 통찰력을 제공할 것 이다. 연료 수 분 함량을 포함 하 여 대량 밀도 제어 매개 변수로 확장된 연구 설계, Mulvaney 그 외 여러분 에 의해 제공 되는 것과 같은 오류 분석 실험 균일39방법론 설계에서 보좌관을 것 이다.
여기에 설명 된 기술을 사용 질량의 측정을 통합 하는 크라운 불 행동의 시험 온도 및 연료 관련 된 레이어 모두에 대 한 화 염 형상. 분석 결과이 방법론에서 한 증가의 이해 카파 랄 불 크라운 불으로 특별히 이어질 수 있습니다 반와 그 너5에 의해 발표로 독립, 수동 또는 능동 크라운 불 행동의 범위, 내 지식을 제공 화재 예측 및 제어에 도움이.
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Disclosures
저자는 공개 없다.
Acknowledgments
저자는 벤자민 Sommerkorn, 가브리엘 듀 폰, 제이크 Eggan Chirawat Sanpakit 여기에 제시 된 실험 지원 인정 하 고 싶습니다. 지 넷 Cobian Iñiguez 지원 미 항공 우주국 MUREP 기관 연구 기회 (미로) 보조금 번호 NNX15AP99A에 의해 인정합니다. 이 작품 또한는 USDA/USDI 국가 화재 계획 USDA 숲 서비스, PSW 연구소와 캘리포니아 대학-리버 사이드 사이 계약을 통해에 의해 투자 되었다.
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
- California Department of Forestry and Fire Protection. Incident Information, 2016. , Available from: http://cdfdata.fire.ca.gov/incidents/ (2016).
- Minnich, R. A. Fire mosaics in southern California and northern Baja California. Science. 219 (4590), 1287-1294 (1983).
- 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).
- Rothermel, R. C., Philpot, C. W. Predicting changes in chaparral flammability. J. For. 71 (10), 640-643 (1973).
- Van Wagner, C. E. Conditions for the start and spread of crown fire. Can. J. For. Res. 7, 23-34 (1977).
- Fons, W. L. Analysis of Fire Spread in Light Forest Fuels. J. Agric. Res. (3), (1946).
- Lozano, J. An investigation of surface and crown fire dynamics in shrub fuels [dissertation]. , University of California-Riverside. 222 (2011).
- Weise, D., Zhou, X., Sun, L., Mahalingam, S. Fire spread in chaparral-'go or no-go?'. Int. J. Wildl. Fire. 14, 99-106 (2005).
- 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).
- 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).
- 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).
- Byram, G. M. Combustian of Forest Fuels. For. Fire Control Use. , 61-89 (1959).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Zukoski, E. Fluid Dynamic Aspects Of Room Fires. Fire Saf. Sci. 1, 1-30 (1986).
- Thomas, P. H., Webster, C. T., Raftery, M. M. Some experiments on buoyant diffusion flames. Combust. Flame. 5, 359-367 (1961).
- 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).
- 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).
- Williams, F. A. Mechanisms of fire spread. Symp. Combust. 16 (1), 1281-1294 (1977).
- Sullivan, A. L., Ball, R. Thermal decomposition and combustion chemistry of cellulosic biomass. Atmospheric Environment. 47, 133-141 (2012).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Silvani, X., Morandini, F. Fire spread experiments in the field: Temperature and heat fluxes measurements. Fire Safety J. 44 (2), 279-285 (2009).
- 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).
- 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).
- Albini, F. A. A Model for Fire Spread in Wildland Fuels by- Radiation. Combust. Flame. 42, (1985).
- Rothermel, R. C. A Mathematical Model for Predicting Fire Spread in Wildland Fuels. USDA For. Serv. Res. Pap. INT-115. , 40 (1972).
- 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).
- 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).
- Green, L. R. Burning by prescription in chaparral. USDA For. Serv. Gen. Tech. Rep. PSW-51. , 36 (1981).
- Cohen, J., Bradshaw, B. Fire behavior modeling - a decision tool. Proc. Prescr. Burn. Midwest State Art. , 1-5 (1986).
- 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).
- Omodan, S. Fire Behavior Modeling - Experiment on Surface Fire Transition to the Elevated Live Fuel A. , (2015).
- 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).
