تجارب نفق الرياح لدراسة حرائق التاج قال

في عام 2016، شهدت ولاية كاليفورنيا ما مجموعة 6,986 حرائق البراري، تستهلك فدان 564,835¹، التكاليف الملايين من الدولارات من الأضرار، والمخاطرة بالعافية المئات من الناس. بسبب مناخ البحر الأبيض المتوسط الإقليمي، هي مصدر وقود رئيسي لهذه الحرائق قال الغطاء النباتي المجتمعات المحلية². ويمكن اعتبار الحريق انتشر في قال حريق تاج منذ التي تحرق الوقود الرئيسي هو ارتفاع³. تتعايش مع طبقة التاج يعيش معظمها، هي الطبقة السطحية الميت الوقود، الذي يتألف من أوراق الشجر المدلى بها، والفروع، والنباتات العشبية التي تنمو تحت وبين الشجيرات فرادى. وسيشرع النار بسهولة أكبر في الطبقة السطحية الميت الوقود. متى يشعل الحرائق السطحية، قد انتقال الحريق إلى طبقة التاج حيث تزداد الطاقة المنبعثة من الحريق بشكل مفاجىء. في حين قد تم على غرار الحرائق قال عادة كنار تنتشر في عمق سطح الوقود⁴، كان هناك دراسة محدودة للحرائق قال كحرائق التاج.

تختلف خصائص التاج في البلوط، بما في ذلك الشكل الجسيمات، وأوراق الشجر من الغابات الصنوبرية الشمالية، التي حدث فيها معظم البحوث. وحققت العديد من الدراسات المختبرية والميدانية مقياس مختلف جوانب الهشيم ديناميات^6،5،،من^73،،من^{89،10 ،،}من¹¹¹². ضمن نطاق التجارب المختبرية، قد درست عدة دراسات تأثير المعلمات مثل الرياح وخصائص الوقود على التاج قال النار السلوك. لوزانو⁷ دراسة الخصائص للتاج النار بدء حضور سريرين منفصلة من الوقود التاج. في تاتشاجابونج et al. ³وسطح المنفصلة وطبقات التاج أحرقت داخل نفق الرياح واتسمت الحريق السطحي. ووصف بدء الحريق التاج فقط تماما ترك التحليل الكامل لانتشار للعمل في المستقبل. لي et al. ¹¹ تقريرا عن انتشار لهب على الرغم من الشجيرات قال واحد. وفي ما يتصل العمل، كروز et al. ^{10 , 9} وضع نموذج للتنبؤ بالاشعال من أوراق الشجر الصنوبرية أعلاه انتشار نيران سطحية. تم استكشاف خصائص حرق الوقود قال في الدراسات التجريبية لمعظم أنواع الوقود ويترك الفرد^13،14،،من¹⁵¹⁶. دوبوي et al. ¹³ دراسة خصائص حرق بيناستير صنوبر الإبر ونجارة بحرق الوقود في سلال أسطوانية. ولاحظوا أنه في هذه الأنواع من الوقود، ارتفاع اللهب يتصل بمعدل الحرارة عن طريق قانون سلطة خمسي كما أفيد سابقا بالأدب^17،18. شمس et al. ¹⁴ حرق الوقود قال في سلال أسطواني مماثل لتحليل خصائص حرق ثلاثة أنواع من الوقود قال: مانزانيتا ( تشاميسي (فاسسيكولاتوم أدينوستوما) وسيانوثوس (كراسيفوليوس سيانوثوس) جلاندولوسا عنب).

بدافع من نتائج الدراسات التي أجريت في المختبرات المذكورة آنفا، هدفنا هنا تقديم منهجية لوصف انتشار في طبقات التاج السطح والجنبات. وعلاوة على ذلك، نحن نهدف إلى توضيح بعض الخصائص الأساسية التي تملي درجة التفاعل الطبقة السطحية-التاج. ولهذا الغرض، قمنا بتطوير منهجية مختبر تجريبي لدراسة الانتقال الرأسي لإطلاق النار مشتعلة في البراري وقود سطحية لحريق ينتشر في وقود شجيرة مرتفعة. في هذه الأنواع من حرائق، ترجمة للحريق للتاج الشجيرة، المعروفة باسم التتويج، يمكن أن يتبعه انتشار مستمر تحت الظروف المناسبة. وبصفة عامة، قال النار سلوك تمليه الطوبوغرافيا والطقس، والوقود¹⁹. فقد ثبت أن الرياح تؤثر على معدل الإفراج عن الطاقة في الوقود^5،3،،من⁸²⁰.

يمكن اعتبار سلسلة من التحولات أو العتبات التي يجب تجاوزها لتكون ناجحة²¹الحريق انتشر في الوقود المليئة بالثغرات. نشاط، يشعل جسيمات وقود إذا كانت كمية الحرارة التي يتلقاها ينتج خليط غازات التي تتفاعل بنجاح مع الأكسجين. ينتشر اللهب الناتجة عن ذلك إذا كانت الحرارة من الجسيمات حرق يشعل جسيمات وقود مجاورة. الحريق ينتشر في جميع أنحاء الأرض إذا كانت قادرة على عبور الفجوات بين عناصر الوقود القابلة للاحتراق. إذا كان قادراً على نشر عمودياً إلى التاج للشجيرات والأشجار شعلة النيران السطحية، كثيرا ما لوحظ تغير كبير في سلوك النار، بما في ذلك معدلات إطلاق الحرارة زيادة، نتيجة زيادة توافر الوقود. تشمل ديناميات الطاقة الحرارية في حرائق عدة جداول، من حجم كبير جداً، مثل في الحرائق الضخمة التي غالباً ما تتطلب النمذجة المناخية، إلى الصغيرة الحجم تتطلب النمذجة الحركية مقياس الكيميائية. وهنا، نحن نتعامل مع مختبر نفق الرياح مقياس السلوك النمذجة؛ مقياس الكيميائية السليلوز الاحتراق الدراسات، ويحال القارئ إلى المصنفات مثل سوليفان et al. ²²

ومنذ عام 2001، وقد أجرينا مجموعة متنوعة من التجارب دراسة بعض المختبرات مقياس الطاقة عتبات^23،،من^{824،25،26، 27}، مع تركيز على الوقود الحية المرتبطة مع البلوط. بينما في الهواء الطلق القياسات لإطلاق النار قد توفر نتائج أكثر واقعية، تسمح البيئة التي تسيطر عليها من نفق الرياح لتحديد أثر البارامترات المختلفة. على سبيل المثال، التحكم بالرياح، ويكتسي أهمية خاصة لقال التاج الحرائق التي تحدث في مناطق مثل جنوب كاليفورنيا حيث الرياح نوع الفون، المعروفة برياح سانتا أنا، برامج نموذجية لإحداث إطلاق النار. لأنه حافز كبير للمنهجية الموصوفة هنا دراسة تأثير الرياح والمعلمات الأخرى التي تسيطر عليها في قال النار انتشار، أنجزت هذه الدراسة في نفق رياح مقياس مختبر. ويدير القارئ إلى الأعمال سيلفاني et al. ²⁸ للقياسات الميدانية لدرجة الحرارة في حرائق قال مماثلة لتلك المعروضة هنا. لقياسات ميدانية على التأثير الرياح على انتشار الحريق، الرجاء راجع موراندي et al. ²⁹

العديد من المعلمات التي تؤثر على الانتشار في الوقود قال قد تم تحليلها تجريبيا بالتحديد الكمي لاحتمالالحريق ينتشر النجاح في الوقود المرتفعة أسرة⁸. وتشمل الدراسة التجريبية الحالية منهجية وضعت للدراسة قال التاج الحريق ينتشر عن طريق النمذجة السطحية الوقود والوقود التاج داخل قسم الاختبار في نفق الرياح سرعة منخفضة. وعلى غرار الوقود السطحية مع اكسلسيور (الخشب المجفف تمزيقه). يتم وضع سرير الوقود السطحية في الطابق الأرضي من نفق الرياح على نطاق قياسي (انظر الشكل 1). تمثل السرير الوقود التاج، وضع على سرير وقود مع شمس على السرير الوقود السطحية بواسطة تعليق الوقود من منصة محمولة على الإطار نفق الرياح (انظر الشكل 1). كل أسرة الوقود يتم تجهيزها لدرجة الحرارة والقياسات فقدان الكتلة؛ يتم الحصول على هندسة اللهب من تسجيلات الفيديو للتجارب. وتشمل معايير قياس معدل فقدان في الكتلة، ووقود محتوى الرطوبة والرطوبة النسبية للهواء. المعلمات التي تسيطر بوجود الرياح، المسافة بين سطح الوقود سرير وسرير الوقود التاج، ووجود سطح الوقود. يمكن استخدام معدل فقدان الكتلة المقاسة لحساب معدل إطلاق الحرارة، التي تعرف بأنها:

حيث h هو حرارة احتراق الوقود، m هو كتلة الوقود، و t هو الزمن.

رقم 1: الإعداد التجريبية نفق الرياح. قد وصفت مواقع السرير الوقود التاج والسرير الوقود السطحية، والمروحة النفق للراحة. يتم وضع السرير الوقود السطحية في الطابق الأرضي من نفق الرياح على نطاق قياسي. تمثل السرير الوقود التاج، وضع على سرير وقود مع شمس على السرير الوقود السطحية بواسطة تعليق الوقود من منصة محمولة على الإطار نفق الرياح. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

وركزت التجارب على فهم سلوك قال التاج الحرائق، ولا سيما من الاشتعال، آليات نشر اللهب وانتشار وسرعات استقبال الشعلة، ومعدلات استهلاك الوقود. قد أحرقت ستة تشكيلات من السطح ولي عهد أسرة الوقود مع أو بدون تدفق الرياح التطبيقية، دراسة التفاعل بين حريق سطحية وحريق تاج، في نفق الرياح: الوقود التاج فقط مع وبدون الرياح (2)، ولي العهد والسطحي أسرة الوقود مفصولة مسافات اثنين مع أو بدون الرياح (4). ويلخص الجدول 1 التكوينات تجريبية مع 6 فصول تجريبية. في الجدول، المعلمة سرير الوقود السطحية يدل على ما إذا كان الوقود السطحية كان حاضرا أثناء التجربة والمعلمة الرياح يشير إلى وجود الرياح وارتفاع التاج يشير إلى المسافة بين أسفل السرير الوقود التاج والجزء السفلي من السطح سرير الوقود. لكل تجربة قياس رطوبة الوقود لكن غير الخاضعة، الوقود متوسط الرطوبة كان 48%، بينما قيم الحد الأدنى والحد الأقصى بنسبة 18 في المائة إلى 68 في المائة، على التوالي.

الجدول 1: تجربة التكوينات. هنا المعلمة سرير الوقود السطحية تشير إلى ما إذا كان الوقود السطحية كان حاضرا أثناء التجربة والمعلمة الرياح يشير إلى وجود الرياح وارتفاع التاج يشير إلى المسافة بين أسفل السرير الوقود التاج والجزء السفلي من السرير الوقود السطحية.

مقياس إلكتروني قياس الوقود السطحية الجماهيري ونحن وضعت نظام فقدان أسلحة مخصصة لطبقة التاج. النظام يتألف من خلايا الحمل فردية متصلة بكل زاوية من السرير الوقود مع وقف التنفيذ. كاميرات فيديو الصف المستهلك سجلت السنة اللهب البصرية؛ تجهيز الصورة للبيانات المرئية باستخدام برنامج نصي مخصص إنشاء خصائص اللهب بما في ذلك الارتفاع وزاوية. ووضع برنامج لتحويل إطارات الفيديو من RGB (أحمر/أخضر/أزرق) الترميز إلى الأسود والأبيض من خلال عملية العتبة كثافة الضوء. تم الحصول على حافة اللهب من إطارات الفيديو أبيض وأسود. عرف أنه لهب أقصى ارتفاع أعلى نقطة من حافة اللهب، وتم أيضا الحصول على مرتفعات شعلة لحظية. في صورة، تم قياس ارتفاع اللهب من قاعدة السرير الوقود إلى أقصى نقطة العمودي اللهب. رموز تجهيز كافة فضلا عن واجهة التحكم أداة مصممة لهذا البروتوكول قد أتيحت بالكتاب هنا من خلال الموقع الوصول إلى البرامج. حصاد العيش الوقود محلياً وإجراء الحروق التجريبية خلال 24 ساعة التقليل من فقدان الرطوبة. وسجلت مجموعة الحرارية الوقود سرير درجة الحرارة في اتجاه الرياح ستريمويسي تمكين حساب معدل انتشار. ويبين الشكل 1 رسم تخطيطي من الإعداد سرير الوقود جنبا إلى جنب مع الترتيب الحرارية. اتبع تفاصيل البروتوكول التجريبي.