Аэродинамической экспериментов для изучения Chaparral Корона пожаров

В 2016 году в штате Калифорния опытных в общей сложности 6,986 лесных пожаров, потребляя 564,835 акров¹, стоимостью в миллионы долларов ущерба и, рискуя оздоровительный сотни людей. Из-за региональный средиземноморский климат источник основных топлива для этих пожаров являются чапараль растительности сообществ². Огонь распространился в Чапараль можно считать Корона огонь так как основным топливом, которое горит повышенных³. Живущее с преимущественно живут слой короны, является мертвым поверхности топлива слой, который состоит из литой листья, ветви и травянистых растений, которые растут под и между отдельными кустарников. Огонь будет более легко инициировать в слое мертвые от поверхности топлива. После того, как поверхности пожар возгорание, огонь может переход на корону слой, где энергия, высвобождаемая в огне резко возрастает. Хотя обычно построены чапараль пожары как огонь распространяется в глубокой поверхности топлива⁴, был ограниченное исследование чапараль пожаров как Корона пожаров.

Корона характеристики в Чапараль, включая формы частиц листва, отличаются от бореальных хвойных лесов, где произошло большинство исследований. Многочисленные лабораторные и полевые исследования изучили различные аспекты пожар динамика^{6,5,7,3,8,9,10 ,,1112}. В области лабораторных экспериментов несколько исследований изучили влияние параметров, таких как ветер и свойства топлива на корону чапараль огонь поведение. Лосано⁷ рассмотрены характеристики короны огонь посвящения в присутствии двух дискретных Корона топлива кровати. В Tachajapong и др. ³, дискретные поверхности и кроны слоев были сожжены внутри аэродинамической трубе и характеризовалась поверхности огонь. Только посвящение короны огонь был полностью описаны, оставляя полный анализ распространения для будущей работы. Li et al. ¹¹ сообщили на распространение пламени хотя единого чапараль кустарников. В соответствующей работе, Крус и др. ^{10 , 9} разработал модель предсказать, зажигания хвойных листвой выше распространяя огонь поверхности. Сжечь характеристики чапараль топлива были изучены в ходе экспериментальных исследований сыпучих видов топлива и индивидуальные оставляет^13,14,,1516. Дюпюи и др. ¹³ изучал горения характеристики Pinus pinaster иглы и Эксельсиор путем сжигания топлива в цилиндрических корзины. Они отметили, что в этих видов топлива, высота пламени был связан с выпуска расхода тепла через две пятых власть закона, как уже сообщалось ранее, в литературе^17,18. Солнце и др. ¹⁴ сожгли чапараль топлива в аналогичных цилиндрических корзины для анализа горения характеристики трех чапараль топлива: chamise (Adenostoma метельчатый), Краснокоренник (Краснокоренник crassifolius) и “Manzanita” ( Толокнянка glandulosa).

Руководствуясь результатами вышеупомянутого лабораторных исследований, наша цель здесь заключается в представлении методологии квалифицировать распространение в поверхность и кустарников кроны слоев. Кроме того мы стремимся прояснить некоторые из ключевых характеристик, которые определяют степень взаимодействия поверхности Корона слоя. С этой целью мы разработали методологию экспериментальная лаборатория для изучения вертикальный переход огонь, горящий в лесных поверхности топлива в огонь распространяется в повышенных кустарник топлива. В этих типах пожаров перевод огонь кустарник короны, известный как Увенчивая, может сопровождаться устойчивого распространения при правильных условиях. В общем колючий кустарник огонь поведение диктуется рельеф местности, погоды и топлива¹⁹. Было показано, что ветер влияет на скорость выхода энергии топлива^5,3,8,20.

Огонь распространился в пористых топлива можно рассматривать как серию переходы или пороговые значения, которые необходимо пройти для быть успешным²¹. Энергетически частицы топлива воспламеняется, если количество тепла, что он получает результаты в смеси газов, которые успешно реагирует с кислородом. Результате пламя распространяется если тепло от сжигания частиц возгорание прилегающих топливо частиц. Огонь распространяется по всей земле, если это возможность пересекать пробелы между элементами горючего топлива. Если пламя костра поверхности способен переносить вертикально в кроны деревьев и кустарников, значительные изменения в поведение огня, включая увеличение тепла цены выпуска, часто наблюдается за счет большей доступности топлива. Тепловой энергии динамика пожаров охватывают несколько шкал, от очень больших масштабах, такие в мега пожары, которые часто требуют климатологических моделирования, чтобы небольшой масштаб требующих химической масштаба кинетического моделирования. Здесь мы имеем дело с аэродинамической лаборатории шкалы поведения моделирования; для химической целлюлозы сгорания исследования читатель отсылался к работ, таких как Салливан и др. ²²

Начиная с 2001 года мы провели ряд экспериментов, изучения некоторых из лабораторного масштаб энергии порогов^{23,8,24,25,26, 27}, с акцентом на живой топлива, связанных с колючий кустарник. Хотя на открытом воздухе измерения огня может обеспечить более реалистичные результаты, контролируемой среде аэродинамической позволяют для определения влияния различных параметров. Управление ветра, например, особенно важно для чапараль Корона пожаров в таких регионах, как Южной Калифорнии, где foehn типа ветра, известный как Санта-Ана ветры, являются типичными водителями пожара событий. Поскольку основным стимулом для методологии, описанной здесь является изучение влияния ветра и других контролируемых параметров на колючий кустарник огонь распространения, это исследование было проведено в аэродинамической лаборатории масштаба. Читатель отсылается к работе Сильвани и др. ²⁸ для полевых измерений температуры в Чапараль пожары, аналогичные тем, которые представлены здесь. Для полевых измерений на эффект ветра на распространение огня смотрите Моранди и др. ²⁹

Несколько параметров, влияющих на распространение в Чапараль топлива были экспериментально проанализированы количественной оценки вероятностиогонь распространился успех в повышенных топлива кровати⁸. Текущий экспериментальное исследование включает в себя методологию разработан для изучения чапараль Корона огонь распространения путем моделирования поверхности топлива и Корона топлива внутри раздела тестирования низкой скорости аэродинамической трубе. Поверхности топлива моделируется с Эксельсиор (высушенные измельченные древесины). Поверхности топлива кровать находится на уровне земли в аэродинамическую трубу над стандартной шкалы (см. Рисунок 1). Представляя Корона топлива кровать, кровать топлива с chamise был помещен над кроватью поверхности топлива путем приостановления топлива от платформы, на раме аэродинамической (см. Рисунок 1). Обе кровати топлива инструментирования для температуры и потери массы измерений; геометрия пламя получается из видеозаписи экспериментов. Измеряемые параметры включают скорости потери массы, топлива содержание влаги и относительной влажности воздуха. Контролируемые параметры были Ветер присутствие, расстояние между поверхности топлива кровать и кровать топлива короны и присутствие поверхности топлива. Измеренной потери массы ставка может использоваться для расчета ставки выхода тепла, которая определяется как:

где h — тепло сгорания топлива, m — масса топлива, и t — время.

Рисунок 1: экспериментальная установка аэродинамической. Для удобства были помечены места Корона топлива кровать, кровать поверхности топлива и туннельного вентилятора. Поверхности топлива кровать находится на уровне земли в аэродинамическую трубу над стандартной шкалы. Представляя Корона топлива кровать, кровать топлива с chamise был помещен над кроватью поверхности топлива путем приостановления топлива от платформы, на раме аэродинамической. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.

Эксперименты были сосредоточены на понимание поведения чапараль Корона пожаров, особенно зажигания, механизмы распространения пламени и распространение, скорости фронта пламени и расхода топлива. Изучение взаимодействия между поверхности огонь и огонь короны, шесть конфигураций поверхности и корона кроватях топлива с и без прикладной ветер поток, были сожжены в аэродинамической трубе: Корона топлива только с и без ветра (2), Корона и поверхности кровати топлива, разделенных два расстояния с и без ветра (4). В таблице 1 приведены экспериментальные конфигураций с 6 экспериментальных классов. В таблице параметр кровать поверхности топлива означает ли поверхности топлива присутствовал во время эксперимента, ветер параметр относится к присутствию ветра и Высота коронки относится к расстоянию между нижней части топочной короны и в нижней части поверхности топлива кровать. Влажности топлива измеряется для каждого эксперимента, но не контролируется, средний топлива содержание влаги 48%, в то время как минимальные и максимальные значения были 18% до 68%, соответственно.

Таблица 1: эксперимент конфигураций. Здесь параметр кровать поверхности топлива означает ли поверхности топлива присутствовал во время эксперимента, ветер параметр относится к присутствию ветра и Корона высота относится к расстояние между нижней части топочной короны и в нижней части кровати поверхности топлива.

Электронные весы измеряется поверхности топлива массы и мы разработала систему пользовательского потери массы для слоя короны. Система состояла из отдельных тензодатчики, подключен к каждому углу кровати условного топлива. Потребительского класса видеокамеры Записанная визуального пламени; Обработка изображений с помощью пользовательского сценария визуальных данных генерируется пламени характеристики, включая высоту и угол. Программа была разработана с конвертировать видео кадры из RGB (красный/зеленый/синий) кодирования в черно-белые через процесс порога интенсивности света. Край пламени был получен из черно-белых кадров видео. Высота максимальная пламени был определен как высшая точка пламени края, мгновенно пламени высот также были получены. В изображении высота пламени была измерена от основания топочной максимальный вертикальный точке пламени. Все коды обработки, а также интерфейс управления инструмент, предназначенный для этого протокола предоставлены авторами здесь через их сайт доступа программного обеспечения. Уборки живой топлива на местах и проведение экспериментальных Бернс в течение 24 часов к минимуму потерю влаги. Термопара массив записанная температура топлива кровать в направлении выравнивания ветер, позволяя расчет ставки спред. На рисунке 1 показана схема установки кровати топлива наряду с термопарой договоренности. Подробная информация о экспериментальный протокол следовать.