पवन सुरंग प्रयोगों चैपरल क्राउन आग का अध्ययन करने के लिए
Summary
इस प्रोटोकॉल का वर्णन पवन सुरंग चैपरल झाड़ियों के चंदवा के लिए जमीन से एक आग के संक्रमण का अध्ययन करने के लिए डिजाइन प्रयोगों ।
Abstract
वर्तमान प्रोटोकॉल एक प्रयोगशाला चैपरल मुकुट आग प्रज्वलन और प्रसार का अध्ययन करने के लिए डिज़ाइन तकनीक प्रस्तुत करता है । प्रयोग एक कम वेग आग पवन सुरंग में आयोजित की गई जहां ईंधन की दो अलग परतों चैपरल में सतह और क्राउन ईंधन का प्रतिनिधित्व करने के लिए निर्माण किया गया । Chamise, एक आम चैपरल झाड़ी, जी मुकुट परत शामिल हैं । मृत ईंधन सतह परत excelsior (कटा हुआ लकड़ी) के साथ निर्माण किया गया था । हम दोनों ईंधन परतों के लिए जन हानि, तापमान, और लौ ऊंचाई को मापने के लिए एक पद्धति विकसित की है । प्रत्येक परत में रखा Thermocouples तापमान का अनुमान है । एक वीडियो कैमरा दिखाई लौ पर कब्जा कर लिया । डिजिटल इमेजरी के बाद की प्रोसेसिंग ऊंचाई और लौ झुकाव सहित लौ विशेषताओं से झुकेंगे । एक कस्टम क्राउन जन हानि साधन में विकसित घर जला के दौरान मुकुट परत के द्रव्यमान के विकास मापा । जन हानि और तापमान रुझान तकनीक का उपयोग कर प्राप्त सिद्धांत और अंय अनुभवजंय अध्ययन । इस अध्ययन में, हम विस्तृत प्रयोगात्मक प्रक्रियाओं और प्रयुक्त इंस्ट्रूमेंटेशन के बारे में जानकारी प्रस्तुत करते हैं । ईंधन मास की हानि दर और तापमान ईंधन बिस्तर के भीतर दायर के लिए प्रतिनिधि परिणाम भी शामिल है और चर्चा की ।
Introduction
२०१६ में, कैलिफोर्निया के राज्य ६,९८६ wildland आग की कुल अनुभव, खपत ५६४,८३५ एकड़1, नुकसान में डॉलर के लाखों की लागत, और लोगों के सैकड़ों के कल्याण खतरे में डाल । क्योंकि क्षेत्रीय भूमध्य जलवायु, इन आग के लिए एक प्रमुख ईंधन स्रोत के चैपरल वनस्पति समुदाय2रहे हैं । आग चैपरल में फैले एक मुकुट आग माना जा सकता है मुख्य ईंधन है कि जलता है3ऊंचा है के बाद से । सह मुख्य रूप से लाइव क्राउन परत के साथ मौजूदा, मृत सतह ईंधन परत है, जो कच्चा पत्ते, शाखाओं के होते हैं, और घास पौधों जो के तहत और व्यक्तिगत झाड़ी के बीच बढ़ती है । आग और अधिक आसानी से मृत सतह ईंधन परत में शुरू होगा । एक बार सतह आग प्रज्वलित, आग मुकुट परत जहां आग द्वारा जारी ऊर्जा नाटकीय रूप से बढ़ जाती है संक्रमण हो सकता है । जबकि चैपरल आग आम तौर पर एक गहरी सतह ईंधन4में फैल आग के रूप में मॉडलिंग की गई है, वहां मुकुट आग के रूप में चैपरल आग के सीमित अध्ययन किया गया है ।
चैपरल में क्राउन विशेषताओं, पत्ते कण आकार सहित, बोर शंकुधारी जंगल से अलग है, जहां अनुसंधान के सबसे हुआ है । कई प्रयोगशाला और क्षेत्र पैमाने पर अध्ययन जंगल की आग की गतिशीलता6,5,7,3,8,9,10 के विभिन्न पहलुओं की जांच की है ,11,12. प्रयोगशाला प्रयोगों के दायरे के भीतर, कई अध्ययनों से इस तरह के चैपरल क्राउन आग व्यवहार पर हवा और ईंधन संपत्तियों के रूप में मानकों के प्रभाव की जांच की है । लोज़ानो7 दो असतत मुकुट ईंधन बिस्तरों की उपस्थिति में मुकुट आग दीक्षा के लक्षण की जांच की । In Tachajapong एट अल. 3, असतत सतह और मुकुट परतों एक हवा सुरंग के अंदर जला दिया और सतह आग की विशेषता थी । केवल क्राउन अग्नि दीक्षा पूरी तरह से भविष्य के काम के लिए प्रसार का पूरा विश्लेषण छोड़ने वर्णित किया गया था । ली एट अल. 11 एक लौ हालांकि एक चैपरल झाड़ी के प्रसार पर सूचना दी । संबंधित काम में, Cruz एट अल । 10 , 9 एक प्रसार सतह आग के ऊपर शंकुधारी पत्ते के प्रज्वलन की भविष्यवाणी करने के लिए एक मॉडल विकसित की है । जला चैपरल ईंधन की विशेषताओं के प्रायोगिक अध्ययन में पता लगाया गया है थोक ईंधन और व्यक्तिगत पत्ते13,14,15,16। Dupuy एट अल. 13 बेलनाकार टोकरी में ईंधन जलने से पाइनस pinaster सुई और excelsior की जलती हुई विशेषताओं का अध्ययन किया । उंहोंने कहा कि इन ईंधनों में, लौ ऊंचाई एक दो पांचवें बिजली कानून के माध्यम से गर्मी रिलीज दर से संबंधित था के रूप में साहित्य में पहले बताया गया है17,18। सन एट अल. 14 जला चैपरल ईंधन समान बेलनाकार टोकरी में तीन चैपरल ईंधन की जलती हुई विशेषताओं का विश्लेषण करने के लिए: chamise (Adenostoma fasciculatum), ceanothus (ceanothus crassifolius), और manzanita ( Arctostaphylos glandulosa) ।
aforementioned प्रयोगशाला अध्ययन से परिणामों से प्रेरित है, हमारे यहां उद्देश्य के लिए एक पद्धति वर्तमान दोनों सतह और झाड़ी मुकुट परतों में फैले विशेषताएं है । इसके अलावा, हम प्रमुख विशेषताओं में से कुछ स्पष्ट है कि सतह की डिग्री-क्राउन परत बातचीत हुक्म का उद्देश्य । इस प्रयोजन के लिए, हम एक प्रयोगात्मक प्रयोगशाला पद्धति विकसित एक wildland सतह ईंधन में एक आग जल के ऊर्ध्वाधर संक्रमण का अध्ययन करने के लिए एक ऊंचा झाड़ी ईंधन में फैल आग । आग के इन प्रकार में, झाड़ी मुकुट, मुकुट के रूप में जाना के लिए आग का अनुवाद, सही शर्तों के तहत निरंतर प्रसार के बाद किया जा सकता है । सामांय में, चैपरल आग व्यवहार स्थलाकृति, मौसम, और ईंधन19द्वारा तय है । यह दिखाया गया है कि हवा ईंधन5,3,8,20में ऊर्जा रिलीज दर को प्रभावित करता है ।
छिद्रित ईंधनों में फैलने वाली आग को संक्रमण या थ्रेशोल्ड की एक श्रृंखला के रूप में देखा जा सकता है जिसे21को सफल होने के लिए पार किया जाना चाहिए । ऊर्जावान, एक ईंधन कण प्रज्वलित अगर गर्मी की राशि है कि यह गैसों का एक मिश्रण है कि सफलतापूर्वक ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया में परिणाम प्राप्त करता है । आने वाली लौ फैलता है अगर जलती हुई कण से गर्मी एक आसंन ईंधन कण प्रज्वलित । आग अगर यह दहनशील ईंधन तत्वों के बीच के अंतराल को पार करने में सक्षम है जमीन भर में फैलता है । यदि एक सतह आग की लौ झाड़ियों और पेड़ों के मुकुट में खड़ी प्रचार करने में सक्षम है, आग व्यवहार में वृद्धि हुई गर्मी जारी दरों सहित एक महत्वपूर्ण परिवर्तन, अक्सर ईंधन की अधिक से अधिक उपलब्धता के कारण मनाया जाता है । wildland आग में थर्मल ऊर्जा गतिशीलता कई तराजू, बहुत बड़े पैमाने से, इस तरह के मेगा आग में जो अक्सर जलवायवी मॉडलिंग की आवश्यकता होती है, छोटे पैमाने पर रासायनिक स्केल काइनेटिक मॉडलिंग की आवश्यकता होती है । यहां, हम प्रयोगशाला पवन सुरंग पैमाने पर व्यवहार मॉडलिंग के साथ सौदा; रासायनिक स्केल फाइबर दहन अध्ययन के लिए, पाठक ऐसे सुलिवान एट अल के रूप में काम करने के लिए भेजा जाता है. 22
२००१ के बाद से, हम प्रयोगशाला पैमाने पर ऊर्जा के कुछ जांच प्रयोगों की एक किस्म का आयोजन किया है23,8,24,25,26, 27, चैपरल के साथ जुड़े रहते ईंधन पर जोर देने के साथ । जबकि आग के सड़क पर माप और अधिक सजीव परिणाम प्रदान कर सकते हैं, हवा सुरंग के नियंत्रित पर्यावरण विभिंन मापदंडों के प्रभाव के विरेखांकन के लिए अनुमति देते हैं । हवा को नियंत्रित, उदाहरण के लिए, चैपरल मुकुट दक्षिणी कैलिफोर्निया जैसे क्षेत्रों में होने वाली आग के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण है जहां foehn प्रकार हवाओं, Santa Ana हवाओं के रूप में जाना जाता है, आग की घटनाओं के विशिष्ट ड्राइवरों हैं । क्योंकि यहां वर्णित पद्धति के लिए एक प्रमुख प्रेरक चैपरल आग प्रसार पर हवा और अंय नियंत्रित मापदंडों के प्रभाव का अध्ययन करने के लिए है, इस अध्ययन के एक प्रयोगशाला पैमाने पर हवा सुरंग में प्रदर्शन किया गया था । पाठक शीलवान् एट अल द्वारा काम करने के लिए निर्देशित है । 28 चैपरल आग में तापमान के क्षेत्र माप के लिए यहां प्रस्तुत लोगों के समान । आग फैल पर हवा के प्रभाव पर क्षेत्र माप के लिए, कृपया देखें Morandi एट अल । 29
कई चैपरल ईंधन में फैल प्रभावित मापदंडों है प्रयोग संभाव्यता को बढ़ाता द्वारा विश्लेषण किया गया हैआग का ऊंचा फ्यूल बेड8में फैला सफलता । वर्तमान प्रयोगात्मक अध्ययन एक कम गति की हवा सुरंग के परीक्षण अनुभाग के अंदर सतह ईंधन और क्राउन ईंधन मॉडलिंग द्वारा चैपरल क्राउन आग फैल अध्ययन करने के लिए विकसित एक पद्धति शामिल है । सतह ईंधन excelsior के साथ मॉडलिंग की है (कटा हुआ लकड़ी सूख) । भूतल ईंधन बिस्तर हवा सुरंग के जमीनी स्तर पर एक मानक पैमाने पर रखा गया है ( चित्र 1देखें) । क्राउन ईंधन बिस्तर का प्रतिनिधित्व, chamise के साथ एक ईंधन बिस्तर हवा सुरंग फ्रेम पर घुड़सवार एक मंच से ईंधन सस्पैंड द्वारा सतह ईंधन बिस्तर पर रखा गया था ( चित्रा 1देखें) । दोनों ईंधन बिस्तर तापमान और बड़े पैमाने पर नुकसान माप के लिए लिखती हैं; लौ ज्यामिति प्रयोगों की वीडियो रिकॉर्डिंग से प्राप्त की है । मापा मानकों जन हानि दर, ईंधन नमी सामग्री और हवा के सापेक्ष आर्द्रता शामिल हैं । नियंत्रित पैरामीटर हवा की उपस्थिति, भूतल ईंधन बिस्तर और क्राउन ईंधन बिस्तर के बीच दूरी, और सतह ईंधन की उपस्थिति थे । मापा जन हानि दर के रूप में परिभाषित किया गया है, जो गर्मी रिलीज दर की गणना करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता:
जहां ज ईंधन दहन की गर्मी है, m ईंधन द्रव्यमान है, और टी समय है ।
चित्रा 1: पवन सुरंग प्रयोगात्मक सेटअप । क्राउन ईंधन बिस्तर के स्थान, भूतल ईंधन बिस्तर, और सुरंग प्रशंसक सुविधा के लिए लेबल किया गया है । भूतल ईंधन बिस्तर एक मानक पैमाने पर हवा सुरंग के जमीनी स्तर पर रखा गया है । क्राउन ईंधन बिस्तर का प्रतिनिधित्व, chamise के साथ एक ईंधन बिस्तर हवा सुरंग फ्रेम पर घुड़सवार एक मंच से ईंधन सस्पैंड द्वारा सतह ईंधन बिस्तर पर रखा गया था । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
प्रयोगों चैपरल मुकुट आग, विशेष रूप से प्रज्वलन, लौ प्रसार और प्रसार के तंत्र, लौ सामने वेग, और ईंधन की खपत दर के व्यवहार को समझने पर ध्यान केंद्रित किया है । एक सतह आग और एक मुकुट आग के बीच बातचीत का अध्ययन करने के लिए, सतह और क्राउन ईंधन बेड के साथ और बिना लागू हवा प्रवाह के छह विन्यास, पवन सुरंग में जला दिया गया है: केवल के साथ और हवा के बिना मुकुट ईंधन (2), मुकुट और सतह ईंधन बिस्तर से अलग के साथ और हवा (4) के बिना दो दूरी । तालिका 1 प्रयोगात्मक कॉंफ़िगरेशन को 6 प्रायोगिक कक्षाओं के साथ सारांशित करता है । तालिका में, सतह ईंधन बिस्तर पैरामीटर दर्शाता है कि सतह ईंधन प्रयोग के दौरान मौजूद था, हवा पैरामीटर हवा और मुकुट ऊंचाई की उपस्थिति को संदर्भित करता है क्राउन ईंधन बिस्तर के नीचे और सतह के नीचे के बीच की दूरी को संदर्भित करता है ईंधन बिस्तर । ईंधन की नमी प्रत्येक प्रयोग के लिए मापा गया था, लेकिन नियंत्रित नहीं, औसत ईंधन नमी सामग्री ४८% थी, जबकि ंयूनतम और अधिकतम मान थे 18% से ६८%, क्रमशः ।
| वर्ग | भूतल ईंधन बिस्तर | पवन | क्राउन ऊंचाई |
| एक | अनुपस्थित | कोई पवन | ६० या ७० सेमी |
| बी | अनुपस्थित | 1 ms-1 | ६० या ७० सेमी |
| सी | उपस्थित | कोई पवन | ६० सेमी |
| डी | उपस्थित | कोई पवन | ७० सेमी |
| ई | उपस्थित | 1 ms-1 | ६० सेमी |
| च | उपस्थित | 1 ms-1 | ७० सेमी |
तालिका 1: प्रयोग कॉंफ़िगरेशन. यहां सतह ईंधन बिस्तर पैरामीटर दर्शाता है कि सतह ईंधन प्रयोग के दौरान मौजूद था, हवा पैरामीटर हवा और मुकुट ऊंचाई की उपस्थिति को संदर्भित करता है क्राउन ईंधन बिस्तर के नीचे और सतह ईंधन बिस्तर के नीचे के बीच की दूरी को संदर्भित करता है ।
एक इलेक्ट्रॉनिक पैमाने मापा सतह ईंधन द्रव्यमान और हम मुकुट परत के लिए एक कस्टम जन हानि प्रणाली विकसित की है । प्रणाली व्यक्तिगत लोड निलंबित ईंधन बिस्तर के प्रत्येक कोने से जुड़े कोशिकाओं के शामिल थे । उपभोक्ता ग्रेड वीडियो कैमरों दृश्य लपटें दर्ज की गई; एक कस्टम स्क्रिप्ट का उपयोग कर दृश्य डेटा की छवि प्रसंस्करण ऊंचाई और कोण सहित लौ विशेषताओं उत्पन्न । एक कार्यक्रम के लिए आरजीबी (लाल/हरे/नीले) से वीडियो फ्रेम बदलने के लिए प्रकाश की तीव्रता थ्रेसहोल्ड की एक प्रक्रिया के माध्यम से काले और सफेद कोडन विकसित किया गया था । लौ के किनारे काले और सफेद वीडियो फ्रेम से प्राप्त किया गया था । अधिकतम ज्वाला ऊँचाई को ज्वाला किनारे के उच्चतम बिन्दु के रूप में परिभाषित किया गया, तात्कालिक ज्वाला ऊँचाइयों को भी प्राप्त किया गया. एक छवि में, लौ की ऊंचाई ईंधन बिस्तर के आधार से लौ के अधिकतम ऊर्ध्वाधर बिंदु को मापा गया था । सभी प्रसंस्करण कोड के रूप में अच्छी तरह से साधन नियंत्रण इस प्रोटोकॉल के लिए बनाया गया इंटरफेस उनके सॉफ्टवेयर का उपयोग साइट के माध्यम से यहां लेखकों द्वारा उपलब्ध कराया गया है । स्थानीय स्तर पर रहते ईंधन की कटाई और 24 घंटे के भीतर प्रयोगात्मक जलता संचालन नमी हानि कम । एक thermocouple सरणी हवा स्ट्रीम वार प्रसार दर की गणना को सक्षम करने की दिशा में ईंधन बिस्तर तापमान दर्ज की गई । चित्रा 1 thermocouple व्यवस्था के साथ साथ ईंधन बिस्तर सेटअप के एक चित्र से पता चलता है । प्रायोगिक प्रोटोकॉल का विवरण ।
Protocol
सावधानी: निम्नलिखित प्रोटोकॉल में कई चरणों के रूप में गतिविधियों है कि चोट के कारण की क्षमता है शामिल, सुनिश्चित करें कि उचित व्यक्तिगत सुरक्षा उपकरण (पीपीई) आग सहित सुरक्षा प्रोटोकॉल स्थापित निम्न?…
Representative Results
Discussion
प्रयोग भर में ऊंचा ईंधन द्रव्यमान मापने की क्षमता यहां प्रस्तुत तकनीक का मुख्य लाभ में से एक था । चैपरल आग को संबोधित पिछले अध्ययनों से या तो केवल मुकुट आग दीक्षा या केवल सतह पर फैल पर ध्यान केंद्रित कि?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
लेखक बेंजामिन Sommerkorn, गेब्रियल ड्यूपॉंट, जेक Eggan और Chirawat Sanpakit जो यहां प्रस्तुत प्रयोगों के साथ सहायता स्वीकार करना चाहते हैं । Jeanette Cobian Iñiguez नासा MUREP संस्थागत अनुसंधान अवसर (MIRO) अनुदान संख्या NNX15AP99A द्वारा समर्थन स्वीकार करता है । यह काम भी usda वन सेवा, PSW अनुसंधान स्टेशन और कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय के बीच एक समझौते के माध्यम से USDI राष्ट्रीय आग योजना द्वारा वित्त पोषित किया गया-नदी के किनारे ।
Materials
| 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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