Die Autoren möchten bestätigen, Benjamin Sommerkorn, Gabriel Dupont, Jake Eggan und Chirawat Sanpakit, die mit den hier vorgestellten Experimenten unterstützt. Jeanette Cobian Iñiguez räumt Unterstützung durch NASA MUREP institutionelle Forschung Gelegenheit (MIRO) Grant-Nummer NNX15AP99A. Diese Arbeit wurde auch von der USDA/Abschlussbedingung National Fire Plan durch eine Vereinbarung zwischen USDA Forest Service, PSW-Forschungsstation und der University of California - Riverside finanziert.

Vorsicht: da mehrere Schritte in das folgende Protokoll Aktivitäten, die beteiligen zu Verletzungen führen können, sicherzustellen, dass die richtige persönliche Schutzausrüstung (PSA) nach den Standards der Sicherheitstechnik Protokolle einschließlich Brand verwendet wird widerstandsfähige Kleidung und Schutzbrillen.
 1. Krone Kraftstoff Bed Load Cell Instrumentierung Setup <ol><li>ändern 4 C-Klemmen durch das Anbringen von dual Frühjahr Gate Karabiner (siehe Tabelle der Materialien) durch das Pin-Loch an der Klemme &#39; s Schraubenende (siehe ( Abbildung 2). Der Karabiner zu verwenden, um die Krone-Brennstoff-Bett unterbrechen.</li>
	<li>Mit einem anderen Satz von C-Klemmen, kleben Sie jedes DMS Wägezelle, der obere Teil des Rahmens Windkanal (siehe Abbildung 2).</li>
	<li>Modifiziert Anhängen C-Klammern an das freie Ende der DMS-Zellen mit den Karabinern herabhängen. Die Plattform für die Krone-Brennstoff-Bett Ketten beimessen.</li>
	<li>Um die Krone Kraftstoff Bett Plattform aus dem Windkanal-Rahmen zu unterbrechen, verbinden Sie jede der Krone Kraftstoff Bett Ketten mit Karabiner.</li>
	<li>Nach jeder der vier Wägezellen sind fertig montiert und angeschlossen, die Brennstoff-Bett verbinden ihre Drähte mit der Wheatstone-Brücke, die für die Datenerfassung verwendet werden. Decken Sie die Wägezellen mit Feuer Dämmstoffe, z. B. für Feuer Unterstände verwendeten Art.</li>
</ol> <img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56591/56591fig2.jpg" /> Abbildung 2: Windkanal Krone Kraftstoff Bett Last Zelle Instrumentierung. (ein) Windkanal-Vorderansicht (b) modifizierte C-Clamp mit Karabiner und Krone Bett Brennstoffkette die Krone-Brennstoff-Bett unterstützt. (c) Last Zell am Windkanal-Rahmen mit einer C-Klammer befestigt. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56591/56591fig2large.jpg" target="_blank"> Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
 2. Laden Zelle Kalibrierung Hinweis: das Signal von den Wägezellen produziert wird in eine äquivalente Masse durch umgewandelt: <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56591/56591eq2.jpg" /> 
wo V ist das Signal, in der Regel in Millivolt, A und B sind konstanten durch Kalibrierung bestimmt werden, und m ist die Masse in Gramm. Alle Parameter in Gleichung (2) ergeben sich durch die custom-Instrument-Bedienoberfläche für die Krone Masse Instrumentierung in diesem Protokoll entwickelt. Als erste mit dem System, Präzision Gewichte werden verwendet, um Zelle Lastsignal zu kalibrieren. Kalibrierkonstanten-A und B erhalten werden basierend auf das Signal erzeugt, wenn die Last der diese Präzision Gewichte messen. Die Konstante A errechnet sich aus: <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/56591/56591eq3.jpg" /> wo m t ist eine der Masse der Probe Justiergewicht, ein w ist das Signal produziert mit der Gewicht auf die Wägezelle geladen, während ein w, o das Signal entspricht erzeugt, wenn kein Gewicht auf die Wägezelle angewendet wird.
<ol><li>Die Kalibrierung Konstante A, Haken Präzision Gewichte (eine gute Auswahl wäre 200-500 g), die erste Wägezelle erhalten. Verwenden Sie die Masse der Präzision Gewichte als Parameter m t in Gleichung (3).</li>
	<li>Stellen Sie Last Zelle Gain bis 128 # Eingabefeld verwenden, wie in Abbildung 3 b, i. 1. Dies entspricht der zulässige Höchstwert von dem Gerät.</li>
	<li>Lesen den Signalausgang am Ausgang 0 aus dem Instrument-Interface (siehe Abb. 3 b, i2). Dies ist Parameter ein w in Gleichung (3).</li>
	<li>Das Gewicht aushängen und lesen Sie den neuen Wert in das Instrument Interface ( Abb. 3 b, i2) angezeigt. Dies ist Parameter ein w, o.</li>
	<li>Calculate A basierend auf den Parametern (m t , w, ein w, o) erhalten Sie in Schritte 2.1 bis 2.4 und die Gleichungen vorgestellt.</li>
	<li>In der Controller-Schnittstelle zu füllen, in die Ch 0-M-Wert für jeden Sensor mit den A-Wert in der vorherigen Schritt erhalten.</li>
	<li>Zu finden, den Offset-Wert, B, entfernen Sie alle Gewichte, lesen Sie den Wert in der &#39; Ausgänge kalibriert (g) &#39; (siehe Abbildung 3 c i2), multiplizieren Sie diesen Wert mit -1. Die sich daraus ergebende Zahl ist konstante B, geben Sie diese Nummer in der &#34; Zusatz &#34; Ch-0-A-Box (siehe Abbildung 3 c, i. 3).</li>
	<li>Wiederholen Sie die Schritte 2,3-2,8 für jede Wägezelle (0, 1, 2, 3), das System ist nun vollständig kalibriert; fortfahren, die Kraftstoff-Betten mit den Kraftstoffen laden.</li>
</ol> <img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56591/56591fig3.jpg" /> Abbildung 3: Schnittstelle Steuerungsdaten Instrument Eingang Schritte für die Wägezelle Kalibrierung. (ein) Bridge-Ersteinrichtung-Fensters mit gewinnen Setup und aktivieren Kontrollkästchen "" (b) Fenster für die erste Stufe der Last Zelle Kalibrierung (c) Fenster für die zweite Stufe der Last Zelle Kalibrierung (d) Fenster zum Schluss Bühne der Last Zelle Kalibrierung Datei wird hier gespeichert und Datenprotokollierung gestartet wurde. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56591/56591fig3large.jpg" target="_blank"> Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
 3. Vorbereitung der Chaparral und Excelsior Kraftstoff Betten Hinweis: jedes Experiment verwendet 2 kg live Chamise und 0,5 kg des Excelsior (geschreddert Espenholz).
<ol><li>Aus dem Haufen von Kraftstoff für das Brennen von gesammelten sammeln mehrere 1-Pint-Flaschen von Kraftstoff (3-4 Flaschen).
	<ol><li>Folgen Sie den Anweisungen, abgegrenzt durch Landsmann und Dean Ofen trocken Proben und Brennstoff Feuchtigkeit Inhalt 30 erhalten.</li>
	</ol></li> <li>Schneiden Sie einzelne Äste aus einem Bündel von kürzlich geernteten Chamise, totes Material und Zweig Material mehr als ¼ Zoll Durchmesser zu entfernen. Legen Sie die restlichen live Brennmaterial in den Behälter zum Wiegen von.</li>
	<li>Wählen Sie aus 2 kg getrimmten Chamise und 0,5 kg des Excelsior mit einer elektronischen Waage. Stellen Sie 0,5 kg des Excelsior auf die Oberfläche Kraftstoff Bett Plattform Erdgeschoss Windkanal, um sicherzustellen, dass die Schüttdichte möglichst einheitlich ist. Dies, indem eine bekannte Menge von Excelsior über eine bekannte Gebiet Tiefe tun.</li>
	<li>Auseinander (Fluff) ziehen die verdichtete Excelsior um seine Schüttdichte zu verringern, so dass es leicht verbrennen wird. 2 kg getrimmten Chamise auf der Plattform von Wägezellen erstelle ich die erhöhten Brennstoff-Bett hängen zu laden. Gleichmäßig verteilt die Chamise Zweige über die gesamte Plattform zu einem gleichmäßigen Brennstoff-Bett.</li>
</ol> 4. Thermoelement-Anordnung Hinweis: Typ K Thermoelemente werden zur Temperaturmessung von beiden Kraftstoff-Betten. Daten werden durch ein Datenerfassungssystem gesteuert mit eine benutzerdefinierte grafische Benutzeroberfläche (siehe Tabelle der Materialien für Controller-Design-Software). Die Thermoelemente empfohlen für den Einsatz sind 24 AWG-Thermoelemente mit einer Reaktionszeit von 0,9 s.
<ol><li>Schließen Sie ein Array von sechzehn 24 AWG-Thermoelemente (Leiterdurchmesser: 0,51054 mm), einen Datenlogger (Reaktionszeit: 0,9 s).</li>
	<li>Legen Sie 6 Thermoelemente in die Krone-Kraftstoff-Schicht. Legen Sie diese Thermoelemente 20 cm auseinander und vermeiden Sie den Kontakt der Thermoelemente mit Zweigen. 10 Thermoelemente in die Ebene Oberfläche Kraftstoff einsetzen. Stellen Sie diese Oberfläche Kraftstoff Thermoelemente 10 cm auseinander und vermeiden Sie den Kontakt der Thermoelemente mit Zweigen (siehe Abbildung 4).</li>
	<li>Datenerfassung durch Anklicken aktivieren die &#34; Start &#34; Taste in der Steuerschnittstelle Software Thermoelement.</li>
</ol> <img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56591/56591fig4.jpg" /> Abbildung 4: Darstellung der Oberfläche und Krone Kraftstoff Betten mit Thermoelement Array Lage. Hier wurden 6 Thermoelemente in die Krone Kraftstoff Schicht 20 cm voneinander eingefügt. 10 Thermoelemente wurden in die Oberfläche Kraftstoff-Schicht 10 cm Abstand eingefügt. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56591/56591fig4large.jpg" target="_blank"> Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
 5. Erwerb Bildeinstellung <ol><li>Mount die visuelle Referenz Ziel, die rote Markierungen in 10-cm-Abständen über dem Windkanal-Fenster hat. Verwenden Sie dieses Ziel als Referenz Flammenhöhe aus dem Experiment Video bestimmen. 
	Hinweis: Probe Flamme Höhen sind in Abbildung 5 dargestellt.</li>
	<li>Einrichtungsdaten fotografische Sammlung. Mit Schwerpunkt auf dem Windkanal-Test-Bereich, stellen Sie den Kamerafokus um die gesamte vertikale Referenz Ziel sowie Kraftstoff Bettbereich erfassen.</li>
	<li>Setup-Videokamera-Datenerfassung. Befestigen die Videokamera mit einer universellen Kamera Wandhalterung an der Wand bieten einen vollständigen Überblick über die Windkanal-Messstrecke.</li>
</ol> <img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56591/56591fig5.jpg" /> Abbildung 5: Foto von Probe Flamme Höhen von ein typisches Experiment. Das blaue visuelle Ziel mit roter Markierung dient als ein Verweis auf die Höhe der Flamme aus dem Experiment Video zu bestimmen. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56591/56591fig5large.jpg" target="_blank"> Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
 6. flow Setup Hinweis: der Windkanal ist mit einem Lüfter mit variabler Geschwindigkeit ausgestattet. Der Luftstrom im Windkanal wurde zuvor auf die Geschwindigkeit des Ventilators kalibriert. Um die gewünschte Windgeschwindigkeit zu erreichen, wird die Drehzahl der Lüfter (in Hz) ausgewählt. Bei den vorliegenden versuchen, kein Wind und 1 m/s Wind-Fluss-Fälle wurden studiert.
<ol><li>Satz die Lüfterdrehzahl auf 1 m/s auf dem Fahrtregler. Schalten Sie den Ventilator um sicherzustellen, dass es ordnungsgemäß funktioniert.</li>
	<li>Ausschalten des Ventilators. Es ist jetzt einsatzbereit. 
	Hinweis: Das Brennen Gebäude soll Feuer Experimente sicher während der Evakuierung von Rauch aus dem Arbeitsraum. Örtliche Feuerwehr Regierung mitzuteilen, dass Experimente durchgeführt werden, um das Auftreten von Fehlalarmen zu beseitigen.</li>
	<li>Schließen Sie alle Türen im Gebäude zu gewährleisten, dass die Dachfenster die einzig mögliche Ausfahrt nach Rauch Evakuierung sind.</li>
	<li>Schalten Sie die Luftzufuhr Fans bringen frische Luft von außerhalb des Gebäudes auf Bodenhöhe. Schalten Sie die Abluftventilatoren, Rauch durch das Dachfenster zu evakuieren. 
	Hinweis: Dadurch wird eine niedrige Geschwindigkeit, hohe Luft Volumenstrom von außerhalb des Gebäudes, die vertikal durch die geringe Druckdifferenz steigt und die Dachöffnungen hergestellt.</li>
	<li>Vor jedem Experiment verwenden ein naß-Zwiebel-Hygrometer zur Messung der relativen Feuchte und Temperatur der Umgebungsluft.</li>
</ol> 7. Zündung (implementieren gleichzeitig mit Schritt 8) Hinweis: der Zündvorgang durchgeführt werden wie folgt von der Zündung-Crew-Mitglied. Für erhöhte Sicherheit, es wird empfohlen, ein zweite Crew-Mitglied in der Nähe der Test während der Zündung bleiben.
<ol><li>, Wenn Sie dazu aufgefordert, &#39; entzünden &#39;, die Vorderkante des Excelsior-Oberfläche Brennstoff-Bett mit denaturiertem Spiritus einweichen. Stellen Sie die Flasche Alkohol von der Zündung-Zone entfernt und mit einer Butan Fackel, zünden Sie das Fußende des Bettes Oberfläche Kraftstoff in eine Linie parallel zur Vorderkante des Brennstoff-Bett. Seien Sie aufmerksam, da der Alkohol getränkten Kraftstoff leicht entzünden wird.</li>
	<li>Sobald die Brennstoff-Bett gezündet hat, treten Sie aus der Messstrecke und die Tunnel Tür schließen. Wenn Wind für das Experiment benötigt wird, schalten Sie den Windkanal Lüfter.</li>
</ol> 8. Initiieren, führen Sie experimentelle Hinweis: bei der Überprüfung des Experiments ist richtig Setup, die Kameras gestartet werden soll.
<ol><li>Schalten Sie die Videokamera aufzeichnen.</li>
	<li>Sprechen laut den Testcode/Nummer, Datum und experimentellen Konfiguration, so dass das Mikrofon auf der Video-Kamera diese Informationen speichert.</li>
	<li>Anweisen, die Computer-Crew Datenerfassung durch ticken beginnen die &#34; Datenprotokollierung aktivieren &#34; Option in der Steuerschnittstelle Instrument (siehe Abbildung 3d, i. 1). Weisen Sie die Zündung Person, den Kraftstoff anzuzünden. Sobald die Zündung-Crew-Mitglied den Windkanal beendet, weisen Sie an, die Wind-Crew-Mitglied den Windkanal Lüfter starten. Dies wird der Beginn des Experiments wo Zeit gleich Null ist sein (t = 0).</li>
</ol>

<ol>
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Die Autoren haben nichts preisgeben.

Die Fähigkeit, die erhöhten Kraftstoffmasse während des Experiments zu messen war einer der wichtigsten Vorteile der hier vorgestellten Technik. Frühere Studien zu Chaparral Feuer konzentrierten sich auf entweder nur Krone Feuer Einleitung oder nur auf der Oberfläche verteilt, aber nicht beides. Solche Studien haben die Möglichkeit der Zündung in der Krone-Schicht quantifiziert und Studie der Ausbreitung für die künftige Arbeit23verlassen haben. Unsere Methodik ermöglicht eine Messung der Masseverlust, Temperaturverteilung und Flammengeometrie für beide Ebenen beteiligt Strauch Krone Feuer Zündung und Ausbreitung. Es bietet eine Möglichkeit für indirekt folgern Energiefluss von der Rate der Masseverlust. Andere Studien haben gezeigt, die Vorteile der direkt messenden Wärmestrom in Ausbreitung Experimente des Brandschutzes. Finney Et Al. präsentiert einige Beispiele von Hitze-Flux-Messungen in ein Lauffeuer verbreiten Experimente34. Durch diese Arbeit sie waren in der Lage, wichtige Hinweise auf die Rollen konvektiven und strahlungsinduzierte Wärmeübertragung spielen in ein Lauffeuer verbreiten. Die hier vorgestellte Methodik für Grundlinie Beobachtungen der Energiedynamik in Lauffeuer verbreiten in den Chaparral erlaubt. Vorteilhaft als nächstes würde bedeuten, dass eine tiefer gehende Analyse der bestimmte Beiträge der Strahlungsleistung und konvektive Wärmeübertragung. Für zukünftige Studien empfehlen wir die direkte Messung des Wärmestromes zu erkunden.
Um Genauigkeit der Messungen es sind mehrere wichtige Schritte. Die Kalibrierung der Aufnehmer messen Krone Masseverlust ist vielleicht der wichtigste Schritt und der Schritt, der die meisten Zeit in Anspruch nimmt. Und zwar deshalb, weil am Ende eines jeden Tages Experiment, die Krone-Brennstoff-Bett ausgehängt werden muss und leichte Bewegung in der Konfiguration Veränderungen in der Masse Lesungen verursachen. Daher muss zu Beginn eines jeden Tages Experiment Kalibrierung erfolgen. Für zukünftige Experimente wäre eine dauerhaftere Konfiguration ideal. In dieser zukünftigen Konfiguration würde die einzelnen Wägezellen auf experimentellen Aufbaus anzubringen.
Neben der Kalibrierung ist ein weiterer wichtiger Schritt in das Protokoll die Vorbereitung der Brennstoffe. Die Absicht des gesamten experimentellen Programms ist ein besseres Verständnis der Verbrennung in live Brennstoffe zum Zwecke der Verbesserung unserer Fähigkeit zur Vorhersage der vorgeschriebenen Brandverhalten zu entwickeln. Weile Leben Äste bis zu ½ Zoll (1,27 cm) können in der Flammenfront von hoher Intensität vorgeschrieben brennen in Chaparral verzehrt werden (siehe grüne35), größere Durchmesser Kraftstoffe sind in der Regel nicht in der Flammenfront verbrannt. Labor-Verbrennungen mit Chaparral Brennstoffen konzentrierten sich auf mit Brennstoffen, die in der Regel von einem vorgeschriebenen brennen sich ausbreitenden Flammenfront genutzt werden würde (siehe Cohen und Bradshaw36, Weise Et Al. 37). große Chaparral Arten gehören Chamise (Adenostoma Fasciculatum), während andere Chaparral Brennstoffe gehören Manzanita (Arctostaphylos Glandulosa) und Hoaryleaf Ceanothus (Ceanothus Crassifolius). Chamise war hier der Kraftstoff gewählt, weil es die meisten dieser Arten brennbar ist. Das Protokoll kann geändert werden, um andere Arten gehören, solange die Zweig-Größe unter ¼ Zoll gehalten ist.
Im allgemeinen unabhängig von der Spezies als Kraftstoff gewählt, Zweige sollte getrimmt werden, so dass alle Zweig-Durchmesser sind &#60; ¼ Zoll (0,63 cm) um Einheitlichkeit zu erhalten. Nicht diesem Schritt oder nicht falsch durchführen würde die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse negativ beeinflussen. Über Trimmen können die Zweige auch nachteilig sein, weil Kraftstoff Betten mit sehr kleinen Zweig Größen neigen dazu, größere Packungsdichte und daher auch anders brennen. In den hier beschriebenen nach Omodan38hielt die Packungsdichte bei einem Durchschnitt von 9,2 kg/m3.
Es ist erwähnenswert, dass wegen des Umfangs dieses Experiment, eine Besatzung von 4 oder mehr Personen ist erforderlich, um die Effizienz während des Tests zu gewährleisten. Ein Verantwortlicher für die Mannschaft mit dem Protokoll sichtbar überhaupt mal ist wichtig um sicherzustellen, dass alle Schritte korrekt befolgt werden. Diese Person ist verantwortlich für die Sicherheit der Besatzung sowie die Koordination des Experiments. Es ist wichtig, dass diese Person und der Rest der Crew achten Sie auf ihre Sicherheit und die der Umwelt, die bedeutet, dass die Sichtbarkeit der Feuerlöscher, Abluftöffnungen zu gewährleisten und die Türen geschlossen sind, während des Experiments.
Darüber hinaus wäre es vorteilhaft, alle Instrumente mit einer einzigen Auslöser zu synchronisieren. Dies würde Datenanalyse und-Verarbeitung effizienter zu gestalten. Schließlich wäre eine natürliche Entwicklung, nachdem hier die Technik beherrscht wird, einige der verbleibenden Windkanal-Funktionen wie z. B. Temperaturregelung integrieren die in anderen Studien gezeigt hat, ein weiterer wichtiger Faktor zu betrachten sein. Dies würde eine breitere Palette von Kontrolle der Umweltbedingungen ermöglichen. Die hier vorgestellten Ergebnisse sind von Experimenten in den Sommermonaten als Kraftstoffe in der Regel trockener sind; dieser Zeitraum entspricht auch einen Teil des Jahres als Waldbrände auftreten. Wenn jedoch eine große Auswahl an Jahreszeiten während einer experimentellen Periode analysiert werden sollen, kann die Windkanal-Temperaturregelung eingesetzt werden. In ähnlicher Weise würde Variante des Kraftstoff-Feuchtigkeit-Inhalt über den Einfluss dieses Parameters auf Chaparral Krone Feuer Übergang und Ausbreitung Einblicke. Bei der Konzeption einer erweiterten Studie Kraftstoff Feuchtigkeitsgehalt und Schüttdichte als kontrollierten Parameter, würde Fehleranalyse wie die vorgesehenen Mulvaney Et Al. Helfer bei der Gestaltung einer Methodik mit experimentellen Einheitlichkeit39.
Die hier beschriebene Technik ermöglicht eine Prüfung der Krone Brandverhalten, die Messungen der Masse, integriert Temperatur- und Flammengeometrie für beide Ebenen des Kraftstoffs beteiligt. Infolge dieser Methodik Analyse führen zu einer erhöhten Verständnis der Chaparral Feuer als ein Vollfeuer speziell innerhalb der Grenzen der unabhängigen, passive oder aktive Krone Brandverhalten von Van Wagner5vorgelegten, wodurch es wissen, Hilfe bei Feuer Vorhersage und Steuerung.

Im Jahr 2016 erlebt der US-Bundesstaat Kalifornien insgesamt 6.986 Waldbrände, verbrauchen 564.835 ha1, kostet Millionen von Dollar an Schaden, und das Wohlbefinden von Hunderten von Menschen zu riskieren. Wegen des regionalen mediterranen Klimas eine wichtige Energiequelle für diese Brände sind Chaparral Vegetation Gemeinden2. Feuer im Chaparral verbreiten kann einem Vollfeuer betrachtet werden, da als Brennstoff, der brennt erhöhten3ist. Mit dem überwiegend live Krone-Layer nebeneinander existieren, ist der tot Oberfläche Kraftstoff-Schicht, die besteht aus Guss Laub, Zweige und krautige Pflanzen, die unter und zwischen den einzelnen Sträuchern wachsen. Feuer wird in der tot Oberfläche Kraftstoff-Schicht leichter einleiten. Sobald das Bodenfeuer entzündet, kann das Feuer auf die Krone Ebene Übergang wo die Energie, die durch das Feuer drastisch erhöht. Während Chaparral Brände in der Regel als ein Feuer breitet sich in tief Oberfläche Brennstoffe4nachempfunden wurde, wurde als Kronenfeuer begrenzt Studie Chaparral Brände.

Krone-Eigenschaften im Chaparral, einschließlich Laub Kornform, unterscheiden sich von borealen Nadelwald, wo die meisten der Forschung stattgefunden hat. Zahlreichen Labor- und Studien haben verschiedene Aspekte von Wildfire Dynamik6,5,7,3,8,9,10 untersucht. ,11,12. Innerhalb des Reichs von Laborexperimenten mehrere Studien untersuchten den Einfluss von Parametern wie Wind und Brennstoffeigenschaften Chaparral Krone Brandverhalten. Lozano7 untersuchten Merkmale der Krone Feuer Einweihung im Beisein von zwei diskreten Krone Kraftstoff Betten. In Tachajapong Et al. 3, diskrete Oberfläche und Krone Schichten wurden in einem Windkanal verbrannt und das Bodenfeuer zeichnete. Nur Krone Feuer Einleitung wurde vollständig beschrieben vollständige Analyse der Ausbreitung für die künftige Arbeit zu verlassen. Li Et al. 11 berichtete über die Ausbreitung von Flammen aber einzelne Chaparral Sträuchern. In verwandte Arbeiten, Cruz Et al. 10 , 9 entwickelt ein Modell, um die Zündung der Nadelbäume Laub über einen sich ausbreitenden Bodenfeuer vorherzusagen. Brennen Eigenschaften Chaparral Brennstoffe in experimentellen Studien Bulk Brennstoffe erkundet worden und einzelne Blätter13,14,15,16. Dupuy Et al. 13 untersucht die brennenden Eigenschaften von Pinus Pinaster Nadeln und Excelsior durch Verbrennung von Brennstoffen in zylindrischen Körben. Sie beobachtet, dass in dieser Kraftstoffe, Flammenhöhe Hitze Freisetzungsrate über eine zwei-Fünftel Potenzgesetz bezog sich auf wie bisher in der Literatur17,18berichtet wurde. Sun Et al. 14 Chaparral Brennstoffe in ähnlichen zylindrischen Körben zu analysieren, die brennenden Eigenschaften der drei Chaparral Brennstoffe verbrannt: Chamise (Adenostoma Fasciculatum), Ceanothus (Ceanothus Crassifolius) und Manzanita ( Arctostaphylos Glandulosa).
Motiviert durch Ergebnisse aus den oben genannten Laboruntersuchungen, ist unser Ziel hier, eine Methode zur Verbreitung in Oberfläche und Strauch Krone Schichten charakterisieren zu präsentieren. Darüber hinaus wollen wir einige der wichtigsten Merkmale zu klären, die den Grad der Oberfläche-Krone Schicht Interaktion zu diktieren. Zu diesem Zweck entwickelten wir eine Versuchslabor Methode zur Untersuchung des vertikalen Übergangs in eine Wildland Oberfläche Öl ein Feuer breitet sich in einer erhöhten Strauch Kraftstoff brennt ein Feuer. In diesen Arten von Bränden kann nachhaltige Verbreitung unter den richtigen Bedingungen Übersetzung des Feuers auf die Strauch-Krone, bekannt als Krönung, gefolgt sein. Im Allgemeinen ist Chaparral Brandverhalten von Topographie, Wetter und Kraftstoff19diktiert. Es hat sich gezeigt, dass Wind Energiefreisetzungsrate in den Brennstoffen5,3,8,20beeinflusst.
Feuer in porösen Brennstoffe zu verbreiten kann angezeigt werden, als eine Reihe von Übergängen oder Schwellenwerte, die überquert werden müssen, um erfolgreich21zu sein. Energetisch, zündet ein Kraftstoff-Teilchen ergibt die Menge von Hitze, die es empfängt in einem Gemisch von Gasen, die erfolgreich mit Sauerstoff reagieren. Die resultierende Flamme breitet sich, wenn die Wärme aus dem brennenden Teilchen ein Teilchen neben Kraftstoff entzündet. Das Feuer breitet sich über den Boden, wenn es Lücken zwischen brennbaren Brennelemente zu überwinden vermag. Wenn die Flamme ein Bodenfeuer vertikal in die Krone von Sträuchern und Bäumen ausbreiten kann, ist eine wesentliche Änderung im Brandverhalten, einschließlich erhöhte Hitze Freisetzungsraten, oft durch eine höhere Verfügbarkeit des Brennstoffes beobachtet. Thermische Energie Dynamik in Waldbrände umfassen mehrere Skalen, von der sehr großen Skala, solche Mega-Brände erfordern oft klimatologischen Modellierung der kleinen Robbe erfordern chemische Skala kinetische Modellierung. Hier beschäftigen wir uns mit Labor Windkanal Skala Verhalten modellieren; für chemische Zellulose Verbrennung Studien wird der Leser Werke wie Sullivan Et Al. bezeichnet. 22
Seit 2001 führten wir eine Vielzahl von Experimenten untersucht einige der Labor Maßstab Energie Schwellenwerte23,8,24,25,26, 27, mit einem Schwerpunkt auf live Brennstoffe Chaparral zugeordnet. Während im freien Messungen des Feuers mehr realistische Ergebnisse liefern können, die kontrollierte Umgebung des Windkanals ermöglichen Abgrenzung der Auswirkungen der verschiedenen Parameter. Steuerung von Wind, ist zum Beispiel besonders wichtig für Chaparral Krone Brände, die in Regionen wie Südkalifornien, wo Art Föhnwinde, bekannt als Santa-Ana-Winde, typische Fahrer Feuer Ereignisse sind. Denn eine große Motivation für die hier beschriebene Methode ist es, die Wirkung des Windes zu untersuchen und anderen kontrollierten Parameter Chaparral verbreitet Feuer, wurde diese Studie in einem Labor-Maßstab-Windkanal durchgeführt. Der Leser richtet sich an die Arbeit von Silvani Et al. 28 für Feldmessungen der Temperatur im Chaparral Feuer ähnlich denen, die hier vorgestellt. Feldmessungen über die Wirkung des Windes auf Feuer verteilt finden Sie unter Morandi Et al. 29
Mehrere Parameter beeinflussen die Ausbreitung in Chaparral Brennstoffe wurden experimentell analysiert durch Quantifizierung der Wahrscheinlichkeitdes Feuers verbreiten Erfolg in erhöhter Kraftstoff Betten8. Die aktuelle experimentelle Studie beinhaltet eine Methodik entwickelt, Chaparral Vollfeuer studieren durch Modellierung Oberfläche Brennstoffe und Krone Brennstoffe innerhalb der Messstrecke von langsamem Windkanal verbreitet. Die Oberfläche Kraftstoff wird mit Excelsior (getrocknete zerkleinerte Holz) modelliert. Die Oberfläche Brennstoff-Bett befindet sich im Erdgeschoss des Windkanals auf einer Standardskala (siehe Abbildung 1). Stellvertretend für die Krone-Brennstoff-Bett, ein Brennstoff-Bett mit Chamise über der Oberfläche Brennstoff-Bett durch die Aussetzung des Kraftstoffs von einer Plattform auf dem Windkanal-Rahmen montiert platziert wurde (siehe Abbildung 1). Beide Kraftstoff-Betten sind für Temperatur und Masseverlust Messungen instrumentiert; Flammengeometrie wird aus Videoaufnahmen von Experimenten gewonnen. Gemessene Parameter umfassen Masse Verlustrate, Kraftstoff Feuchtigkeitsgehalt und die Relative Feuchte der Luft. Parametern gesteuert waren Wind Präsenz, Abstand zwischen Oberfläche Brennstoff-Bett und Krone-Brennstoff-Bett, und das Vorhandensein von Oberfläche Kraftstoff. Die gemessene Massenverlust Rate lässt sich die Hitze Freisetzungsrate berechnen definiert als: 
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56591/56591eq1.jpg"> wo h ist die Hitze der Verbrennung, m ist die Kraftstoffmasse und t ist Zeit.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56591/56591fig1.jpg"> 
Abbildung 1: Versuchsaufbau Windkanal. Standorte der Krone-Brennstoff-Bett, die Oberfläche Brennstoff-Bett und der Tunnel-Lüfter haben für Bequemlichkeit beschriftet worden. Die Oberfläche Brennstoff-Bett befindet sich im Erdgeschoss des Windkanals auf einer Standardskala. Stellvertretend für die Krone-Brennstoff-Bett, war ein Brennstoff-Bett mit Chamise über der Oberfläche Brennstoff-Bett gelegt, durch die Aussetzung des Kraftstoffs von einer Plattform auf dem Windkanal-Rahmen montiert. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56591/56591fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
Experimente konzentrierten sich auf das Verständnis des Verhaltens von Chaparral Krone Bränden, insbesondere Zündung, Mechanismen der Flammenausbreitung und Ausbreitung, Flamme vorne Geschwindigkeiten und Kraftstoffverbrauch. Um die Interaktion zwischen einer Oberfläche und einer Krone Feuer zu studieren, haben sechs Konfigurationen von Oberfläche und Krone Kraftstoff-Betten mit und ohne angewandte Windströmung, im Windkanal verbrannt worden: Krone Kraftstoff nur mit und ohne Wind (2), Krone und Kraftstoff Betten getrennt von der Oberfläche zwei Strecken mit und ohne Wind (4). Tabelle 1 fasst die experimentellen Konfigurationen mit den 6 experimentellen Klassen. In der Tabelle kennzeichnet die Oberfläche Kraftstoff Bett Parameter ob Oberfläche Kraftstoff anwesend während des Versuchs war, die Wind-Parameter bezieht sich auf das Vorhandensein von Wind und Krone Höhe den Abstand zwischen der Unterseite des Krone-Brennstoff-Bett und dem unteren Rand der Oberfläche bezeichnet Brennstoff-Bett. Brennstoff Feuchtigkeit für jedes Experiment gemessen wurde, aber nicht gesteuert, durchschnittlichen Kraftstoffverbrauch Feuchtigkeitsgehalt betrug 48 %, während die minimale und maximale Werte waren 18 % bis 68 %, beziehungsweise.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Klasse</td>
			<td>Oberfläche Flammenbett</td>
			<td>Wind</td>
			<td>Höhe der Krone</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>A</td>
			<td>Nicht vorhanden</td>
			<td>Kein wind</td>
			<td>60 oder 70 cm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>B</td>
			<td>Nicht vorhanden</td>
			<td>1 ms-1</td>
			<td>60 oder 70 cm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>C</td>
			<td>Gegenwart</td>
			<td>Kein wind</td>
			<td>60 cm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>D</td>
			<td>Gegenwart</td>
			<td>Kein wind</td>
			<td>70 cm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>E</td>
			<td>Gegenwart</td>
			<td>1 ms-1</td>
			<td>60 cm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>F</td>
			<td>Gegenwart</td>
			<td>1 ms-1</td>
			<td>70 cm</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tabelle 1: Konfigurationen experimentieren. Hier gibt der Oberfläche Kraftstoff Bett Parameter an, ob Oberfläche Kraftstoff anwesend während des Versuchs war, die Wind-Parameter bezieht sich auf das Vorhandensein von Wind und Krone Höhe den Abstand zwischen der Unterseite des Krone-Brennstoff-Bett und dem unteren Rand der Oberfläche Brennstoff-Bett bezeichnet.
Eine elektronische Waage gemessen Oberfläche Kraftstoff Masse und wir entwickelten ein benutzerdefinierte Masseverlust System für die Krone-Schicht. Das System bestand aus einzelnen Wägezellen an jeder Ecke des Bettes abgehängte Kraftstoff angeschlossen. Handelsübliche Videokameras aufgezeichnet die visuelle Flammen; Bildverarbeitung der visuellen Daten mithilfe eines benutzerdefinierten Skripts generiert Flamme Eigenschaften wie Höhe und Winkel. Eine Programm wurde entwickelt, um video-Frames von RGB (rot/grün/blau) in schwarz und weiß durch einen Prozess der Lichtintensität Schnittstellenüberwachung Codierung umwandeln. Der Rand der Flamme aus der schwarzen und weißen Videoframes ermittelt. Maximale Flammenhöhe wurde definiert als der höchste Punkt der Flamme Kante, momentane Flamme Höhen wurden auch erhalten. In einem Bild wurde Flammenhöhe von der Basis des Brennstoff-Bett auf die maximale vertikale Punkt der Flamme gemessen. Alle Verarbeitung-Codes sowie die Instrument Control Interface für dieses Protokoll haben die Autoren hier durch ihre Software-Access-Website zur Verfügung. Ernte des live Kraftstoffs vor Ort und Durchführung der experimentellen verbrennt innerhalb von 24 h minimiert Feuchtigkeitsverlust. Ein Thermoelement-Array Bett Kraftstofftemperatur in Windrichtung stream-wise ermöglicht die Berechnung der Streumenge aufgezeichnet. Abbildung 1 zeigt ein Diagramm der Kraftstoff Bett Einrichtung sowie das Thermoelement-Arrangement. Details des experimentellen Protokolls folgen.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Wind Tunnel Instrumentation</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>cDAQ-9178 CompactDAQ Chassis</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>781156-01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NI-9213 C Series Temperature Input Module</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>785185-01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NI SignalExpress for Windows</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>779037-35&#160;</td>
			<td>Newest version, older version used for experiment</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High Temperature Nextel Insulated Thermocouple Elements</td>
			<td>Omega</td>
			<td>XC-24-K-18</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermocouple Extension Wire with Polyvinyl Coated Wire and Tinned Copper Overbraid</td>
			<td>Omega</td>
			<td>EXPP-K-24S-TCB-P</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultra High Temperature Miniature Connectors</td>
			<td>Omega</td>
			<td>SHX-K-M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CompuTrac MAX 2000XL&#160;</td>
			<td>Arizona Instruments</td>
			<td>MAX-2000XL</td>
			<td>Discontinued, Newer Model Out</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Kestrel 3000 Pocket Weather Meter</td>
			<td>Nielsen-Kellerman</td>
			<td>0830</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Satorius CPA 34001S&#160;</td>
			<td>Sartorius</td>
			<td>25850314</td>
			<td>Discontinued Model</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5 Kg Micro Load Cell (X4)</td>
			<td>Robotshop.com</td>
			<td>RB-Phi-118</td>
			<td>Strain Gauge Load Cell</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phidget PhidgetBridge Wheatstone Bridge Sensor Interface</td>
			<td>Robotshop.com</td>
			<td>RB-Phi-107</td>
			<td>Interfaces with 4 load cells, performs signal amplification</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>#2 Stainless S-Biner (X4)</td>
			<td>Home Depot</td>
			<td>SB2-03-11</td>
			<td>Dual spring gate carabiners used to mount load cells</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2 in. Malleable Iron C-Clamp</td>
			<td>Home Depot</td>
			<td># 4011</td>
			<td>Used to mount load cells</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Name</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Personal Protective Equipment</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wildland Firefighter Nomex Shirt</td>
			<td>GSA Advantage</td>
			<td>SH35-5648</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fireline 6 oz Wildland Fire Pants</td>
			<td>GSA Advantage</td>
			<td>139702MR SEV16</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Name</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fuels</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chamise</td>
			<td>Collected in situ</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Natural Shredded Wood Excelsior &#8211; Natural Coarse 50 lbs bail</td>
			<td>Paper Mart</td>
			<td>21-711-88</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bernzomatic UL100 Basic Propane Torch Kit</td>
			<td>Home Depot</td>
			<td>UL100KC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isopropyl alcohol</td>
			<td>Convenience store</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Name</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Video and Photography</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nikon D3000 10.2-MP DSLR camera with DX-format sensor and 3x 18x55mm Zoon-NIKKOR VR Image Stabilization Lens</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sony Handycam Camcorder DCR-SX85</td>
			<td>Amazon.com</td>
			<td>DCR-SX85</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Name</td>
			<td>Company</td>
			<td>Catalog Number</td>
			<td>Comments</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Software</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NI LabView</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>Student Version</td>
			<td>Used for instrument control and interfacing</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MATLAB Student Version (MATLAB_R2014a)</td>
			<td>Mathworks</td>
			<td>Student Version&#160;</td>
			<td>Used for data post-processing including image processing</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

wind tunnel experiments to study chaparral crown fires

Dieses Protokoll stellt eine Labortechnik entwickelt, um Chaparral Krone Feuer Zündung und Verbreitung zu studieren. Im Windkanal niedriger Geschwindigkeit Feuer wurden Experimente durchgeführt, wo zwei unterschiedliche Schichten des Kraftstoffs darzustellende Oberfläche und Krone Brennstoffe in Chaparral gebaut wurden. Chamise, ein gemeinsames Chaparral Strauch, umfasste die live Krone-Schicht. Die Oberflächenschicht tot Kraftstoff wurde mit Excelsior (zerkleinerte Holz) gebaut. Wir entwickelten eine Methode zur Masseverlust, Temperatur, Messen und Flamme Höhe für beide Brennstoffe lagen. Thermoelemente in jeder Schicht geschätzte Temperatur gelegt. Eine Videokamera erfasst die sichtbare Flamme. Nachbearbeitung von digitalem Bildmaterial ergab Flamme Eigenschaften einschließlich Höhe und Flamme Tilt. Eine benutzerdefinierte Krone Masseverlust Instrument eigenentwickelte gemessen die Entwicklung der Masse der Krone Schicht beim Brennen. Mittels der Technik abgestimmt-Theorie und anderen empirischen Studien Masse Verlust und Temperatur Trends erhalten. In dieser Studie stellen wir detaillierte experimentelle Verfahren und Informationen über die Instrumentierung verwendet. Die repräsentativen Ergebnisse für den Kraftstoff Masseverlust und Temperatur innerhalb der Brennstoff-Bett sind auch aufgenommen und diskutiert.

Krone und Oberfläche Flamme Höhendaten wurden von der video-Daten erhalten. Typische Flamme Höhe Trends für Experimente wird in Abbildung 6dargestellt. Flamme Höhe Verhalten gefolgt, die in Sun Et Al. gefunden 14
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56591/56591fig6.jpg"> 
Abbildung 6: geschätzt Krone Flammenhöhe. Hier U = 1 m/s, Oberfläche-Krone Trennung d = 70 cm. Dies entspricht einer repräsentativen Klasse E-Experiment. Flammenhöhe entsteht durch die Verarbeitung von Bildern aus dem Experiment Video. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56591/56591fig6large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
Die Entwicklung der Flammenhöhe in Abbildung 6 wurde gewählt, weil es typische Flamme Höhe Verhalten für Experimente mit Wind zeigt. In diesen Arten von Experimenten die Flammen klein anfangen, groß in der Nähe der Mitte des Brennstoff-Bett, dann werden mit der Zeit zerfallen, wie Flammen näher an das Ende der Brennstoff-Bett bekommen. Das Experiment in der dargestellten Figur ist Fall F (Wind bei 1m/s und Abstand zwischen Krone und Oberfläche Kraftstoff bei 70 cm). In diesem Fall trägt der Wind die Flamme zu kippen. Strahlungsinduzierte Wärmeübertragung der Flamme, die Brennstoff-Bett ist wegen der Flamme verbesserte31. Während die Flamme der Brennstoff-Bett durchläuft wird es den Kraftstoff vor sich vorheizen. Die Mitte Brennstoff-Bett scheint zu einer optimalen Lage, wo ausreichend Vorwärmung über eine große Menge an Kraftstoff erstelle ich eine große Flamme aufgetreten ist. Ende des Brennstoff-Bett wird auch vorgewärmt, jedoch die Menge an Kraftstoff wird begrenzt, so dass weniger Pyrolyse Gase sind die führt zu verminderter Flammenhöhe.
Kraftstoffverbrauch wurden für die gesamte Ausdehnung der beiden Treibstoff Betten erhalten. Die Entwicklung der Masseverlust für ausgewählte Experimente ist in Abbildung 7dargestellt. Die dimensionslose Parameter M ist das Verhältnis der momentanen Masse m und die erste Masse m0. Dimensionslose Zeit Τ ist das Verhältnis der experimentellen Zeit t und die gesamte brennen Zeit tf, wo ist total Brenndauer definiert als die Zeit als flammende Zündung gestoppt hat. Die Entwicklung der Masseverlust während Experimente gefolgt erwartete Verhalten. Drei allgemeine Regionen wurden aus den Merkmalen der Masseverlust Kurve identifiziert: Zündung, flaming und schwelende, siehe Abbildung 7. Dies war ein Fall F-Experiment (Wind bei 1 m/s, Abstand zwischen Oberfläche und Krone von 70 cm). Der Kraftstoff-Feuchtigkeit-Inhalt lag bei 45 %, Relative Luftfeuchtigkeit erreichte 66 %, und die gesamte Brenndauer war 2,5 min. insgesamt Masseverlust und Masseverlust Rate Trends abgestimmt von Rothermel32 und Freeborn Et Al. 33
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56591/56591fig7.jpg"> 
Abbildung 7: Kraftstoff Verbrauch Trend. Dargestellt ist ein repräsentativere Klasse F Experiment, wo U = 1 m/s und Oberfläche-Krone Trennung d = 70 cm. Verbrennung Regionen sind in der Handlung (Zündung, flaming und schwelende) beschriftet. Der allgemeine Trend mit diesen drei Regionen wurde für die meisten Experimente beobachtet. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56591/56591fig7large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
Um Masseverlust Trends für die Oberfläche und die Krone aus Experimenten durch diese Methodik beschrieben erhaltenen Schichten zu veranschaulichen, sind die Ergebnisse für vier Experimente in Abbildung 8 und Abbildung 9dargestellt. Durchschnitt brennen Zeiten für experimentelle Kategorien von Abbildung 8 vertreten waren wie folgt: Klasse C und D im Durchschnitt 4,5 Minuten und Klasse E und F im Durchschnitt 2,5 Minuten. Wie man beobachten kann, Wind erhöht die Rate der Masseverlust und die gesamte Leuchtzeit.
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56591/56591fig8.jpg"> 
Abbildung 8: Oberfläche Kraftstoff Bett Masseverlust für repräsentative Experimente. Daten werden aus Experimenten mit Wind mit 1 m/s und ohne Wind, sowie die zwei Oberfläche-Krone Entfernungen getestet gezeigt: d = 60, 70 cm. Masse Verlust hier Daten aus der digitale Waage für die Oberfläche Brennstoff-Bett verwendet stammen. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56591/56591fig8large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56591/56591fig9.jpg"> 
Abbildung 9: Kraftstoff Bett Masseverlust für repräsentative Experimente zu krönen. Die Daten zeigen Experimente mit Wind und ohne Wind sowie die zwei Oberfläche-Krone Entfernungen getestet. Masseverlust Daten hier ergibt sich aus der Belastung Zelle Instrumentierung für die Krone-Brennstoff-Bett verwendet. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56591/56591fig9large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
Gastemperaturen Phase wurden für beide Kraftstoff-Betten mit sechzehn Thermoelemente in die Kraftstoff-Betten gemessen. Thermoelemente sind T0-T15 beschriftet, Abbildung 4 zeigt das Thermoelement-Arrangement. Thermoelemente T0-T09 wurden innerhalb der Oberfläche Brennstoff-Bett, während T10 - T15 gesetzt wurden im Inneren der Krone-Brennstoff-Bett gelegt. Krone Kraftstoff Bett Temperaturen für eine ausgewählte Experiment sind in Abbildung 10dargestellt.
<img alt="Figure 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56591/56591fig10.jpg"> 
Abbildung 10: Kraftstoff Bett Gastemperaturen krönen Brennstoff-Bett. Thermoelement-Anordnung ist in Abbildung 4angegeben. Dargestellt ist ein Klasse-B-Experiment ohne Oberfläche Brennstoff-Bett und einer Windgeschwindigkeit von 1 m/s. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56591/56591fig10large.jpg" target="_blank">Klicken Sie bitte hier, um eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 11" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56591/56591fig11.jpg"> 
Abbildung 11: Temperaturmesswerte infolge unsachgemäßer Platzierung der Thermoelemente. Thermoelement-Anordnung ist in Abbildung 4angegeben. Dargestellt sind Daten für Krone Bett Kraftstofftemperatur wo die Thermoelemente nicht ordnungsgemäß platziert wurden, wie sich durch die ungewöhnlich niedrigen Temperaturen. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56591/56591fig11large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
Es ist wichtig zu beachten, dass wenn die Thermoelemente nicht ordnungsgemäß in der Brennstoff-Bett eingefügt werden, Temperaturwerte ungenau sein. Beispielsweise nach dem Überprüfen der Temperaturwerte im Experiment durch Abbildung 11dargestellt, wurde es festgestellt, dass Temperaturen für eines der Krone Kraftstoff Bett Thermoelemente (T15) war unter den Normalwert für das Brennen von Bedingungen. Diese tTemperaturen waren näher an Umgebungsbedingungen als Phase Gastemperaturen des brennenden Chamise. So wurde abgeleitet, dass in diesem Fall Thermoelement T15 außerhalb des Bettes Kraftstoff durch das Experiment blieb.

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Wind Tunnel Experiments to Study Chaparral Crown Fires

Dieses Protokoll beschreibt Windkanal Experimente entwickelt, um den Übergang von einem Brand vom Boden auf die Kappe von Chaparral Sträuchern zu studieren.

Windkanal-Experimente, Chaparral Krone Brände zu studieren

The present protocol presents a laboratory technique designed to study chaparral crown fire ignition and spread. Experiments were conducted in a low ...

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Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

9.6K Aufrufe.  University of California, Riverside. Dieses Protokoll beschreibt Windkanal Experimente entwickelt, um den Übergang von einem Brand vom Boden auf die Kappe von Chaparral Sträuchern zu studieren.

Serie: Wind Tunnel Experiments to Study Chaparral Crown Fires

Characterization of Surface Modifications by White Light Interferometry: Applications in Ion Sputtering, Laser Ablation, and Tribology Experiments

In materials science and engineering it is often necessary to obtain quantitative measurements of surface topography with micrometer lateral resolution. From the measured surface, 3D topographic maps can be subsequently analyzed using a variety of software packages to extract the information that is needed.
In this article we describe how white light interferometry, and optical profilometry (OP) in general, combined with generic surface analysis software, can be used for materials science and engineering tasks. In this article, a number of applications of white light interferometry for investigation of surface modifications in mass spectrometry, and wear phenomena in tribology and lubrication are demonstrated. We characterize the products of the interaction of semiconductors and metals with energetic ions (sputtering), and laser irradiation (ablation), as well as ex situ measurements of wear of tribological test specimens.
Specifically, we will discuss:
<ol class="lroman">
	<li>Aspects of traditional ion sputtering-based mass spectrometry such as sputtering rates/yields measurements on Si and Cu and subsequent time-to-depth conversion.</li>
	<li>Results of quantitative characterization of the interaction of femtosecond laser irradiation with a semiconductor surface. These results are important for applications such as ablation mass spectrometry, where the quantities of evaporated material can be studied and controlled via pulse duration and energy per pulse. Thus, by determining the crater geometry one can define depth and lateral resolution versus experimental setup conditions.</li>
	<li>Measurements of surface roughness parameters in two dimensions, and quantitative measurements of the surface wear that occur as a result of friction and wear tests.</li>
</ol>
Some inherent drawbacks, possible artifacts, and uncertainty assessments of the white light interferometry approach will be discussed and explained.

White light microscope interferometry is an optical, noncontact and quick method for measuring the topography of surfaces. It is shown how the method can be applied toward mechanical wear analysis, where wear scars on tribological test samples are analyzed; and in materials science to determine ion beam sputtering or laser ablation volumes and depths.

Charakterisierung von Oberflächenmodifikationen mittels Weißlicht-Interferometrie: Anwendungen in der Ion Sputtern, Laserablation, und Tribologie Experimente

In materials science and engineering it is often necessary to obtain quantitative measurements of surface topography with micrometer lateral resolution. ...

Forschung

Ingenieurwesen

Fast Imaging Technique to Study Drop Impact Dynamics of Non-Newtonian Fluids

In the field of fluid mechanics, many dynamical processes not only occur over a very short time interval but also require high spatial resolution for detailed observation, scenarios that make it challenging to observe with conventional imaging systems. One of these is the drop impact of liquids, which usually happens within one tenth of millisecond. To tackle this challenge, a fast imaging technique is introduced that combines a high-speed camera (capable of up to one million frames per second) with a macro lens with long working distance to bring the spatial resolution of the image down to 10 &#181;m/pixel. The imaging technique enables precise measurement of relevant fluid dynamic quantities, such as the flow field, the spreading distance and the splashing speed, from analysis of the recorded video. To demonstrate the capabilities of this visualization system, the impact dynamics when droplets of non-Newtonian fluids impinge on a flat hard surface are characterized. Two situations are considered: for oxidized liquid metal droplets we focus on the spreading behavior, and for densely packed suspensions we determine the onset of splashing. More generally, the combination of high temporal and spatial imaging resolution introduced here offers advantages for studying fast dynamics across a wide range of microscale phenomena.

Drop impact of non-Newtonian fluids is a complex process since different physical parameters influence the dynamics over a very short time (less than one tenth of a millisecond). A fast imaging technique is introduced in order to characterize the impact behaviors of different non-Newtonian fluids.

Schnelle Bildtechnik Tropfen Schlag Dynamik der Nicht-Newtonsche Flüssigkeiten Studieren

In the field of fluid mechanics, many dynamical processes not only occur over a very short time interval but also require high spatial resolution for ...

Flame Experiments at the Advanced Light Source: New Insights into Soot Formation Processes

The following experimental protocols and the accompanying video are concerned with the flame experiments that are performed at the Chemical Dynamics Beamline of the Advanced Light Source (ALS) of the Lawrence Berkeley National Laboratory1-4. This video demonstrates how the complex chemical structures of laboratory-based model flames are analyzed using flame-sampling mass spectrometry with tunable synchrotron-generated vacuum-ultraviolet (VUV) radiation. This experimental approach combines isomer-resolving capabilities with high sensitivity and a large dynamic range5,6. The first part of the video describes experiments involving burner-stabilized, reduced-pressure (20-80 mbar) laminar premixed flames. A small hydrocarbon fuel was used for the selected flame to demonstrate the general experimental approach. It is shown how species&#8217; profiles are acquired as a function of distance from the burner surface and how the tunability of the VUV photon energy is used advantageously to identify many combustion intermediates based on their ionization energies. For example, this technique has been used to study gas-phase aspects of the soot-formation processes, and the video shows how the resonance-stabilized radicals, such as C3H3, C3H5, and i-C4H5, are identified as important intermediates7. The work has been focused on soot formation processes, and, from the chemical point of view, this process is very intriguing because chemical structures containing millions of carbon atoms are assembled from a fuel molecule possessing only a few carbon atoms in just milliseconds. The second part of the video highlights a new experiment, in which an opposed-flow diffusion flame and synchrotron-based aerosol mass spectrometry are used to study the chemical composition of the combustion-generated soot particles4. The experimental results indicate that the widely accepted H-abstraction-C2H2-addition (HACA) mechanism is not the sole molecular growth process responsible for the formation of the observed large polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs).

Gas sampling from laboratory-scale flames with online analysis of all species by mass spectrometry is a powerful method to investigate the complex mixture of chemical compounds occurring during combustion processes. Coupled with tunable soft ionization via synchrotron-generated vacuum-ultraviolet radiation, this technique provides isomer-resolved information and potentially fragment-free mass spectra.

Flammen-Experimente an der Advanced Light Source: Neue Einblicke in Rußbildung Prozesse

The following experimental protocols and the accompanying video are concerned with the flame experiments that are performed at the Chemical Dynamics ...

Using Microwave and Macroscopic Samples of Dielectric Solids to Study the Photonic Properties of Disordered Photonic Bandgap Materials

Recently, disordered photonic materials have been suggested as an alternative to periodic crystals for the formation of a complete photonic bandgap (PBG). In this article we will describe the methods for constructing and characterizing macroscopic disordered photonic structures using microwaves. The microwave regime offers the most convenient experimental sample size to build and test PBG media. Easily manipulated dielectric lattice components extend flexibility in building various 2D structures on top of pre-printed plastic templates. Once built, the structures could be quickly modified with point and line defects to make freeform waveguides and filters. Testing is done using a widely available Vector Network Analyzer and pairs of microwave horn antennas. Due to the scale invariance property of electromagnetic fields, the results we obtained in the microwave region can be directly applied to infrared and optical regions. Our approach is simple but delivers exciting new insight into the nature of light and disordered matter interaction.

Our representative results include the first experimental demonstration of the existence of a complete and isotropic PBG in a two-dimensional (2D) hyperuniform disordered dielectric structure. Additionally we demonstrate experimentally the ability of this novel photonic structure to guide electromagnetic waves (EM) through freeform waveguides of arbitrary shape.

Disordered structures offer new mechanisms for forming photonic bandgaps and unprecedented freedom in functional-defect designs. To circumvent the computational challenges of disordered systems, we construct modular macroscopic samples of the new class of PBG materials and use microwaves to characterize their scale-invariant photonic properties, in an easy and inexpensive manner.

Mit Mikrowelle und makroskopischen Proben der Dielektrische Festkörper, um die photonischen Eigenschaften ungeordneter photonische Bandlückenmaterialien Studieren

Recently, disordered photonic materials have been suggested as an alternative to periodic crystals for the formation of a complete photonic bandgap (PBG). ...

Experiments on Ultrasonic Lubrication Using a Piezoelectrically-assisted Tribometer and Optical Profilometer

Friction and wear are detrimental to engineered systems. Ultrasonic lubrication is achieved when the interface between two sliding surfaces is vibrated at a frequency above the acoustic range (20 kHz). As a solid-state technology, ultrasonic lubrication can be used where conventional lubricants are unfeasible or undesirable. Further, ultrasonic lubrication allows for electrical modulation of the effective friction coefficient between two sliding surfaces. This property enables adaptive systems that modify their frictional state and associated dynamic response as the operating conditions change. Surface wear can also be reduced through ultrasonic lubrication. We developed a protocol to investigate the dependence of friction force reduction and wear reduction on the linear sliding velocity between ultrasonically lubricated surfaces. A pin-on-disc tribometer was built which differs from commercial units in that a piezoelectric stack is used to vibrate the pin at 22 kHz normal to the rotating disc surface. Friction and wear metrics including effective friction force, volume loss, and surface roughness are measured without and with ultrasonic vibrations at a constant pressure of 1 to 4 MPa and three different sliding velocities: 20.3, 40.6, and 87 mm/sec. An optical profilometer is utilized to characterize the wear surfaces. The effective friction force is reduced by 62% at 20.3 mm/sec. Consistently with existing theories for ultrasonic lubrication, the percent reduction in friction force diminishes with increasing speed, down to 29% friction force reduction at 87 mm/sec. Wear reduction remains essentially constant (49%) at the three speeds considered.

We present a protocol for using a piezoelectrically-assisted tribometer and optical profilometer to investigate the dependence of ultrasonic wear and friction reduction on linear velocity, contact pressure, and surface properties.

Experimente an Ultraschall-Schmierung Verwenden eines piezoelektrisch unterstützten Tribometer und optische Profilometer

Friction and wear are detrimental to engineered systems. Ultrasonic lubrication is achieved when the interface between two sliding surfaces is vibrated at ...

Visualizing Hyporheic Flow Through Bedforms Using Dye Experiments and Simulation

Advective exchange between the pore space of sediments and the overlying water column, called hyporheic exchange in fluvial environments, drives solute transport in rivers and many important biogeochemical processes. To improve understanding of these processes through visual demonstration, we created a hyporheic flow simulation in the multi-agent computer modeling platform NetLogo. The simulation shows virtual tracer flowing through a streambed covered with two-dimensional bedforms. Sediment, flow, and bedform characteristics are used as input variables for the model. We illustrate how these simulations match experimental observations from laboratory flume experiments based on measured input parameters. Dye is injected into the flume sediments to visualize the porewater flow. For comparison virtual tracer particles are placed at the same locations in the simulation. This coupled simulation and lab experiment has been used successfully in undergraduate and graduate laboratories to directly visualize river-porewater interactions and show how physically-based flow simulations can reproduce environmental phenomena. Students took photographs of the bed through the transparent flume walls and compared them to shapes of the dye at the same times in the simulation. This resulted in very similar trends, which allowed the students to better understand both the flow patterns and the mathematical model. The simulations also allow the user to quickly visualize the impact of each input parameter by running multiple simulations. This process can also be used in research applications to illustrate basic processes, relate interfacial fluxes and porewater transport, and support quantitative process-based modeling.

This manuscript describes how to create regular bedforms in a flume, visualize flow through the bedforms, and use computer simulations to simulate the hyporheic flow. The computer simulations compare well with the experimental observations. This coupled simulation and experiment is well-suited for both research and educational purposes.

Visualisierung wortlich Übermittlung über bedforms Mit Dye Experimente und Simulation

Advective exchange between the pore space of sediments and the overlying water column, called hyporheic exchange in fluvial environments, drives solute ...

A Robotic Platform to Study the Foreflipper of the California Sea Lion

The California sea lion (Zalophus californianus), is an agile and powerful swimmer. Unlike many successful swimmers (dolphins, tuna), they generate most of their thrust with their large foreflippers. This protocol describes a robotic platform designed to study the hydrodynamic performance of the swimming California sea lion (Zalophus californianus). The robot is a model of the animal&#39;s foreflipper that is actuated by motors to replicate the motion of its propulsive stroke (the &#39;clap&#39;). The kinematics of the sea lion&#39;s propulsive stroke are extracted from video data of unmarked, non-research sea lions at the Smithsonian Zoological Park (SNZ). Those data form the basis of the actuation motion of the robotic flipper presented here. The geometry of the robotic flipper is based a on high-resolution laser scan of a foreflipper of an adult female sea lion, scaled to about 60% of the full-scale flipper. The articulated model has three joints, mimicking the elbow, wrist and knuckle joint of the sea lion foreflipper. The robotic platform matches dynamics properties&#8212;Reynolds number and tip speed&#8212;of the animal when accelerating from rest. The robotic flipper can be used to determine the performance (forces and torques) and resulting flowfields.

A robotic platform is described that will be used to study the hydrodynamic performance&#8212;forces and flowfields&#8212;of the swimming California sea lion. The robot is a model of the animal&#39;s foreflipper that is actuated by motors to replicate the motion of its propulsive stroke (the &#39;clap&#39;).

Ein Roboter-Plattform die Foreflipper des California Sea Lion zu studieren

The California sea lion (Zalophus californianus), is an agile and powerful swimmer. Unlike many successful swimmers (dolphins, tuna), they generate most ...

Measurements of Waves in a Wind-wave Tank Under Steady and Time-varying Wind Forcing

This manuscript describes an experimental procedure that allows obtaining diverse quantitative information on temporal and spatial evolution of water waves excited by time-dependent and steady wind forcing. Capacitance-type wave gauge and Laser Slope Gauge (LSG) are used to measure instantaneous water surface elevation and two components of the instantaneous surface slope at a number of locations along the test section of a wind-wave facility. The computer-controlled blower provides airflow over the water in the tank whose rate can vary in time. In the present experiments, the wind speed in the test section initially increases quickly from rest to the set value. It is then kept constant for the prescribed duration; finally, the airflow is shut down. At the beginning of each experimental run, the water surface is calm and there is no wind. Operation of the blower is initiated simultaneously with the acquisition of data provided by all sensors by a computer; data acquisition continues until the waves in the tank fully decay. Multiple independent runs performed under identical forcing conditions allow determining statistically reliable ensemble-averaged characteristic parameters that quantitatively describe wind-waves&#39; variation in time for the initial development stage as a function of fetch. The procedure also allows characterizing the spatial evolution of the wave field under steady wind forcing, as well as decay of waves in time, once the wind is shut down, as a function of fetch.

This manuscript describes a fully computer-controlled procedure that allows obtaining reliable statistical parameters from experiments of water waves excited by steady and unsteady wind forcing in a small-scale facility.

Messungen der Wellen in einem Wind-Welle-Tank unter stetigen und zeitlich veränderliche Wind zwingt

This manuscript describes an experimental procedure that allows obtaining diverse quantitative information on temporal and spatial evolution of water ...

Conducting Elevated Temperature Normal and Combined Pressure-Shear Plate Impact Experiments Via a Breech-end Sabot Heater System

A novel approach for conducting normal and/or combined pressure-shear plate impact experiments at test temperatures up to 1000 &#176;C is presented. The method enables elevated temperature plate-impact experiments aimed towards probing dynamic behavior of materials under thermomechanical extremes, while mitigating several special experimental challenges faced while performing similar experiments using the conventional plate impact approach. Custom adaptations are made to the breech-end of a single-stage gas-gun at Case Western Reserve University; these adaptations include a precision-machined extension piece made from SAE 4340 steel, which is strategically designed to mate the existing gun-barrel while providing a high tolerance match to the bore and keyway. The extension piece contains a vertical cylindrical heater-well, which houses a heater assembly. A resistive coil heater-head, capable of reaching temperatures of up 1200 &#176;C, is attached to a vertical stem with axial/rotational degrees of freedoms; this enables thin metal specimens held at the front-end of a heat-resistant sabot to be heated uniformly across the diameter to the desired test temperatures. By heating the flyer plate (in this case, the sample) at the breech-end of the gun-barrel instead of at the target-end, several critical experimental challenges can be averted. These include: 1) severe changes in the alignment of the target plate during heating due to the thermal expansion of the several constituents of the target holder assembly; 2) challenges that arise due to the diagnostics elements, (i.e., polymer holographic gratings, and optical probes) being too close to the heated target assembly; 3) challenges that arise for target plates with an optical window, where crucial tolerances between the sample, bond layer, and window become increasingly difficult to maintain at high temperatures; 4) in the case of combined compression-shear plate impact experiments, the need for high-temperature resistant diffraction gratings for the measurement of transverse particle velocity at the free surface of the target; and 5) limitations imposed on the impact velocity necessary for unambiguous interpretation of the measured free surface velocity versus time profile due to thermal softening and possibly yielding of the bounding target plates.By utilizing the adaptations mentioned above, we present results from a series of reverse geometry normal plate impact experiments on commercial purity aluminum at a range of sample temperatures. These experiments show decreasing particle velocities in the impacted state, which are indicative of material softening (decrease in post-yield flow stress) with increasing sample temperatures.

Here, we present a detailed protocol of a new approach for conducting elevated temperature reverse normal plate impact, and combined pressure-and-shear plate impact. The approach involves the use of a breech-end resistive coil heater to heat a sample held at the front-end of a heat-resistant sabot to the desired temperature.

Durchführung von erhöhter Temperatur Normal und kombinierte Druck-Shear Platte folgen Experimente über eine Verschluss-End Sabot-Heizsystem

A novel approach for conducting normal and/or combined pressure-shear plate impact experiments at test temperatures up to 1000 &#176;C is presented. The ...

Film Control to Study Contributions of Waves to Droplet Impact Dynamics on Thin Flowing Liquid Films

Droplet impact is a very common phenomenon in nature and attracts attention due to its aesthetic fascination and wide-ranging applications. Previous studies on flowing liquid films have neglected the contributions of spatial structures of waves to the impact outcome, while this has recently been shown to have a significant influence on the drop impact dynamics. In this report, we outline a step-by-step procedure to investigate the effect of periodic inlet forcing of a flowing liquid film leading to the production of spatiotemporally regular wave structures on drop impact dynamics. A function generator in connection with a solenoid valve is used to excite these spatiotemporally regular wave structures on the film surface while the impact dynamics of uniform-sized droplets are captured using a high-speed camera. Three distinct regions are then studied; viz. the capillary wave region preceding the large wave peak, the flat film region, and the wave hump region. The effects of important dimensionless quantities such as film Reynolds, drop Weber and Ohnesorge numbers parameterized by the film flow rate, drop speed, and drop size are also examined. Our results show interesting, hitherto undiscovered dynamics brought about by this application of film inlet forcing of the flowing film for both low and high inertia drops.

A protocol to study the contributions of waves to droplet impact dynamics on flowing liquid films is presented.

Film-Kontrolle, Beiträge der Wellen zu Tröpfchen Auswirkungen Dynamik auf dünnen fließt Flüssigkeitsfilme zu studieren

Droplet impact is a very common phenomenon in nature and attracts attention due to its aesthetic fascination and wide-ranging applications. Previous ...