研究常绿灌木林树冠火的风洞实验

本方法学的总体目标是阐明决定灌丛冠层火灾中地表层与冠层相互作用程度的一些关键特征。该方法有助于回答野火研究领域中的一些关键问题，例如决定火势成功向冠层转移并蔓延的条件。该技术的主要优势在于，能够同时测量地表可燃物层和冠层可燃物层在升温过程中的质量损失。

首先，通过在 C 型夹具螺钉端的销孔处安装双弹簧门扣锁扣，对四个 C 型夹具进行改装。使用这些锁扣悬挂冠层燃料床。使用另一组 C 型夹具，将每个载荷串式测力传感器固定在风洞框架的顶部位置。

然后，使用卡宾钩将改装后的C型夹具固定在应变仪传感器的自由端，并使卡宾钩向下悬挂。用链条将冠层燃料床平台连接到一个卡宾钩上。将其导线连接到惠斯通电桥，用于数据采集。

使用防火隔热材料（例如用于防火掩体的材料）覆盖负荷传感器。为获得校准常数 A，将精密砝码连接到第一个负荷传感器上。使用输入数字字段将负荷传感器的增益设置为 128。

这对应于设备允许的最大值。然后，读取在零输出时对重量的信号响应。接着，卸下重量以产生无负载信号。

读取仪器界面中显示的新数值。根据此处所示公式计算校准常数。然后，在控制器界面中，将每个传感器的通道 M 值填写为数值 A。为确定偏移值 B，移除所有砝码，读取输出校准 G 框中的数值，并将其乘以 -1。

所得数值即为常数B。将该数值输入至加法通道零A框中。对系统中的每个负荷传感器重复上述校准步骤。从收集用于燃烧的燃料中，取三到四个一品脱容量的瓶子装满燃料。

按照 Countryman 和 Dean 所述的步骤，将样品放入烘箱烘干，以获得合适的燃料含水量。准备就绪后，从近期采集的山艾灌木束中修剪下各个枝条，去除枯死部分以及直径超过四分之一英寸的枝条材料。将剩余的鲜活燃料材料放入容器中称重。

使用电子天平选取两公斤修剪好的山艾灌木和0.5公斤木丝。然后，将0.5公斤木丝放置在风道底部的地表可燃物床上，确保其容积密度尽可能均匀。接着，将压实的木丝撕开并蓬松，以降低其容积密度，使其易于燃烧。

将两公斤修剪好的山艾灌木加载到悬挂在称重传感器上的平台，以形成抬高的燃料床。将山艾灌木枝条均匀铺展在整个平台上，以形成均匀的燃料床。将一组16个热电偶连接至响应时间为0.9秒的数据记录仪。

将六个热电偶插入冠层可燃物中，彼此间隔20厘米，并避免与枝条接触。然后，将10个热电偶插入地表可燃物层中，地表可燃物中的热电偶间距为10厘米，且避免热电偶与枝条接触。

通过点击热电偶控制软件界面中的开始按钮来启动数据记录。在风洞窗口上方安装一个带有每10厘米红色标记的视觉参考目标。接下来，放置相机以进行摄影数据采集。

聚焦于风洞测试区域，调整相机焦距，以完整捕捉整个垂直参考目标及燃料床区域。随后，将摄像机安装在墙壁上的通用相机壁装支架上，设置摄像机位置，以全面观察风洞测试段。接下来，将风洞风扇的速度控制器设定为每秒一米。

然后，短暂开启风扇，以确保其正常工作。关闭建筑物内的所有门，以确保屋顶通风口是烟雾排出的唯一通道。接着，开启四层的送风风扇，从室外引入新鲜空气，同时开启排风扇，通过屋顶通风口排出烟雾。

每次实验前，使用湿球湿度计测量环境空气的相对湿度和温度。打开摄像机以记录实验过程，然后大声说出实验编号或代码、日期以及实验配置，以便摄像机的麦克风记录下这些信息。

接下来，指示计算机操作人员在仪器控制界面中勾选“启用数据记录”选项，以开始数据记录。点火前，确保所有建筑物的门均已关闭。燃料床点燃后，退出测试区域并关闭隧道门。

接到点火指令后，用变性乙醇浸湿刨花表面燃料床的前缘，然后将乙醇瓶移离点火区域。使用丁烷喷灯，沿燃料床前缘平行方向点燃表面燃料床的一端。若实验需要风力条件，请开启风洞风扇。

记录燃烧的整个持续时间，该时间根据装置和条件的不同而有所变化。利用视频数据，获取了火冠和地表火焰高度数据。此处展示的数据代表了一个包含风力条件的实验。

在这类实验中，火焰开始时较小，在接近燃料床中部时变大，随后随着时间推移，当火焰接近燃料床末端时逐渐衰减。通过使用应变计，可以确定燃料的消耗速率，并显示整个燃烧过程中质量损失的演变情况。此处展示了表层和冠层的质量损失百分比随总燃烧时间百分比的变化情况。

风会增加地表和树冠可燃物层的失重速率。无风条件下的燃烧平均耗时四分半钟完成，而风速为1米每秒时仅需两分半钟即可燃尽。一旦掌握该技术，若操作得当，可在30至40分钟内完成整个过程。

在进行该实验操作时，重要的是要记住正确校准冠层火质量损失测量仪，并修剪冠层燃料，使其直径不超过四分之一英寸。遵循本实验方法和应用，可进一步探究辐射传热相关的问题。观看本视频后，您应能够充分理解如何测量决定灌木林冠层火中地表层与冠层相互作用的关键参数。

在风洞尺度下进行明火操作可能极为危险。实验过程中应采取预防措施，例如穿戴个人防护装备，包括阻燃服和护目镜。