Et emberometer kan måle truslen om gløder, der breder sig

Efterhånden som frilandsbrande fronter går frem gennem landskaber eller lokalsamfund på jorden, de angriber også ovenfra, lancere volleys med glødende gløder i luften. Også kendt som firebrands, disse pletter af brændende affald kan glide i op til 40 kilometer (cirka 24 miles) før landing og kan forårsage op til 90% af hjem- og forretningsbrande under naturbrande.

Vejledning om at afværge glødangreb er sparsom, hovedsagelig fordi der er så lidt kendt om gløderes adfærd. Men et nyt instrument, kaldet et emberometer, kunne give et indblik i deres sande natur. I et papir udgivet i Eksperimenter i væsker , forskere ved National Institute of Standards and Technology (NIST) viser værktøjets evne til at karakterisere glødens størrelse og bane, som kan give indsigt i deres trusselsniveau. Med NIST's nye værktøj, brandingeniører kan være bedre rustet til at beskytte bygninger mod gløder og kunne producere data, der understøtter omkostningseffektiv vejledning i bygningskoder.

De farlige forhold, hvor gløder opstår, og deres tilsyneladende tilfældige natur har gjort at måle dem til en op ad bakke. En fremgangsmåde har været at opsamle gløder fra vandfyldte pander, som gør det muligt for forskere at tælle og forstørre gløder efter en brand er slukket, men det tegner langt fra et fuldstændigt billede af, hvad der sker under gløder, hvor strukturer sværmer af flammende affald.

Fordi gløder virker så uregelmæssigt, at måle, hvordan deres adfærd ændrer sig fra det ene sekund til det næste, mens de stadig er i luften, er afgørende. NIST forbrændingsspecialist Nicolas Bouvet og hans kolleger byggede det nye instrument til netop det.

Emberometeret består af et metalstativ, formet som et stort H på siden, med peg-og-skyde digitale kameraer fastgjort til enden af ​​hver af sine fire arme. Forskerne designede det til at blive betjent fra mere end en kilometer væk og indlejret dets elektroniske komponenter i brandsikre materialer for at gøre systemet anvendeligt under ildige forhold.

Gennem en metode kendt som partikel tracking velocimetry, emberometeret bruger data fra sine fire perspektiver til at spore stien til stærkt oplyste objekter (f.eks. gløder), når de passerer gennem et 2-kubikmeter (mere end 70-kubikfod) kasseformet rum foran enheden. Systemet fanger også silhuetterne af hver glød fra fire forskellige vinkler og fletter perspektiverne til digitalt at rekonstruere deres 3D -former.

Emberometeret gjorde kort arbejde med de første forsøg, hvoraf nogle testede enhedens evne til at spore brændende træpinde fastgjort til enden af ​​en roterende metalarm, og for at estimere størrelsen på små plastkugler faldt forskerne foran kameraerne, Sagde Bouvet. Med de enkle tests bag sig, forskernes næste skridt var at finde ud af, om enheden kunne sætte tal til rigtige gløder.

I NIST's National Fire Research Laboratory - et rum, hvor eksperimenter med intense flammer kan udføres sikkert - opstillede forfatterne emberometeret modvind i en brandmærkegenerator, der var i stand til at producere gløder i større skala.

På mindre end et minut, emberometeret observerede hundredvis af gløder lynlåse ved hastigheder, der varierer fra tiere til hundredvis af centimeter i sekundet. Værktøjet sporede de bevægelige partikler og gengav deres former i 3D, som før. Forskerne kontrollerede emberometerets dimensioneringsarbejde ved at indsamle gløder, der var faldet i vandfyldte gryder under forsøget og sammenligne de doused træstykker med deres digitale modstykker.

"Emberometeret sammenligner meget godt med det, der direkte opsamles i vandgryderne, "sagde Bouvet." Jeg er meget sikker på sporing, og for størrelsen er vi tilfredse. "

På grund af mængden og kompleksiteten af ​​data fanget af emberometeret, sammenligning af forskellige glødeksponeringer kan være en udfordring, selvom dataene er korrekte. Forskernes løsning er et visuelt hjælpemiddel kaldet en firebrand rose, som opsummerer træk ved en eksponering ved at pakke oplysninger om antallet og orienteringen af ​​gløder gennem rum og tid i en graf.

De potentielle fordele ved emberometeret er flerfoldige. Ingeniører kunne tilføje dybde til den lavvandede pool af data om ægte glødeksponeringer ved at tage værktøjet udendørs og også bruge det til at sikre, at gløder produceret i laboratoriet matcher feltmålinger.

Ultimativt, gløder, der er mere virkelighedstro, kan føre til bedre forskning i glødsikre materialer, muligvis føre til bedre beskyttelse af strukturer under naturbrande.

Mere udendørs forskning kan også gøre afbødelsesindsatsen mere omkostningseffektiv, hvis forskere, der bruger emberometre, knytter glødetrusselsniveauer til miljøforhold, såsom intensiteten af ​​tørke eller vind. Disse data kan informere nye bygningskoder og standarder, der tilbyder brandsikkerhedspersonale vejledning om valg af en beskyttelsesgrad, der passer til de omgivende forhold.

"Vi ønsker at kunne se på brændstoftypen, topografi og vejr, og har en idé om, hvor alvorlig en glødeksponering kan være for en struktur, "Bouvet sagde." Bygningskoder kan bruge disse oplysninger til at rådgive dig om, hvordan du hærder din struktur. Hvis du er et sted midt på en græsbane, det bliver ikke det samme, som hvis man er omgivet af høje træer. "

NIST -teamets næste trin er at give sit system et strejf af kunstig intelligens. Fordi enheden kun har fire øjne, det kan ikke altid skelne alle detaljer i et objekts form. Men med maskinlæring, emberometeret kunne udfylde blinde pletter, forbedring af størrelsesrekonstruktionsmålinger.

Kort efter, forskerne planlægger at prøvekøre emberometeret i det store udendørs, hvor den kan støde på gløder, der er født af virkelige - omend kontrollerede - vildmarkbrande. Ved at lære lektioner i feltet, teamet kunne yderligere stramme sit design, klargøring af emberometeret til udbredt brug.