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Numerical modelling of the aerial drop of products for forest firefighting

机译:森林消防产品空降的数值模拟

摘要

Devido ao aumento da frequência e intensidade, os incêndios florestais de grande dimensão e de interface rural-urbana foram identificados pela Organização Mundial de Saúde como uma das ameaças à segurança e saúde públicas no século XXI. A utilização de meios aéreos no combate a incêndios florestais pode ter, se integrada numa estratégia globalizante e eficiente, um papel importante na protecção humana e do património, particularmente em situações exigindo uma rápida intervenção, como fogos emergentes, zonas montanhosas de difícil acesso, ou áreas de risco. A sua eficácia está, contudo, dependente das características do fogo, das condições atmosféricas e da perícia do piloto. O presente trabalho tem como objectivo o desenvolvimento e validação de um modelo operacional de simulação da largada aérea de produtos no combate a incêndios florestais. O modelo ADM simula o campo de ventos induzido por uma canópia vegetal, sob a influência de diferentes condições de estabilidade atmosférica. A saída do líquido do tanque é calculada com base na geometria e velocidade de abertura das portas. O diâmetro das gotas formadas pela acção das instabilidades de Rayleigh-Taylor e Kelvin-Helmholtz na superfície do jacto é estimado recorrendo à teoria de estabilidade linear. A distribuição por tamanhos e a velocidade das gotas originadas por atomização secundária baseiam-se em correlações experimentais. O método Lagrangeano é aplicado na simulação da deposição do produto, durante a qual o coeficiente de arrasto resultante da deformação da gota é calculado com base em relações experimentais dinâmicas. O processo termina com a retenção do líquido pela canópia. Os principais dados de saída do modelo são a distribuição espacial das concentrações no solo e o comprimento e área dos diferentes níveis de concentração. O processo de validação inclui a análise estatística dos resultados através da comparação do perfil vertical do vento simulado com valores medidos em florestas de pinheiro e eucalipto e da comparação dos resultados do ADM com ensaios de largada à escala real realizados com um sistema de descarga convencional (em Marselha, França) e um sistema de caudal constante (em Marana, Arizona, E.U.A.). A análise permitiu inferir um bom desempenho do modelo na vasta gama de condições testadas. A forma da mancha de deposição no solo revela as mesmas características observadas nos dados medidos. O valor médio do erro quadrado normalizado médio para a estimativa dos comprimentos das manchas de cada um dos níveis de concentração é de 0.01, sendo de 0.03 no caso das áreas ocupadas por esses mesmos níveis. Todos os parâmetros estatísticos revelaram um claro cumprimento dos requisitos impostos pelos critérios de aceitabilidade de modelos numéricos.
机译:由于频率和强度的增加,世界卫生组织将具有城乡联系的大规模森林火灾确定为对21世纪公共安全与健康的威胁之一。如果将空中手段扑灭森林大火,如果融入全球化和高效战略中,就可以在保护人类和遗产方面发挥重要作用,尤其是在需要快速干预的情况下,例如紧急大火,难以通行的山区或风险领域。但是,其有效性取决于火的特性,大气条件和飞行员的技能。目前的工作目标是开发和验证用于模拟产品在空中扑灭森林大火的作战模型。 ADM模型模拟了在不同大气稳定性条件下植物冠层引起的风场。从储罐输出的液体是根据门的几何形状和打开速度来计算的。使用线性稳定性理论估算由瑞利-泰勒和开尔文-亥姆霍兹不稳定性作用在喷流表面上形成的液滴直径。由二次雾化产生的液滴的尺寸分布和速度基于实验相关性。拉格朗日方法应用于产品沉积模拟中,在此过程中,基于动态实验关系来计算由液滴变形产生的阻力系数。该过程以树冠保留液体而结束。该模型的主要输出数据是土壤中浓度的空间分布以及不同浓度水平的长度和面积。验证过程包括对结果进行统计分析,方法是将模拟的垂直风廓线与在松树和桉树林中测得的值进行比较,并将ADM结果与使用常规排放系统进行的全面启动测试进行比较(在法国马赛)和恒定流量系统(在美国亚利桑那州的马拉纳)。通过分析,可以推断出该模型在各种测试条件下均具有良好的性能。土壤上沉积点的形状显示出在测量数据中观察到的相同特征。用于估计每个浓度水平的斑点的长度的平均归一化平方误差的平均值为0.01,在相同水平水平的面积所占的情况下,平均值为0.03。所有统计参数均清楚地满足了数值模型的可接受标准所提出的要求。

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