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A heat transfer model of crown scorch in forest fires

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Abstract:

The Van Wagner crown scorch model is widely used to estimate crown component necroses in surface fires. The model is based on buoyant plume theory but accounts for crown heat transfer processes using an empirical proportionality factor k. Crown scorch estimates have used k values for foliage, but k varies with heat transfer characteristics, and branch and bud necroses are more relevant to tree mortality. This paper derives and validates a more physically complete model of crown scorch in surface fires (I ≤ 2500 kW·m–1). The model links a buoyant plume model with a lumped capacitance heat transfer analysis applicable to branches, buds, and foliage (~1 cm maximum diameter). The lumped capacitance analysis is validated with vegetative-bud heating experiments, and the entire heat transfer model of crown scorch is validated with fireline intensity and foliage necrosis data. The model is more general than the Van Wagner model and is independent of experimental fire data. Predictions require measurements of fireline intensity, residence time, ambient temperature, and five thermophysical properties of crown components. The model predicts differences between bud and foliage necrosis heights, and illustrates why heat transfer processes should be considered in crown scorch models.

Le modèle de roussissement de la cime de Van Wagner est largement utilisé pour estimer la nécrose des composantes de la cime associée aux feux de surface. Le modèle est basé sur la théorie du panache flottant mais tient compte des processus de transfert de chaleur dans la cime grâce à un facteur empirique de proportionnalité k. Les estimations de roussissement de la cime ont utilisé des valeurs de k pour le feuillage mais la valeur de k varie selon les caractéristiques du transfert de chaleur et la nécrose des branches et des bourgeons est plus pertinente pour la mort des arbres. Cet article dérive et valide un modèle physiquement plus complet de roussissement de la cime dans le cas des feux de surface (I ≤ 2500 kW·m–1). Le modèle relie un modèle de panache flottant à l'analyse de capacité localisée de transfert de chaleur applicable aux branches, aux bourgeons et au feuillage (approximativement 1 cm de diamètre maximum). L'analyse de capacité localisée est validée avec les résultats d'expériences de chauffage des bourgeons végétatifs et le modèle complet de transfert de chaleur qui prédit le roussissement de la cime est validé avec des données sur l'intensité de la ligne de feu et la nécrose du feuillage. Le modèle est plus général que celui de Van Wagner et est indépendant des données expérimentales sur le feu. Les prédictions requièrent des mesures de l'intensité de la ligne de feu, du temps de passage, de la température ambiante et de cinq propriétés thermophysiques des composantes de la cime. Le modèle prédit la différence entre la hauteur de la nécrose des bourgeons et celle du feuillage et illustre pourquoi les processus de transfert de chaleur devraient être considérés dans les modèles de roussissement de la cime.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: 2006-11-01

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