Математическое моделирование распространения фронта вершинного лесного пожара в однородном лесном массиве и вдоль просеки

• Автор: Шипулина, Ольга Викторовна
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 145 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА Е ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1.1 Характеристика объекта исследования
1.2 Экспериментальные исследования верховых
лесных пожаров
1.3 Математическое моделирование лесных пожаров
1.4 Математические модели верховых лесных
пожаров
ГЛАВА 2. ЗАДАЧА ОБ ОДНОМЕРНОМ РАСПРОСТРАНЕНИИ ВЕРШИННОГО ЛЕСНОГО ПОЖАРА С УЧЕТОМ
ДВУХТЕМПЕРАТУРНОСТИ СРЕДЫ И ИЗЛУЧЕНИЯ ОТ ФАКЕЛА ПЛАМЕНИ
2.1 Физическая постановка задачи
2.2 Математическая постановка задачи
2.3 Тестовая проверка и анализ основных допущений,
принятых в модели
2.4 Результаты численных расчетов
2.4.1 База данных математической модели
2.4.2 Результаты численных расчетов и их обсуждение
2.5 Учет вдува газообразных продуктов пиролиза
и паров воды
ГЛАВА 3. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ВЕРШИННЫХ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ ПРИ НАПРАВЛЕНИИ ВЕТРА ВДОЛЬ ПРОСЕКИ
3.1 Физико - математическая постановка задачи
3.2 Обсуждение результатов численных расчетов
3.2.1 Результаты расчетов с использованием бесконечного по оси у
очага инициирования пожара
3.2.2 Результаты расчетов с использованием ограниченного очага
инициирования пожара
ГЛАВА 4. МЕТОДИКА ЧИСЛЕННОГО РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ,
ИЗЛОЖЕННЫХ В ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЕ
4.1 Методика численного решения одномерной задачи распространения верхового вершинного лесного
пожара
4.1.1 Постановка задачи и метод дискретизации
4.1.2 Тестовые проверки численного метода
4.1.3 Алгоритм решения задачи
4.2 Методика численного решения задачи главы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Лес представляет собой национальное богатство нашей страны. Ценность леса не сводится только к стоимости деловой древесины. Лес оздоравливает атмосферу, обогащая ее кислородом. И с этой точки зрения лес представляет собой особую ценность для всего человечества, как часть более общей проблемы - защиты окружающей среды. Поэтому проблема защиты лесов от гибели в результате лесных пожаров приобретает с каждым днем все большую значимость. В результате лесных пожаров только в Российской Федерации ежегодно гибнет около 1 млн. га леса [1]. Актуальность этой проблемы еще более возрастает в связи с переходом экономической деятельности в России на рыночные основы. Вследствие роста антропогенной нагрузки каждый год наблюдаются многочисленные лесные пожары на Дальнем Востоке, Прибайкалье, Красноярском крае и Западной Сибири.
На практике лесные пожары часто возникают вдоль просек, созданных при строительстве и последующем функционировании лесовозных автомобильных и железных дорог, а также линий электропередач. Очевидно, что антропогенная нагрузка в районе этих просек значительно больше, чем в обычных лесах и возле них чаще возникают лесные пожары.
Наибольший ущерб (70 % площади сгоревших лесов) наносят интенсивные низовые и верховые лесные пожары. Причем среди последних наиболее распространенными и опасными являются верховые лесные пожары вследствие большой скорости распространения. Тушение этого вида пожаров требует больших затрат сил и в подавляющем большинстве случаев малоэффективно или невозможно. В связи с тем, что экспериментальные методы исследования интенсивных лесных пожаров слишком дороги и трудоемки, а полное физическое моделирование этого явления в лабораторных условиях невозможно, теоретические методы исследования

Здесь 1 - длина факела пламени; ш3 - запас ЛГМ, кг/м2; со - скорость распространения пожара, м/с; к=10 - эмпирический множитель для живой хвои; 71 - угол отклонения факела пламени от вертикали; у?. - угол между факелом пламени и плоскостью верхней границы полога леса (рис.2.1.1); ие -невозмущенная скорость ветра над пологом леса; Аг - ширина фронта верхового лесного пожара, которая определяется как расстояние между двумя изотермами, соответствующими одной и той же температуре Т=750К; е -интегральная степень черноты факела пламени; хо - текущая координата основания факела пламени; £ - ускорение свободного падения, g=9,8 м/с2.
Считалось, что выполняются условия подобия между процессами турбулентного тепло- и массообмена [1, 50]:
Р51=Мт’ -1 = М-грз ’ ’
р5 Р5

где аи(3 коэффициенты тепло- и массообмена, а Срз = £ СрпСа,
а=1 “
теплоемкость газовой фазы, Срсс - теплоемкости отдельных компонентов газовой фазы.
Целесообразно использовать прием осреднения искомых функций по высоте полога леса [50] по правилу: ь2
|фбг = (pH, Ь=Ь2-й) , (2.2.26)

где ф - любая из искомых функций, ф - ее среднее по высоте полога значение, а в качестве условия замыкания системы принять условия:
(2.2.27)
фР-фЦ ехрф = ехрф; фп = фп Тогда с учетом осреднения по высоте г, а также граничных условий (2.2.22) - (2.2.24) система уравнений (2.2.1) - (2.2.17) значительно упрощается и принимает следующий вид (знак осреднения для краткости изложения в дальнейшем опущен):