Анализ динамических процессов аварийных ситуаций природного и техногенного характера

• Автор: Катаева, Лилия Юрьевна
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 328 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ПРОГНОЗ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ НА ОСНОВЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА СУШКИ СЛОЯ ЛЕСНЫХ ГОРЮЧИХ МАТЕРИАЛОВ
1.1. Постановка задачи
1.2. Результаты численного моделирования
1.3. Вероятностный прогноз лесной пожарной опасности и система
прогноза лесной пожарной опасности
ГЛАВА 2. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ
2.1. Нестационарное термохимическое взаимодействие окружающей среды с реагирующим цилиндрическим элементом
2.2. Моделирование распространения пожара на гористой местности с учетом двухтемпературности среды
2.3. Определение безопасных расстояний от лесных пожаров
ГЛАВА 3. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ В АТМОСФЕРЕ
3.1. Образование и движение термика при лесном пожаре
3.2. Распространение загрязнений в результате разгерметизации цистерны с гексафторидим урана
3.3. Выброс радиоактивной жидкости из водоемов под воздействием
смерча-торнадо
ГЛАВА 4. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГЕНЕРАЦИИ И РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЦУНАМИ НА ОСНОВЕ ИТЕРАЦИОННОИНТЕРПОЛЯЦИОННОГО МЕТОДА
4.1. Постановка задачи
4.2. Оценка эффективности разработанного алгоритма и результаты
модельного расчета
ГЛАВА 5. ДИСКРЕТНЫЕ МОДЕЛИ
5.1. Дискретные модели для уравнений в частных производных

5.2. Дискретные модели жестких систем обыкновенных
дифференциальных уравнений
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ «ОПИСАНИЕ ПРОГРАММНЫХ КОМПЛЕКСОВ»
1. Реализация метода Патанкара применительно к задаче о распространении пожара
2. Система прогноза лесной пожарной опасности
3. Моделирование цунами с вычислительным ядром на основе итерационно-интерполяционного метода
4. Моделированию распространения загрязнений на основе теории термиков

Введение
Общая характеристика работы. Работа посвящена исследованию процессов, возникающих в аварийных ситуациях природного и техногенного характера. Естественное сочетание аксиоматического и феноменологического подхода при постановке рассматриваемых задач позволило уточнить, а в ряде случаев построить новые модели. Совместное использование понятий и методов механики жидкости и газа, механики многофазных реагирующих сред, компьютерного моделирования и современных вычислительных технологий позволило не только всесторонне изучить рассматриваемые явления, но и прогнозировать их возникновение и развитие.
Актуальность темы и востребованность результатов работы связана с возросшей- антропогенной нагрузкой на биосферу и техносферу, что приводит к аварийным ситуациям природного и техногенного характера: лесным пожарам, выбросам вредных веществ в атмосферу и другим негативным последствиям. Поэтому на первый план выходят задачи изучения динамических процессов аварийных ситуаций природного и техногенного характера для их предотвращения, создания новых способов борьбы с ними и минимизации возможного ущерба.
Надо сказать, что до сих пор при исследовании динамических процессов аварийных ситуаций природного и техногенного характера не существует общего методологического подхода, поэтому совместное использование понятий и методов механики жидкости и газа и компьютерного моделирования для их решения представляется весьма актуальным. Использование современных вычислительных технологий для компьютерного моделирования рассматриваемых задач позволяет существенно ускорять процесс счета и получать оперативную информацию.
Сочетание аналитических и численных методов позволяет всесторонне изучить механизм рассматриваемого явления и выявить основные факторы,

Баланс массы газовой фазы на нижней границе ЛГМ имеет вид
(1.1.31)
где (р1г)п,5П,й2п известные из эксперимента или метеоданных значения
массовой скорости воздухообмена, объемной доли конденсированной фазы в почве, массовой скорости испарения влаги и конденсированной фазы почвы.
Значенис, массовой концентрации водяного пара на поверхности почвы имеет вид
Наконец, значение объемной доли влагосодержания на нижней границе слоя ЛГМ определяется по формуле
Надо сказать, что величины с индексом П могут быть вычислены на основе метеорологических измерений и данных почвоведов. Эти величины имеют сезонные и суточные изменения точно также как и характеристики на внешней границе пограничного слоя.
Для точного определения всех искомых величин необходимо решать сопряженную задачу тепло- и массообмена слоя ЛГМ с приземным слоем атмосферы. Для этого необходимо взять уравнения пограничного слоя газа над слоем ЛГМ (1.1.1 )-(1 -1.6) и решать совместно с уравнениями (1.1.8)-(1.1.16). Таким образом, необходимо решать нелинейную начально-краевую задачу (1.1.17)-( 1.1.33) для совокупности уравнений, описывающих тепло- и массоперенос в приземном слое атмосферы.
Используя методику [5-7] и экспериментальные данные
А.Н. Голованова были получены следующие термокинетические параметры, характеризующие массовую скорость высушивания ЛГМ: для приведенной энергии активации Е2/К-169.09 К и предэкспоненциальный множитель к2 = 0.004728с'1 для хвои* сосны. Соответственно, для хвои кедра: к2 -0.00964с'1, Е2/Я = 172.6334 К и для хвои ели: к2 = 0.006599с ', Г2/Л = 178.35891 К.
(1.1.32)
2=0 - 2П
(1.1.33)