Влияние термокинетических параметров пиролиза и двухъярусности лесных горючих материалов на процессы распространения лесных пожаров

• Автор: Лощилов, Сергей Андреевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Нижний Новгород
• Количество страниц: 116 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1.0БЗОР МОДЕЛЕЙ ПРОЦЕССА РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЛЕСНОГО ПОЖАРА И МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ
ТЕРМОКИНЕТИЧЕСКИХ ПОСТОЯННЫХ
1.1. Основные этапы процессов пиролиза и горения древесины
1.2.Физические и математические модели процессов пиролиза и горения древесины
1.2.1. Модель газификации древесины
1.2.2. Обобщенная модель пиролиза и горения древесины
1.2.3. Упрощенный механизм горения пиролизных газов при лесном пожаре
1.2.4. Модель процесса пиролиза в пористых частицах
1.2.5. Обобщенная модель для описания окислительного пиролиза
1.2.6.0дностадийная модель пиролиза лесных горючих материалов
1.2.7. Многостадийная модель пиролиза лесных горючих материалов.
1.2.8. Влияние значений термокинетических постоянных на поведение моделей пиролиза и окисления
1.2.9. Физико-математические модели распространения лесных пожаров.
1.3. Термический анализ процессов пиролиза и горения древесины
1.3.1. Методы и средства термического анализа
1.3.2. Динамический механический анализ
1.3.3. Синхронные и сопряженные методы термического анализа
ГЛАВА 2. РЕШЕНИЕ ПРЯМОЙ И ОБРАТНОЙ ЗАДАЧИ ПИРОЛИЗА ЛЕСНЫХ ГОРЮЧИХ МАТЕРИАЛОВ
2.1. Обзор методов определения основных термокинетических постоянных
2.1.1. Применение модифицированного закона Герца-Кнудсена для определения термокинетических постоянных для процесса сушки растительных материалов

2.1.2. Применение модифицированного закона Герца-Кнудсена для определения термокинетических постоянных при пиролизе органического топлива
2.1.3. Определение термокинетических постоянных на основе двух термогравиметрических экспериментов с одинаковыми материалами и разными значениями температур
2.1.4. Определение термокинетических параметров для многостадийного процесса пиролиза
2.1.5. Обобщенный метод расчета термокинетических параметров по экспериментальным данным
2.2. Первичная обработка экспериментальных данных
2.3. Математическое моделирование процессов пиролиза лесных горючих материалов
2.4. Алгоритмы решения прямой и обратной задачи и анализ результатов
ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ПОЖАРА И ЕГО ТУШЕНИЯ В ДВУХСЛОЙНОЙ СРЕДЕ С УЧЁТОМ НАЙДЕННЫХ ТЕРМОКИНЕТИЧЕСКИХ ПОСТОЯННЫХ
3.1. Оптимизация численных расчётов на основе масштабирования процессов распространения упругих волн и конвективного переноса газовой фазы
3.2. Влияние термокинетических констант пиролиза на динамику лесного пожара
3.3. Моделирование лесного пожара с учётом двухслойности горючих материалов
3.4. Моделирование тушения лесного пожара с учётом двухслойное горючих материалов
3.5. Моделирование горения тонкого слоя на основе закона Эргана
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ
Лесные пожары ежегодно наносят существенный ущерб экологии и мировой экономике. Несмотря на постоянное совершенствование средств пожаротушения, а также систем мониторинга и предупреждения возникновения очагов возгорания, имеющиеся статистические данные свидетельствуют об отсутствии положительных тенденций в борьбе с лесными пожарами, как в России, так и в мире в целом. Согласно докладу Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН «State of World’s Forests, 2007», ежегодно общая площадь пожаров лесов, степей и саванн в мире составляет более 350 млн. га. [36]. При этом площадь лесов, подверженных пожарам, превышает 200 млн. га, что около 5% от общей площади лесов в мире. В докладе также отмечается, что от 80% до 99% всех очагов возгорания возникают по вине человека. Данная статистика остается практически неизменной на протяжении последних десятилетий. Так, в США, согласно статистическим данным National Interagency Fire Center, в последние годы имеется тенденция к увеличению общей площади подверженных огню земель, которая в 2012 году составила более 3,7 млн. га [64]. В России борьба с лесными пожарами является важнейшим вопросом, в силу богатства ее лесных ресурсов. На территории РФ находится около 1/5 всех лесов мира и более половины всех хвойных лесов. Лес занимает около 50% площади страны. На территории лесного фонда России ежегодно регистрируется от 10 до 35 тыс. лесных пожаров, охватывающих площади от 0,5 до 2,5 млн. га. С учетом горимости огромного количества лесов на неохраняемых и эпизодически охраняемых территориях северных районов Сибири и Дальнего Востока общая величина пройденной огнем площади составляет от 2,0 до 5,5 млн. га [145, 146]. Согласно данным National Interagency Fire Center [64] в США несмотря на незначительное сокращение количества очагов возгорания, общая площадь выгорающих в год лесов за последние 20 лет увеличилась в несколько раз. Ситуация в

механизм описывает горение продуктов пиролиза лесных горючих материалов, характерных для Средиземноморского региона.
1.3. Термический анализ процессов пиролиза и горения древесины
Традиционными методами исследований физико-химических свойств и фазового состава веществ и материалов при высоких температурах являются методы термического анализа [7].
1.3.1. Методы и средства термического анализа
Существуют несколько методов и установок термического анализа, среди которых термогравиметрия (ТО), термодилатометрия (ТБ), калориметрия (ББС) и пр. Все они являются средством для [7]:
1 Определения изменений размеров и массы, температуры и энергии фазовых переходов первого и второго рода,
2)вычисления таких термодинамических параметров, как коэффициенты теплоемкости и расширения.
Но необходимо отметить, что применяются вышеперечисленные методы в большей степени для получения качественных оценок в силу их «разрушающей природы». Также большие погрешности связаны с возникновением трудностей в аттестации установок для их реализации. [35]
Изменение температуры среды приводит к изменению массы образца [27]. Исследование этой зависимости и регистрация таких изменений лежат в основе такого метода анализа, как термогравиметрия или иначе термовесового анализа [72]. Составные части установки для термовесового анализа: термовесы (для непрерывного взвешивания); печь; термопары с самописцами; оснащенные микропроцессорами программные регуляторы температуры [82].
Возможны два способа проведения термогравиметрического эксперимента:
- изотермический, при постоянной температуре печи;