Математическое моделирование возникновения верховых и массовых лесных пожаров

• Автор: Перминов, Валерий Афанасьевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 282 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. Обзор исследований по теме диссертации
1.1. Характеристика объекта исследования
1.2. Экспериментальные исследования лесных пожаров
1.3. Обзор математических моделей лесных пожаров и результатов математического моделирования
2. ПЕРЕХОД НИЗОВОГО ЛЕСНОГО ПОЖАРА В ВЕРХОВОЙ В ДВУМЕРНОЙ ПОСТАНОВКЕ
2.1. Физико-математическая модель перехода низового лесного пожара в верховой в отсутствии ветра
2.1.1. Физико - математическая постановка задачи
2.1.2. Начальные и граничные условия
2.1.3. Локально-равновесная модель турбулентности при лесных пожарах
2.1.4. Оптические характеристики среды
2.1.5. Двухтемпературность среды
2.1.6. Анализ результатов численных расчетов
2.2. Физико-математическая модель перехода низового лесного пожара в верховой с учетом ветра
2.2.1. Физико-математическая постановка задачи
2.2.2. Анализ результатов численных расчетов
3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ВЕРХОВОГО ЛЕСНОГО ПОЖАРА В ТРЕХМЕРНОЙ
ПОСТАНОВКЕ
3.1. Физико-математическая модель

3.2. Начальные и граничные условия
3.3. Локально - равновесная модель турбулентности при лесных пожарах
3.4. Результаты численных расчетов
4. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ВЕРХОВЫХ ЛЕСНЫХ ПОЖАРОВ
4.1. Физико-математическая модель
4.2. Начальные и граничные условия
4.3. Анализ результатов численных расчетов
4.4.Математическая модель распространения радионуклидов в результате действия ветра и лесных пожаров
4.5. Результаты решения задачи о распространении радионуклидов в горизонтальной плоскости
5. ЗАЖИГАНИЕ ЛЕСНЫХ МАССИВОВ ЛУЧИСТОЙ ЭНЕРГИЕЙ
5.1.Физико-математическая модель зажигания лесных массивов лучистой энергией в осесимметричной постановке
5.1.1. Физическая постановка задачи
5.1.2. Математическая постановка задачи
5.1.3. Обсуждение результатов численных расчетов
5.2. Физико-математическая модель зажигания лесных массивов в
квазиодномерной постановке
5.2.1. Физическая и математическая постановка задачи с учетом двухтемпературности среды
5.2.2. Обсуждение результатов численных расчетов
5.2.3. Однотемнературное приближение
5.3. Зажигание лесных массивов в результате столкновительных катастроф в квазиодномерном приближении
5.3.1. Физическая постановка задачи

5.3.2. Математическая постановка задачи
5.3.3. Методика численного решения задачи
5.3.4. Обсуждение результатов численных расчетов
6. МЕТОДИКА ЧИСЛЕННОГО РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ТЕОРИИ ЛЕСНЫХ
ПОЖАРОВ
6.1 Постановка задачи и метод дискретизации
6.2. Методы решение сеточных уравнений
6.3. Алгоритм решения задачи
6.4. Численное решение тестовой задачи
6.5. Численное решение тестовой задачи в замкнутом объеме
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

объеме получить информацию о поведении функций процесса. Кроме того, в рамках данной постановки задачи невозможно получить время зажигания. Общим недостатком предложенных моделей распространения горения [76-84] является то, что для описания переноса количества движения используются упрощенные соотношения, которые недостаточно точно учитывают изменения поля скорости, вызванные влиянием очага пожара. Кроме того в указанных выше случаях среда считается однотемнературной.
В работе [84] рассматривалась математическая модель перехода низового лесного пожара в верховой, которая использует предположение о мгновенности формирования нагретой струи. Это допущение не является оправданным, так как время формирования конечно и сравнимо со временем зажигания. Впервые в работе [85] предложена математическая модель перехода низового лесного пожара в верховой с учетом двухтемпературности среды. Очаг низового пожара моделировался плоским источником массы и энергии излучающим как абсолютно черное тело конечной ширины и бесконечной длины. При этом использовалось изобарическое приближение. Допущение о изобаричности, использованное в [85], было позднее устранено в [40,86,88-90,100-103] и других работах. В этих работах дан теоретический анализ зажигания полога леса от очага низового лесного пожара на основе решения полной системы уравнений Рейнольдса для многофазной реагирующей среды.
Изучению стадии нагрева и сушки полога леса над очагом низового лесного пожара посвящена работа [87]. В предположении осевой симметрии потока, используя к~е модель турбулентности, предложено численное решение вышеуказанной задачи. При анализе математических моделей делается вывод о необходимости учета межфазного теплообмена и переноса энергии излучением. Следует отметить, что для выяснения возможности перехода низового лесного пожара в верховой необходимо также рассматривать стадию пиролиза лесных горючих материалов и воспламенение