Конференции ИВТ СО РАН

Тезисы докладов

Математическое моделироваие

В последнее время особенно актуальна проблема прогноза лесной пожарной опасности [1]. В разных странах созданы методики такого прогноза, например в Канаде [2], Южной Европе [3], России [4]. Но существующие методики не учитывают реальный физический механизм зажигания слоя лесного горючего материала (ЛГМ) (например, особенности зажигания ЛГМ одиночной нагретой до высоких температур частицей). Поэтому целесообразно разработать методику прогноза лесопожарных возгораний, которая должна базироваться на математической постановке и задаче зажигания слоя ЛГМ, адекватной реальному механизму тепломассопереноса. Экспериментально провести такое исследование практически невозможно в связи с тем, что нельзя проконтролировать в процессе эксперимента большинство параметров (например, температура частицы, условия контакта частицы с ЛГМ, фазовое состояние металла и другие). Ранее разработана одномерная математическая модель зажигания слоя ЛГМ одиночной нагретой до высоких температур частицей.

Цель данного исследования – математическое моделирование зажигания слоя ЛГМ нагретой до высоких температур частицей в плоской постановке.

Рассматривается следующая физическая модель. На подстилающей поверхности находится слой ЛГМ, на который выпадает частица, нагретая до высоких температур. Происходит нагрев слоя ЛГМ и его термическое разложение с выделением газообразных продуктов пиролиза (например, СО). Продукты пиролиза диффундируют в воздух, содержащий окислитель – кислород и инертную компоненту – азот. В газовой фазе при определенных температурах и концентрациях реагирующих газов протекает реакция окисления газообразных горючих продуктов пиролиза и происходит газофазное зажигание смеси окислителя и горючего. Основные допущения, принятые при постановке задачи: 1) Рассматривается осесимметричная постановка. 2) Рассматриваются углеродистые (этот вариант отвечает сценарию возникновения массовых лесных пожаров в результате переноса и выбрасывания обугленных горячих веточек и остатков ЛГМ на нетронутый огнем слой ЛГМ) и стальные частицы (вариант соответствует сценарию антропогенного источника огня, например электросварки). 3) Газовая смесь принимается трехкомпонентной, содержащей окислитель (кислород), горючие компоненты (газообразные продукты пиролиза – оксид углерода) и инертные компоненты (азот, двуокись углерода). 4) Считается, что влага в ЛГМ отсутствует (допущение отвечает достаточно типичному для многих территорий сценарию катастрофической пожарной опасности).

Математическая постановка представляет собой совокупность нестационарных дифференциальных уравнений теплопроводности и диффузии с соответствующими граничными и начальными условиями. Задача решается методом конечных разностей [5]. Для решения разностных аналогов дифференциальных уравнений использовался метод прогонки в сочетании с методом итераций. Задача решается локально-одномерным методом [6]. Получены предварительные результаты. После окончательного завершения исследования плоской задачи зажигания слоя ЛГМ частицей будет представлена пространственная постановка о зажигании слоя ЛГМ нагретой частицей.

Литература
1. Доррер Г.А., Доррер М.Г., Клишта И.Н. и др. Проблемы создания региональных информационно-аналитических систем по охране лесов от пожаров. // Математическое и физическое моделирование сопряженных задач механики и экологии: Избранные доклады международной конференции. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2000. С. 133 – 159.
2. Canadian Forest Fire Danger Rating System / B.J. Stocks, M.E. Alexander, R.S. McAlpine at all. – Canadian Forestry service, 1987. – 500 p.
3. Viegas D. X., Bovio G., Ferreira A., Nosenzo A., Sol B. Comparative Study of Various Methods of Fire Danger Evaluation in Southern Europe // International Journal of Wildland Fire. 2000. Vol. 9. N 4, P. 235 – 246.
4. Барановский Н.В., Гришин А.М., Лоскутникова Т.П. Информационно-прогностическая система определения вероятности возникновения лесных пожаров // Вычислительные технологии, 2003, № 2, С. 16 – 26.
5. Самарский А.А. Теория разностных схем. – М.: Наука, 1983. С. 33 – 36.
6. Кузнецов Г.В., Шеремет М.А. Разностные методы решения задач теплопроводности: Учебное пособие. – Томск: Изд-во ТПУ, 2007. 172 С.

Примечание. Тезисы докладов публикуются в авторской редакции

Ваши комментарии Обратная связь

[Головная страница] [Конференции]

© 1996-2000, Институт вычислительных технологий СО РАН, Новосибирск
© 1996-2000, Сибирское отделение Российской академии наук, Новосибирск