Информационная система "Конференции"

Тезисы докладов

К настоящему времени разработаны детерминировано-вероятностная методика прогноза лесных пожаров с учетом грозовой активности [1], а также система прогноза грозовой пожарной опасности в лесу по спутниковым данным TOVS [2]. Функциональность таких систем может быть расширена с помощью математической модели зажигания дерева наземным грозовым разрядом. Различные породы древесины существенно отличаются по многим своим характеристикам, в том числе теплофизическим и структурным. Известно, что наиболее существенны различия между хвойной и лиственной древесиной [3]. Поэтому модель [4], разработанная для хвойных пород не может автоматически использоваться для оценки условий зажигания дерева лиственной породы наземным грозовым разрядом.

Цель исследования – создание физико-математической модели зажигания лиственного дерева наземным грозовым разрядом и определение условий его воспламенения.

Протекание электротока в стволе лиственного и хвойного деревьев различно [3]. У деревьев лиственных пород транспорт влаги осуществляется в массивной центральной части [3]. Более влажная центральная часть является в этом случае проводником электрического тока.

Рассматривается следующая физическая модель. В ствол дерева в фиксированный момент времени ударяет наземный грозовой разряд. Электрический ток наземного грозового разряда протекает по стволу. Предполагается, что в различных сечениях ствола электрический ток имеет одинаковые параметры. Считается, что испарение влаги можно описать уравнением Кнудсена-Ленгмюра [5]. Предполагается, что происходит мгновенный транспорт влаги из древесины в окружающую среду. В результате протекания электрического тока происходит разогрев древесины за счет выделения Джоулева тепла и при достижении критических тепловых потоков к поверхности зажигания и ее температуре происходит воспламенение дерева. Ствол дерева моделируется цилиндром. Рассматривается представительное сечение ствола. Математически процесс разогрева ствола дерева перед зажиганием наземным грозовым разрядом описывается системой нестационарных дифференциальных уравнений теплопроводности. В качестве критериев зажигания древесины использованы условия [6] по температуре и тепловому потоку.

Анализ результатов показывает, что в результате действия рассматриваемого наземного грозового разряда ствол дерева разогревается до температуры воспламенения (более 1000 К). Это заключение подтверждается данными наблюдений за грозами [7], где указано, что дерево может загораться. Анализ результатов, которые проиллюстрированы на рис. 3 и рис. 4, показывает, что по температурному критерию (801 К) и расчетному значению теплового потока (268 кВт/м2) условия зажигания достигаются для типичного наземного грозового разряда.

Установлены пределы зажигания ствола дерева в течение действия электрического разряда при различных напряжениях и силе тока. Установлено, что при силе тока менее 15 кА и напряжении 1 – 50 кВ не происходит зажигания в период действия наземного грозового разряда. В результате численного решения задачи о зажигании лиственного дерева наземным грозовым разрядом показана возможность его воспламенения в результате протекания электрического тока наземного грозового разряда. Полученные результаты имеют не только практическое значение, заключающееся в обосновании реальности механизма зажигания лиственного дерева наземным грозовым разрядом. Установленные закономерности являются также базой для дальнейшего развития моделей зажигания пожароопасных материалов и теории лесных пожаров. Существующие методики прогноза лесной пожарной опасности могут быть дополнены подсистемами прогноза загораемости лиственных деревьев.

Литература

1. Барановский Н.В. Модель прогноза и мониторинга лесной пожарной опасности // Экология и промышленность России. 2008. № 9. С. 59 – 61.

2. Пономарев Е.И., Иванов В.А., Коршунов Н.А. Спутниковые данные TOVS при решении задачи прогнозирования грозовой пожарной опасности в лесу // География и природные ресурсы. 2006. № 1. С. 147 – 150.

3. Эзау К. Анатомия семенных растений. Книга 1. М.: Мир, 1980. 218 С.

4. Кузнецов Г.В., Барановский Н.В. Математическое моделирование зажигания дерева хвойной породы наземным грозовым разрядом // Пожаровзрывобезопасность. 2008. T. 17. № 3. С. 41 – 45.

5. Панкратов Б.М., Полежаев Ю.В., Рудько А.К. Взаимодействие материалов с газовыми потоками / Под ред. В.С. Зуева. М.: Машиностроение, 1975. 224 С.

6. Заболотный А.Е., Заболотная М.М., Заболотная Ю.А., Тимошин В.Н. Определение зон безопасного применения твердотопливных генераторов пожаротушащих аэрозолей // Вопросы специального машиностроения. 1995. Вып. 7 – 8. С. 15 – 21.

7. Plummer F.G. Lightning in Relation to Forest Fires // Bulletin 111. USDA Forest Service. Washington, DC: Government Printing Office, 1912.

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
    Дата последней модификации: 06-Jul-2012 (11:52:45)