ВЛИЯНИЕ  ИНТЕНСИВНОСТИ  СБРОСА  ВОДЫ  НА  ЭФФЕКТИВНОСТЬ  ТУШЕНИЯ  ЛЕСНОГО  ПОЖАРА

Романова  Наталья  Алексеевна

ассистент  Нижегородского  государственного  технического  университета  им.  Р.Е.  Алексеева,  РФ,  г.  Нижний  Новгород

E-mail: 

Маслеников  Дмитрий  Александрович

ассистент,  канд.  физ.-мат.  наук  Нижегородского  государственного  технического  университета  им.  Р.Е.  Алексеева,  РФ,  г.  Нижний  Новгород

E-mail: 

Белоцерковская  Ирина  Ефимовна

ассистент  Нижегородского  государственного  технического  университета  им.  Р.Е.  Алексеева,  РФ,  г.  Нижний  Новгород

E-mail: 

Катаева  Лилия  Юрьевна

д-р  физ.-мат.  наук,  профессор  Нижегородского  государственного  технического  университета  им.  Р.Е.  Алексеева,  РФ,  г.  Нижний  Новгород,  профессор  Нижегородского  Филиала  Московского  государственного  университета  путей  сообщения,  РФ,  г.  Нижний  Новгород

E-mail: 

IMPACT  INTENSITY  DISCHARGE  ON  THE  EFFICIENCY  OF  FOREST  FIRE  EXTINGUISHING

Nataly  Romanova

assistant,  Nizhny  Novgorod  State  Technical  University.  R.E.  Alekseev,  Russia  Nizhny  Novgorod

Dmitriy  Maslennikov

assistant,  PhD.  Physics  and  Mathematics  Nizhny  Novgorod  State  Technical  University.  R.E  lekseev,  Russia  Nizhny  Novgorod

Irina  Belocerkovskay

assistant,  Nizhny  Novgorod  State  Technical  University.  R.E.  Alekseev,  Russia  Nizhny  Novgorod

Liliy  Kataeva

doctor  of  Physics  and  Mathematics,  Professor,  of  Nizhny  Novgorod  State  Technical  University.  R.E.  Alekseev,  Russia  Nizhny  Novgorod

АННОТАЦИЯ

В  работе  исследуется  взаимодействия  капель  воды  с  лесным  пожаром  на  основе  математической  модели  [2],  [4],  [6].  Для  решения  дифференциальных  уравнений  в  частных  производных,  составляющих  математическую  модель,  использовалась  схема  Харлоу  [3],  [7],  [8].  Показано  влияние  интенсивности  сброса  воды  на  эффективность  его  тушения.  Количество  сбрасываемой  воды,  требуемой  для  тушения,  связано  с  очагом  пожара  и  временем  начала  сброса.

ABSTRACT

This  paper  investigates  the  interaction  of  water  droplets  with  a  forest  fire  on  the  basis  of  the  physical  model  [2],  [4],  [6].  For  solving  differential  equations  in  partial  derivatives  of  the  components  of  a  mathematical  model  was  used  scheme  Harlow  [3],  [7],  [8].  Shows  the  effect  of  rate  of  discharge  of  water  on  the  effectiveness  of  its  extinguishing.  The  number  of  discharged  water  required  for  fire,  connected  with  the  hearth  fire  and  starting  time  of  the  reset.

Ключевые  слова:  математическое  моделирование;  лесные  пожары;  тушение.

Keywords:  mathematical  modeling;  forest  fires;  extinguishing.

Основным  огнетушащим  веществом  охлаждения  является  вода,  к  её  достоинствам  относят  дешевизну  и  доступность.  Для  тушения  пожаров  на  больших  площадях  рационально  использовать  пожарные  самолеты  или  вертолеты,  а  также  возможно  искусственное  вызывание  осадков  из  облаков.  В  настоящей  работе  рассматривается  задача  о  взаимодействии  лесного  пожара  с  потоком  воды  заданной  интенсивности,  стекающей  сверху  [1],  [5].  Интенсивность  потока  определяется  высотой  водного  столба  за  единицу  времени  w_d.  Иными  словами,  через  каждое  достаточно  малое  сечение  горизонтальной  плоскости  ΔS  каждый  малый  отрезок  времени  Δt  протекает  объём  воды  равный  .  Предполагалось,  что  вода,  попавшая  в  среду  с  температурой  выше  373  К,  преобразуется  в  водяной  пар,  поглощая  необходимое  для  испарения  количество  энергии.  Если  вода  не  сталкивается  с  достаточно  нагретой  средой,  то  предполагается,  что  она  не  влияет  на  ход  пожара,  просачиваясь  в  грунт.

При  решении  были  рассмотрены  три  случая:  тушение  начинается  в  момент  зажигания  очага  (рис.  1),  через  4  секунды  после  зажигания  (рис.  2)  и  через  10  секунд  (рис.  3).  На  данных  рисунках  представлены  изотермы  на  различные  моменты  времени:  тонкая  сплошная  линия  —  1500  К,  тонкая  штриховая  —  1000  К,  —  жирная  500  К.

На  рис.  1  слева  показано,  что  контуры  высоких  температур  сжаты  несколько  сильнее  под  действием  потока  воды  с  большей  интенсивностью.  Уже  на  начальной  стадии  пожара  заметны  качественные  различия  по  профилям  температур:  в  левом  столбце  видна  область  температур  выше  1500  К  около  верхней  границы  слоя  леса  над  исходным  очагом  пожара.  На  рис.  1  в  правом  столбце  показано,  что  при  более  высокой  интенсивности  потока,  пожар  вытесняется  в  кроны  деревьев  и  полностью  гаснет.

Рисунок  1.  Распределение  температур  при  взаимодействии  пожара  с  водой,  начиная  с  момента  зажигания  очага,  w_d=0,08  мм/с  (в  первой  строке),  w_d=0,09  мм/с  (во  второй  строке):  а  —  2  с,  б  —  3  с,  в  —  4  с

На  рис.  2  видно,  что  уже  через  одну  секунду  с  момента  начала  тушения  пожара  дым  ещё  достаточно  горяч.  Далее,  газовая  фаза,  за  исключением  небольшого  факела  пламени,  охлаждается  до  температуры  ниже  500  К.  На  момент  7  секунд  в  случае  большей  интенсивности  потока,  процессы  горения  в  первую  очередь  затухают  сверху.  В  данном  случае,  остаточные  эффекты  горения  наблюдаются  лишь  в  нижней  части  слоя  леса. 

Рисунок  2.  Распределение  температур  при  взаимодействии  пожара  с  водой,  через  4  секунды  после  зажигания  очага,  w_d=0,08  мм/с  (в  первой  строке),  w_d=0,09  мм/с  (во  второй  строке):а  —  5  с,  б  —  6  с,  в  —  7  с

Рисунок  3.  Распределение  температур  при  взаимодействии  пожара  с  водой,  через  10  секунд  после  зажигания  очага,  w_d=0,07  мм/с  (в  первой  строке),  w_d=0,08  мм/с  (во  второй  строке):  а  —  11  с,  б  —  12  с,  в  —  14  с

На  рис.  3  показан  результат  сброса  воды  через  10  секунд  после  начала  лесного  пожара.  Несмотря  на  то,  что  интенсивность  сброса  воды  несколько  ниже,  уже  через  1  секунду  от  его  начала,  газовая  фаза  существенно  охлаждается.  В  правой  колонке  на  момент  14  секунд,  можно  видеть  небольшую  область  горения  около  верхней  границы  слоя  леса,  тогда  как  в  его  нижней  части  энергии  для  продолжения  пожара  недостаточно.  Таким  образом,  наглядно  показан  процесс  тушения  пожара.

В  результате  анализа  полученных  результатов  можно  сделать  вывод  о  том,  что  в  случае  сброса  недостаточного  количества  воды  её  активное  испарение  происходит  в  газовой  фазе  над  зоной  активного  горения,  в  результате  чего  процесс  горения  несколько  замедляется,  но  не  прекращается.  В  случае,  когда  воды  достаточно,  происходит  поглощение  энергии  за  счёт  процессов  испарения  не  только  в  газовой  фазе,  но  и  в  зоне  активного  горения,  что  приводит  к  её  сужению  и  затем  полному  затуханию  пожара. 

Список  литературы:

1.Белоцерковская  И.Е.  Особенности  математического  моделирования  распространения  лучистого  теплового  потока  от  очага  горения  при  лесных  пожарах  на  неоднородном  рельефе:  Дис.  …  канд.  физ.-мат.  наук.  Нижний  Новгород,  2012.

2.Катаева  Л.Ю.  Анализ  динамических  процессов  аварийных  ситуаций  природного  и  техногенного  характера:  Дис.  …  д-ра.физ.-мат.  наук.  Нижний  Новгород,  2009.

3.Катаева  Л.Ю.  О  методе  Гира  численного  моделирования  динамических  систем,  описываемых  жесткими  обыкновенными  дифференциальными  уравнениями/Л.Ю.  Катаева,  В.Б.  Карпухин  //  Наука  и  техника  транспорта.  М.:РГОТУПС,  —  2008,  —  №  1.  —  С.  57—66

4.Катаева  Л.Ю.,  Белоцерковская  И.Е.,  Масленников  Д.А.,  Куркин  А.А.  Сравнение  аналитического  и  численного  решения  математической  модели  низового  пожара  с  учетом  влияния  угла  наклона  подстилающей  поверхности  //  Пожаровзрывобезопасность.  —  2010.  —  Т.  19,  —  №  11.  —  С.  25—31.

5.Масленников  Д.А.  Особенности  математического  моделирования  распространения  лучистого  теплового  потока  от  очага  горения  при  лесных  пожарах  на  неоднородном  рельефе:  Дис.  …  канд.  физ.-мат.  наук.  Нижний  Новгород,  2012.

6.Масленников  Д.А.  Влияние  холмов  на  динамику  лесного  пожара  /  Д.А.  Масленников,  Л.Ю.  Катаева,  Н.В.  Галина  //  Успехи  современного  естествознания:  материалы  конференции  /  Пенза  —  2012.  —  №  6  —  С.  189—189.

7.Романов  A.B.,  Катаева  Л.Ю.  Метод  Патанкара  и  возможности  его  оптимизации//  Наука  и  техника  транспорта,  №  3,  2008.  М.:РГОТУПС.