ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПОТОКА ВОДЫ С ЛЕСНЫМ ПОЖАРОМ В ДВУМЕРНОЙ ПОСТАНОВКЕ В СЛУЧАЕ ПОДАЧИ ВОДЫ В ТОЧКУ, БЛИЖАЙШУЮ К ИСТОЧНИКУ Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

УДК 1

Супряткин М.Д.

Магистр кафедры экономической теории и эконометрики

Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева

(Россия, г. Нижний Новгород)

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПОТОКА ВОДЫ С ЛЕСНЫМ ПОЖАРОМ В ДВУМЕРНОЙ ПОСТАНОВКЕ В СЛУЧАЕ ПОДАЧИ ВОДЫ В ТОЧКУ, БЛИЖАЙШУЮ К ИСТОЧНИКУ

Аннотация: в данной статье рассматриваются особенности тушения пожара при помощи водяных пушек, в случае подачи воды в точку, ближайшую к источнику.

Ключевые слова: пожары, тушение, численное решение, подача воды, газодинамика

На данный момент вода до сих пор остаётся самым известным и приемлемым методом тушения пожаров. Она используется при ликвидации любого вида пожаров (верховой, низовой, почвенный). При помощи воды можно бороться с разнообразными типами и спецификами распространения пожаров. В зависимости от наличия воды, доступа к ней и возможности её подачи к источникам возгорания, процесс и результат пожаротушения коррелируется от остановки распространения горения, до его полного устранения. Помимо этого, важным фактором является выработка водяного пара, уменьшающего влияние кислорода на горение. Существенную роль так же играет способ и область подачи воды. Основываясь на перечисленных факторах, с учётом всех специфик, разрабатываются стратегии тушения.

Сделаем предположение, что для ликвидации горения в поражённом огнём участке используются водяные пушки, расположенные с заданным интервалом вдоль всего фронта пожара таким образом, что будет обеспечена эффективная интенсивность подачи воды, отнесённая к длине фронта пожара и времени.

Рассмотрим случай применения водяных пушек, расположенных в заданном диапазоне с определённым промежутком вдоль зоны пожара, обеспечивая

необходимую интенсивность подачи воды по отношению к длине зоны пожара и времени.

Различные способы подачи воды сказываются на её пространственном распределении, которое может иметь сложную форму [1-4]. В данной работе будет использован метод разброса воды по закону Гаусса. Суть метода состоит в следующем: водяная пушка ведет прицельную стрельбу с заданными координатами, тем самым обеспечивая стабильную подачу воды, определяющуюся следующим отношением:

f (x, z, t ) =

4жаг

( (x - xo(t ))2 +(z - zo(t ))2Л

4a 2

(1)

Г

Где xo(t), z0(t) - координаты точки прицеливания водяной пушки; wint - затраты водной массы на один метр фронта пожара, кг/(мс); а г, м - изотропное среднеквадратичное отклонение. С его помощью отображается дистанция разлета частиц воды от точки прицеливания, и оно зависит от свойств источника (в нашем случае - водяной пушки): возможной скорости, с которой он способен подавать воду, объёма подаваемой водной массы и т.п.

Главная особенность и ценность двумерной постановки задачи - это возможность анализировать различные варианты подачи воды. При такой постановке задачи можно осуществить выбор критического значения Тег и высоту, на которую нужно подавать воду.

Допустим, что аг = 0,5 м. Тогда эффективности пожаротушения дана характеристика и следующая взаимосвязь: чем меньше её значение, тем эффективней анализируемый алгоритм.

Известно, что во время пожара образовываются пространственные зоны, в которых температура обозначает процесс, который преобладает в этой зоне на данный момент времени: прогрев, сушка, пиролиз, газификация, догорание. Отсюда следует, что возможно определить зону поражения, задав критическое значение температуры в очаге возгорания.

Чтобы рассмотреть вопрос о температуре среды, оптимальной для подачи воды, необходимо просчитать несколько вариантов. В данной работе за основу принят

сценарий, при котором подаваемая вода будет направлена в точку, ближайшую к пушке. Принято за истину, что температура взятой точки превышает заданную.

Нужно учитывать, что при малой интенсивности подачи воды полное пожаротушение представляется невозможным. Тем не менее, малая интенсивность подачи воды позволяет значительно замедлить фронт распространения пожара.

На рис. 1 изображён ход распространения пожара при Тсг=450К, Wint=1,25кг/(м•с).

(=12

- ----- --------- - - : г г г г

^ ^ ^ ^

_ — - - - _ __

............. ..........

.......................

°0 5 10 15 20 26 30 35

х,м

Рис. 1 Ход распространения пожара при Тсг=450К, Wint=1,25кг/(м■с).

На рисунке можно увидеть динамику температур. Можно отметить, что, хотя колебания температур незначительно, скорость газовой фазы при распространении пожара в очаге значительно растет.

Для ликвидации горения, учитывая алгоритм изложенный в работе [1], при Тсг=450 К, необходимо wint=2,38 кг/(мс), где можем увидеть, что в момент 6 с, фронт пожара разорван, а скорость газовой фазы следует согласно пути расширения пожара, в основном в средней (по высоте) части полога леса.

Далее разрыв уменьшается до полной стабилизации фронта пожара и в момент 6,4с. происходит снижение скорости расширения пожара и уменьшение его энергии. В момент 6,8, происходит пожаротушение передней части пожарного фронта. Энергии, выделяемой остаточными очагами возгорания, недостаточно для поддержания распространения возгорания, компенсируя энергию, потерянную при испарении поступившей водной массы. После этого происходит постепенное, но достаточно быстрое затухание пожара.

По произведённым расчётам видно, что пожаротушение будет наиболее эффективно при Тсг=800 К., поскольку позволяет использовать меньшее количество воды ^ш=1,73 кг/(м с). В случае водоподачи в область температур существенно ниже

заданных будет необходимо повысить её интенсивность, поскольку в таких условиях придётся применить большее количество воды для охлаждения растительности, находящейся впереди пожарной кромки. Помимо этого, определённая доля энергии будет рассеивается из-за внешнего поля скоростей.

Литература:

1. Нищенков,В.В. и др. Об оптимальной стратегии тушения лесного пожара водяной пушкой / Нищенков В.В., Романова Н.А., Катаева Л.Ю., Масленников Д.А., Лощилов

A.А. //Современные проблемы науки и образования. 2014. № 3. С. 692.

2. Катаева,Л.Ю. и др О влиянии водного барьера на динамику развития лесного пожара в зависимости от рельефа местности / Катаева Л.Ю., Постнов А.Д., Лощилов С.А., Масленников Д.А. // Пожаровзрывобезопасность. 2014. Т. 23. № 1. С. 30-37.

3. Лощилов,С.А. и др Исследование влияния интенсивности сброса воды на динамику лесного пожара /Лощилов С.А., Маслеников Д.А., Постнов А.Д., Катаева Л.Ю. //Естественные и технические науки. 2013. № 6 (68). С. 37-40.

4. Белоцерковская,И.Е. и др Влияние водного барьера на динамику ландшафтных лесных пожаров /Белоцерковская И.Е., Катаева Л.Ю., Масленников Д.А., Лощилов С.А. // Естественные и технические науки. 2013. № 3 (65). С. 15-19.

5. Гришин,А.М. и др Математическое моделирование сушки слоя лесных горючих материалов / Гришин А.М., Катаева Л.Ю., Лобода Е.Л. // Вычислительные технологии. 2001. Т. 6. С. 140.

6. Гришин,А.М. и др Математическое моделирование некоторых экологических последствий природных и техногенных катастроф / Гришин А.М., Долгов А.А., Зима

B.П., Катаева Л.Ю., Субботин А.Н., Цвык Р.Ш., Цимбалюк А.Ф. // отчет о НИР № 9601-00011 (Российский фонд фундаментальных исследований) Масленников,Д.А. и др Об особенностях моделирования излучения при пожарах /Масленников Д.А., Катаева Л.Ю., Белоцерковская И.Е. // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. 2012. № 2 (95). С. 66-75.