Влияние формы и размеров очага загорания на форму контура ландшафтного пожара Текст научной статьи по специальности «Математика»

испарении 1,0 кг ацетонитрила или гексана при возникновении аварии может создаться избыточное давление больше 5 кПа, что относит такие помещения к категории (А и Б), т.е. к пожаровзрывоопасным.

Для понижения категории помещения до пожароопасного (категории В1-В4) лабораторию жидкостной хроматографии целесообразно

л

размещать в помещении с общей площадью не менее 40 м при высоте 3,0 м.

Минимальный безопасный объем помещения для лаборатории хроматографии в Центральном Черноземье и южных регионах России составит 251,0 м .

При переходе к использованию растворителей, расфасованных в тару до 0,5 л, минимальный безопасный объем помещения для аналитической

-5

лаборатории уменьшается до 103,8 м . Если при этом реализовать перевод обычной приточно-вытяжной вентиляции в лаборатории в аварийную приточно-вытяжную вентиляцию путем выполнения требований п. А.2.3 СП с кратностью воздухообмена, равной 6 ч-1, это сократит размер

-5

минимального безопасного объема помещения лаборатории до 18,6 м и фактически дать основание рассматривать помещение хроматографической аналитической лаборатории как невзрывоопасное.

Таким образом, проведенные исследования позволили решить задачу обоснования и выявления взаимосвязей характерных индивидуальных свойств растворителей, входящих в состав смесей, применяемых при хроматографии в исследовательских лабораториях.

ВЛИЯНИЕ ФОРМЫ И РАЗМЕРОВ ОЧАГА ЗАГОРАНИЯ НА ФОРМУ КОНТУРА ЛАНДШАФТНОГО ПОЖАРА

А.Я. Калиновский, доцент, к.т.н.

Национальный университет гражданской защиты Украины,

г. Харьков

Постановка проблемы. Одним из основных вопросов противопожарной охраны лесов является прогнозирование динамики распространения контура пожара по определенной территории, то есть нахождения зависимости формы и размеров контура от времени 1 Знание контура лесного (ландшафтного) пожара позволяет сделать правильный выбор методов тушения пожара [1, 2]. Известно [1-3], что контур пожара может иметь самую разнообразную форму, поскольку скорость распространения пожара зависит от большого числа различных природных факторов.

Обычно наличие лесного пожара обнаруживают через определенное время ^ после его начала. К этому времени контур пожара приобретает

некоторую форму и размеры, которую будем обозначать величиной Н0(К0, Б0, Ь0, 1о), где К0 описывает форму контура, S0 и L0 - его площадь и периметр соответственно. Именно эту величину Н0 и будем рассматривать для описания исходного очага пожара. Исходя из данного значения Н0 и используя определенные модельные предположения о динамике развития пожара, необходимо предсказать значение Н(К, S, L, ^ в любой другой момент времени 1 При этом возникает вопрос о зависимости Н от Н0 или, точнее, как влияет форма и размер очага загорания на контур Н развитого пожара.

Анализ последних исследований и публикаций. В [2] расчеты К проведены методом размещения плоских геометрических объектов с использованием предложенного авторами «единичного контура горения» (по сути годографа скорости горения [5]) в виде сшивки двух полуэллипсов. В [4] аналогичные расчеты выполнены методом имиджевой экстраполяции. Авторы [2 ,4] получают, что форма контура пожара К в каждый последующий период времени t по сути сильно зависит от формы К0, а модель [4] собственно и построена на такой зависимости. Более того, сделан вывод [4] о возможности по известному контуру К восстановить формы контуров в предыдущие моменты времени и даже предсказать место возникновения пожара. Нам представляется, что указанные выводы [2, 4] обусловлены недостаточно детальным исследованием этого вопроса, а в [4] также исключительно методом расчета К.

Постановка задачи и ее решение. Ниже нами исследована зависимость формы контура пожара и его размеров от формы и размеров исходного очага пожара. Показано, что через определенное время Т форма пожара в основных своих измерениях по сути «забывает» о форме очага загорания. Иначе говоря, величина Н (К, S, L, ^ при ^Т является приблизительно инвариантной величиной относительно Н0(К0, Б0, Ь0, 1:0).

Для исследования поведения величин Н (К, Б, L, ^ нами использована эксперементально-аналитическая модель [5], согласно которой годограф скорости распространения низового пожара имеет вид

где У0=и0 + киВ, а = ^ /VV2в + с2, х=ф + у, иВ и у сила ветра и его направление относительно полярной оси, которая совпадает с осью ОХ, ф - азимутальный угол, и0 - скорость распространения пожара при иВ=0. Параметры модели и0, кис зависят от состава и состояния горючего материала и приведены в [6]. Если у=0, то при ф=0 получаем фронтальную скорость распространения пожара У=УФР, а при ф=п - тыловую У=УТ, где УФР, Уг, а также фланговая скорость Уфл совпадают с выражениями, приведенными в [6]. Отметим, что формула (1) описывает распространение

(1)

пожара на равнинной местности, а ее справедливость подтверждена многочисленными экспериментальными исследованиями [2].

Если начальный очаг загорания имеет форму, которую можно описать выражением г0=г0(ф) при ^=0, то предполагая, что величины у, и0, к и с не зависят от ^ получаем выражение

Я(<р, г) = г0 + V (2)

для описания контура пожара в момент времени 1

В качестве исходных очагов загорания нами рассмотрены следующие плоские фигуры: окружность, квадрат и овалы Кассини. Уравнения окружности и квадрата с центром в начале координат имеют соответственно вид:

Г„(Ф) = , (3)

ф) = ^ , (4)

cos а

+

sin а

а уравнение овалов Кассини в полярной системе координат -

г0 (ф) = 4a2 cos 2а+Va4 cos2 2а - a4 + c4 , (5)

где величина So равна площади очага загорания, ю=ф+%, а угол х определяет ориентацию фигур (4) и (5) относительно полярной оси

координат. Если a >42c, то уравнение (5) описывает овал, если c<a<42c -овал с талией, если а=с - лемнискату Бернулли (в этом случае S0=2а2), если a<c - два овала. В общем случае уравнения (5) его площадь S0 вычисляется с помощью эллиптических функций.

Расчеты контуров пожара проведены нами с использованием формул (1) - (5) при следующих значениях параметров и0=0,067 м/с, к=0,0075,

с=240 м/с, трех значениях иВ=0, 3 и 6 м/с и для t от 0 до 180 мин при

2 2

S0=162 м и S0=684 м . Если очаг пожара описывался формулами (4) и (5), то в расчетах полагали %=0, п/4 и п/2, что соответствует трем различным ориентациям фигур (4) и (5) относительно направления ветра, для которого для наглядности результатов было принято у=0. Таким образом, поворот фигур (4) и (5) фактически соответствует изменению направления ветра.

На рисунках 1-5 приведены в качестве примеров наиболее интересные и характерные результаты проведенных нами исследований.

Из рисунка 1 видно, что все кривые для контуров имеют четкую овальную форму, при t>60 мин - почти эллиптическую, а в правой полуплоскости (то есть по направлению ветра) контур становится почти эллиптической формы уже при t>10 мин. Из сравнения соответствующих кривых на рис. 1б и 1в следует, что зависимость контура пожара от величины S0 является пренебрежимо малой (<5%) уже при t=30 мин, а с увеличением t величина S0 практически не влияет на контур пожара. Для очагов пожара в форме вытянутых овалов (5) расчеты приводят к кривым

контура пожара, которые с большой точностью практически совпадают с приведенными на рисунке 1 уже при 1>10 мин.

*-» 2 2 2 Рис. 1. Начальный очаг (3), а) 80=162 м , б) 80=162 м , в) Б0=684 м . кривые 1-7

соответствуют 1=1, 10, 20, 30, 60, 120, 180 мин. Расстояние по осям в метрах, иВ=3 м/с.

Внутренние контуры на рис. 1б и 1в соответствуют контурам 1-4 рис.1а

На рисунке 2 представлены результаты расчетов с очагом пожара в форме квадрата (4). Как и в предыдущем случае наиболее опасное направление распространения пожара определяет направление ветра. Поэтому естественно рассматривать и сравнивать получаемые кривые для контуров пожара в правой полуплоскости.

о

Рис. 2. Начальный очаг в форме (4), Б0=162 м , а) х=0, б) х=п/2, в) х=п/2. Остальные обозначения, как и на рис. 1

Из рисунке 2 видно, что сделанные выше выводы остаются в силе и для очага в форме (4). Из сравнения кривых на рис. 1 и 2 и расчетов для Б0=684 м следует, что форма исходного очага пожара также слабо влияет на контур пожара, а имеющиеся отличия для контуров в левой полуплоскости незначительны и не являются принципиальными.

На рисунке 3 приведены более интересные результаты расчетов для случая лемнискаты Бернулли (5). Из рисунка 3 видно, что в этом, может быть несколько экзотическом случае, «залечивание» контура пожара происходит сравнительно медленнее, чем в предыдущих случаях, и контур пожара сохраняет память о форме исходного очага пожара (в правой полуплоскости) до К30 мин. Однако, при больших временах эта память стирается, и кривые 5, 6 и 7 мало отличаются от соответствующих кривых на рисунках 1 и 2.

2

Рис. 3. Начальный очаг в форме (5) при а=с=9 м и S0=162 м , а) х= п/4, б) х=п/2, в) х=п/2. Остальные обозначения, как и на рис. 1

Результаты расчетов контура пожара для очага в форме овала с талией приведены на рисунке 4. Эту форму очага можно рассматривать как промежуточную между овалом (или кругом) и лемнискатой Бернулли. В этом случае «залечивание» контура пожара происходит очень быстро при Х=0, а при х=п/2 память об очаге пожара сохраняется вплоть до 1=30 мин.

2

Рис. 4. Начальный очаг в форме (5) при а= 11,5 м, с=12 м, и So=434 м , а) х= 0, б) Х=п/2, в) х=п/2. Остальные обозначения, как и на рис. 1

Отметим, что расчеты, аналогичные приведенным на рисунках 2-4, но при других значениях Б0, а также расчеты для овалов принципиально не меняют сделанные нами выводы.

/ { 4Д; \ \

-60 1-до -ео к Щ 40 у) 60

\ \ "40"

5в

Рис. 5. Начальный очаг в форме (5) при а=с=9 м и S0=162 м , а)иВ=6 м/с, б)иВ=0 м/с, в)иВ=0 м/с. Остальные обозначения, как и на рис. 1

Представленные выше результаты расчетов получены при иВ=3 м/с. Кривые на рисунке 5 отражают влияние К0 на К при разных значениях иВ. Из анализа кривых можно сделать следующий вывод: с увеличением иВ время «забывания» Т уменьшается, а с уменьшением иВ - увеличивается. При иВ=0 м/с память контура пожара об исходном очаге сохраняется вплоть до t=180 мин.

Таким образом, проведенный нами анализ показывает, что форма и размеры контура пожара через время t-30 мин после его обнаружения практически не зависят от формы и размеров очага загорания. Конечно, результаты расчета контура пожара при других, значительно отличающихся S0, будут другими, однако, это будет соответствовать уже более позднему времени t0 обнаружения пожара после начала возгорания. Поэтому для упрощения расчетов и сокращения времени их проведения можно ограничиться простой формой очага пожара в виде круга, а основным исходным параметром для расчетов считать его площадь S0. Отсюда, на наш взгляд, следует простой вывод, имеющий большое практическое значение. Для прогнозирования развития пожара необходимо и достаточно определять, скажем методами аэронаблюдения, именно и только площадь S0 очага пожара и не требовать при этом большой точности для величины S0.

В заключение отметим, что вопрос об определении времени «забывания» Т, а также обсуждение наличия вогнутостей на контуре пожара и их «залечивание» (рис. 3, 4) в связи с гипотезой Маркштейна предполагается провести в следующих публикациях.

Список использованной литературы

1. Доррер Г.А. Математические модели динамики лесных пожаров. М.: Лесная пром-сть, 1979. - 160 с.

2. Абрамов Ю.А. и др. Обнаружение очагов лесных пожаров и прогноз динамики их распространения. Харьков: АГЗ Украины, 2004. 145с.

3. Валендик Э.Н. Борьба с крупными лесными пожарами. - Н.: Наука, 1990. - 193с.

4. Васильев С.В., Куценко Л.Н. Компьютерные системы прогнозирования контуров выгорания при лесных пожарах. // Пожарная безопасность. Материалы VI научно-практической конференции. -Харьков, АПБУ, 2003. - С. 69-71.

5. Басманов А.Е., Созник А.П., Тарасенко А.А. Эсперементально-аналитическая модель скорости распространения низового лесного пожара. // Проблемы пожарной безопасности. Сб. научн. тр. Вып. 11. Харьков: Фолио, 2002. - С. 17-25.

6. Телицын Г.П. Зависимость скорости распространения низовых пожаров от условий погоды. // Сб. тр. ДальНИИЛХ. - 1965. Вып. 7. - С. 390-405.

АНАЛИЗ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПОЖАРНОЙ ОПАСНОСТИ ПЫЛЕЙ

А.В. Колтунчик, курсант А.Л. Буякевич, начальник кафедры Гомельский инженерный институт МЧС Республики Беларусь,

г. Гомель

Основным этапом согласно [1] при определении категории помещения по взрывопожарной и пожарной опасности является анализ показателей пожарной опасности применяемых веществ и материалов.

Рассмотрим ниже отдельно показатели пожарной опасности пыли.

Группа горючести - классификационная характеристика способности веществ и материалов к горению [1]. По горючести пыли подразделяют на три группы: негорючие (пыли, не способные к горению в воздухе), трудногорючие (способные гореть в воздухе при воздействии источника зажигания, но не способные самостоятельно гореть после его удаления), горючие (способные самовозгораться, а также возгораться при воздействии источника зажигания и самостоятельно гореть после его удаления).

На горючесть веществ и материалов влияет их физическое состояние. Так, многие металлы (алюминий, магний и др.), относятся по [2] к негорючим веществам в компактном состоянии. При переводе их в мелкодисперсное состояние, переходят в разряд горючих материалов, т.к. начинают гореть со скоростью взрыва.

При этом необходимо отметить, что [2] не рассматривает экспериментальный метод отнесения пыли к группе негорючих материалов. А метод экспериментального определения группы трудногорючих и горючих пылей применим только для оценки горючести неметаллических материалов, содержащих в своем составе более 3% массы органических веществ (т.е. для порошков металлов и дисперсных неорганических материалов неприменим).

А.Я. Корольченко [3] отметил, что горючесть аэрозолей оценивается по результатам измерения нижнего концентрационного предела распространения пламени (НКПР), т.е. при наличии НКПР аэрозоль относят к горючим, при отсутствии - к негорючим. Что противоречит [4], т.к. в соответствии с [4] горючесть определяется только для гелей.

Температура воспламенения - наименьшая температура вещества, при которой в условиях специальных испытаний вещество выделяет