О некоторых аспектах динамики дисперсной воды в лесном массиве при наличии пожара


Просмотр статьи
PDF, 937,0 КБ

On some aspects of the dynamics of dispersed water in the forest in the presence of a fire

This paper presents the results of modeling the evaporation of droplets of different sizes in a heated environment and their adhesion to vegetation elements. The paper deals with issues related to extinguishing a forest fire using dispersed water. A key factor in the effectiveness of fire extinguishing is to ensure the delivery of water to the fire site and the absorption of energy due to the vaporization process. In the problem of a droplet falling in a heated medium, the forces of gravity, friction, and aerodynamic drag are taken into account. The heat exchange rate is proportional to the surface area and the quadratic polynomial of the droplet velocity. In the problem of adhesion, it is assumed that droplets do not affect the velocity field of the gas phase. Their movement is due to inertia and the effect of the force of aerodynamic drag. It is shown that the logit of the fraction of adhered droplets is close to linear with the logarithm of the size, which makes it possible to estimate the permeability of the forest for dispersed water particles. It is shown in the work that smaller droplets are unable to overcome the high temperature region, but better flow around obstacles.

numerical modeling, dispersed water, aerodynamics, gas-dispersed medium, forest fire extinguishing

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.22.4.934


Том 22, выпуск 4, 2021 год



В данной статье приводятся результаты моделирования испарения капель разного размера в нагретой среде и их налипания на элементы растительности. В работе рассматриваются вопросы, связанные с тушением лесного пожара при помощи дисперсной воды. Ключевым фактором эффективность пожаротушения является обеспечение доставки воды в очаг пожара и поглощение энергии за счёт процесса парообразования. В задаче падения капли в нагретой среде учитываются силы тяжести, трения, аэродинамического сопротивления. Интенсивность теплообмена пропорциональна площади поверхности и квадратичному полиному от скорости капли. В задаче о налипании предполагается, что капли не влияют на поле скоростей газовой фазы. Их движение обусловлено инерцией и воздействием силы аэродинамического сопротивления. Показано, что логит доли налипших капель находится в зависимости близкой к линейной с логарифмом из размера, что позволяет оценить проницаемость лесного массива для дисперсных частиц воды. В работе показано, что более мелкие капли не способны преодолевать область высоких температур, но лучше обтекают препятствия.

численное моделирование, дисперсная вода, аэродинамика, газодисперсная среда, тушение лесного пожара

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.22.4.934


Том 22, выпуск 4, 2021 год



1. Абдурагимов И.М., Говоров В.Ю., Макаров В.Е. Физико-химические основы развития и тушения пожаров // М.: ВИПТШ МВД СССР, 1980. С. 195-198.
2. Глушков Д.О., Копылов Н.П., Кропотова С.С., Кузнецов Г.В., Стрижак П.А. Локализация и подавление горения лесных материалов с применением авиации. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2020. – 337 с.
3. Satoh K., Maeda I., Kuwahara K., Yang K. A Numerical Study Of Water Dump In Aerial Fire Fighting // Fire Safety Science 8. 2005.P. 777-787. doi:10.3801/IAFSS.FSS.8-777.
4. Лощилов С.А., Маслеников Д.А., Постнов А.Д., Катаева Л.Ю. Исследование влияния интенсивности сброса воды на динамику лесного пожара // Естественные и технические науки. 2013. № 6 (68). С. 37-40.
5. Нищенков В.В., Романова Н.А., Катаева Л.Ю., Масленников Д.А., Лощилов А.А. Об оптимальной стратегии тушения лесного пожара водяной пушкой // Современные проблемы науки и образования. 2014. № 3. С. 692.
6. Kataeva L.Y., Maslennikov D.A., Loshchilova N.A. On the laws of combustion wave suppression by free water in a homogeneous porous layer of organic combustible materials // Fluid Dynamics. 2016. Vol. 51. No 3. P. 389-399.
7. Накоряков В.Е., Кузнецов Г.В., Стрижак П.А. О предельных поперечных размерах капельного облака при разрушении водяного массива в процессе падения с большой высоты // Доклады академии наук, 2017, том 475, № 2, с. 145–149. DOI: 10.7868/S0869565217020062
8. Катаева Л.Ю., Карпухин В.Б. О методе Гира численного моделирования динамических систем, описываемых жесткими обыкновенными дифференциальными уравнениями // Наука и техника транспорта, № 2. –М.:РГОТУПС, 2008.
9. Войтков И.С., Волков Р.С., Кузнецов Г.В., Стрижак П.А. Высокотемпературное испарение капель воды в газовой среде // Журнал технической физики, 2017, том 87, вып. 12. С.1911-1914.
10. Бабкин А.В. Численные методы в задачах физики быстропротекающих процессов: учебник для втузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. – 520 с.
11. Ильичева М.Н., Катаева Л.Ю. Математическое моделирование тушения лесного пожара капсулами с водой в разрушающейся оболочке // XXXII научно-практическая конференция Актуальные проблемы пожарной безопасности, ВНИИПО МЧС России. Москва, 2020. С. 380-387.