Физико-математическое моделирование зажигания древесины в результате точечного источника теплового воздействия

Национальный исследовательский Томский государственный университет

В настоящее время существует множество математических моделей лесных пожаров, но только небольшая их часть учитывает вклад горящих и тлеющих частиц в распространение пожара. При этом расчёты основываются на приблизительных характеристиках, так как точных данных до сих пор не существует.

Для тестирования и верификации разрабатываемой математической модели, предложенной в статье [1], для моделирования процесса зажигания древесины горящими частицами, образовавшимися в результате горения фронта низового лесного пожара, была проведена серия экспериментов по определению вероятности воспламенения и времени зажигания образцов древесины в результате одиночной частицы, а также группы частиц. Методика проведения эксперимента и лабораторное оборудование представлены в [2].

В результате математического моделирования зажигания слоя лесных горючих материалов тлеющими сосновыми веточками, а также сравнения с результатами проведенного эксперимента установлено [3], что для инициирования процесса зажигания тлеющая частица должна обладать значительной тепловой энергией. Для частиц малых размеров, запасенного в них тепла оказывается недостаточным для инициирования пиролиза и зажигания температуры. Если размеры частицы достигают критического значения, то в прилегающей к ней области начинается процесс пиролиза. Смешение продуктов пиролиза с атмосферным кислородом приводит к вспышке, сопровождаемой резким, пикообразным ростом температуры. После выгорания газообразных продуктов пиролиза в данной области пространства режим горения сменяется режимом тления. При этом зона пиролиза распространяется во внешнюю по отношению к частице область. Если размеры частицы достаточно большие, то после зажигания слоя ЛГМ возникает режим пламенного горения в газовой фазе. 

 1.Matvienko O. V., Kasymov D. P., Filkov A. I., Daneyko O. I., Gorbatov D. A. Simulation of fuel bed ignition by wildland firebrands. International Journal of Wildland Fire (2018. Vol. 27, 550-561.https://doi.org/10.1071/WF17083).

2.Тараканова В.А., Касымов Д.П. Изучение в лабораторных условиях взаимодействия горящих и тлеющих частиц природного происхождения с плоской поверхностью различных строительных материалов из древесины //Всероссийская молодежная научная конференция «Все грани математики и механики» : сборник статей. Томск: Издательский Дом ТГУ, 2019. С. 64-76.

3.Kasymov D. P., Tarakanova V. A., Martynov P. S., Agafontsev M. V. Studying firebrands interaction with flat surface of various wood construction materials in laboratory conditions. Journal of Physics Conference Series. 11/2019; 1359:012092., DOI:10.1088/1742-6596/1359/1/012092.

Денис Петрович Касымов

• Подробнее...

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОСЛАБЛЕНИЯ ДЕТОНАЦИОННОЙ ВОЛНЫ МНОГОРЯДНОЙ РЕШЕТКОЙ В ВОДОРОДО-ВОЗДУШНОЙ СМЕСИ

Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН

В настоящее время из-за широкого применения высокоэффективных газообразных топлив для различных энергетических установок большой интерес вызывают исследования связанные с вопросами взрыво- и пожаробезопасностью, а в частности работы направленные на выявление возможности ослабления и подавления газовой детонации, ее инициирования и взаимодействия с различными препятствиями. Уже существует ряд работ, в которых изучалось подавление детонации, например инертными частицами [1]. В настоящей работе для ослабления детонации используется многорядная решетка, состоящая из прутьев круглого сечения, расположенных в шахматном порядке.

Задача решалась в плоской, симметричной постановке (рис.1). В качестве решателя использован программный комплекс ANSYS Fluent. Используемая математическая модель была ранее протестирована на задаче об инициировании наклонной детонации [2]. Кинетическая схема, включающая одну брутто-реакцию горения водорода в воздухе, была верифицирована по экспериментальным данным о временах задержки воспламенения и скорости распространения детонационной волны при различных условиях [3].

В результате расчета задачи о взаимодействии детонационной волны с цилиндрической решеткой выявлено, что используемая математическая модель, а в частности кинетический механизм химических реакций, учитывает изменение кинетики водорода в области третьего предела воспламенения водорода в воздухе. Увеличение диаметра цилиндров, при неизменной пропускной способности, приводит уменьшению дефицита скорости ДВ несмотря на возрастание длины участка канала, в котором расположено препятствие. Уменьшение геометрических параметров преграды до размеров, сопоставимых с размером детонационной ячейки смеси, приводит к возрастанию ее эффективности для ослабления детонации.

Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 20-38-90178.

1.    Tropin, D.A. and Fedorov A.V. Effect of inert micro- and nanoparticles on the parameters of detonation waves in silane/hydrogen - air mixtures // Combustion, Explosion, and Shock Waves. 2019. Vol. 55, No 2. P. 230 - 236.

2.    Bedarev I. A., Temerbekov V. M., Fedorov A. V. Simulating the regimes of oblique detonation waves arising at detonation initiation by a small-diameter projectile // Thermophysics and Aeromechanics. 2019. Vol. 26, No 1. P. 59 – 68.

3.    I.A. Bedarev, K.V. Rylova, and А.V. Fedorov. Application of Detailed and Reduced Kinetic Schemes for the Description of Detonation of Diluted Hydrogen–Air Mixtures// Combustion, Explosion, and Shock Waves. 2015. Vol. 51, No. 5, P. 528–539.

Валентин Макарович Темербеков

• Подробнее...