Конференции ИВТ СО РАН

VI Международная конференция "Современные методы математического моделирования природных и антропогенных катастроф"

г. Красноярск, 29 октября - 2 ноября 2001 г.

Тезисы докладов

Математическое моделирование загрязнения окружающей среды радионуклидами в результате лесных пожаров

Перминов В.А.

Беловский институт(филиал) Кемеровского государственного университета (Белово)

На протяжении последних лет возрастает актуальность изучения воздействия природных и техногенных катастроф на природную среду и их экологических последствий. Для исследования такого типа сложных явлений перспективно использование понятий и методов механики сплошных многофазных реагирующих сред.

Наиболее опасными для населения Земли являются космические и техногенные катастрофы, в результате которых возникают массовые крупномасштабные пожары. Это вход и взрыв в атмосфере Земли крупного небесного тела, сопровождающийся мощным потоком излучения, взрывы ракетных топлив (включая твердые и жидкие топлива), взрывы химических продуктов, разрыв сосудов с последующим взрывом облака пара в открытом объеме, горение жидкостей в открытых резервуарах, детонация бризантных взрывчатых веществ и ядерные взрывы - все эти явления могут привести к образованию огненных шаров. Опасность огненных шаров обусловлена их высокой температурой, большими размерами и возможностью передвижения в воздушных потоках. Поэтому они могут служить источниками возгорания и воспламенять по траектории своего движения горючие материалы. Возникновение пожаров на значительных территориях, в том числе и лесных, может привести к такому явлению как огненный шторм и в дальнейшем - «ядерная зима». Данное явление может также возникнуть в результате природных катастроф (например, взрыв Тунгусского метеорита). Образование огненного шара сопровождается мощной ударной волной. Огненные шары являются достаточно горячими, что вызывает поражение тепловым излучением. При этом происходит воспламенение горючих материалов и оказывается ожоговое воздействие на человека. Повышенное внимание к данной проблеме обусловлено также воздействием больших очагов горения на приземный слой атмосферы, что сопровождается климатическими (понижение температуры среды за счет задымленности территорий вызывает гибель или более позднее вызревание сельскохозяйственных культур) и экологическими последствиями.

Другого характер экологические катастрофы могут быть вызваны аварийными ситуациями на ядерных объектах (ПО «Маяк» в Челябинской области, ЧАЭС, СХК - г.Северск Томской области и др.). В этих случаях значительная часть территорий Украины, Беларусии и России (Брянская область) оказались подверженными радиоактивному загрязнению. Значительная часть загрязненной местности покрыта лесами. С течением времени происходит миграция радиоактивных частиц из крон деревьев в подстилающую поверхность лесных массивов. Если на этих территориях возникают крупномасштабные лесных пожаров возможен перенос радионуклидов с продуктами горения, что приведет к перераспределению радиоактивного загрязнения местности и близлежащих населенных пунктов. В связи с тем, что экспериментальное изучение вышеуказанного явления является дорогостоящим и не представляется возможным проводить полное физическое моделирование, представляют интерес теоретические методы исследования.

Исследование, описанных выше явлений основывается на численном решении уравнений Рейнольдса для турбулентного течения с учетом уравнений диффузии для химических компонентов и уравнений сохранения энергии для газовой и конденсированной фаз. Для получения дискретных аналогов использовался метод контрольного объема Патанкара – Сполдинга. Сеточные уравнения, возникающие в процессе дискретизации, разрешались с помощью метода SIP. Согласование полей скорости и давления осуществлялось итерационным образом в рамках алгоритма SIMPLE.

В результате численного интегрирования были получены поля температур, концентраций компонентов газовой фазы, объемных долей твердой фазы и векторные поля скорости в различные моменты времени. Процессы возникновения и перемещения зон горения отслеживается по перемещению изотерм высокотемпературной зоны. Распространение загрязняющих примесей можно отслеживать по перемещению линий равных уровней для концентраций компонент. Метод математического моделирования позволяет изучать влияние различных внешних параметров на скорость распространения горения, форму контура пожара, изменение концентрации загрязняющих веществ.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и Администрации Томской области (код проекта: Р98Сибирь 98-01-03013).

Примечание. Тезисы докладов публикуются в авторской редакции

Ваши комментарии
Обратная связь

$\"[ICT$
[Головная страница]
[Конференции]