Тезисы докладов

XVII школа-семинар по численным методам механики вязкой жидкости

Наиболее опасной формой лесных пожаров являются верховые лесные пожары, в результате которых в атмосферу выделяется огромное количество газообразных и конденсированных продуктов горения /1/. На основе математической модели лесных пожаров дается постановка задачи о распространении верхового лесного пожара. Считается, что лес является недеформируемой двухтемпературной пористо - дисперсной реагирующей средой. Физически задача ставится следующим образом: известна скорость ветра и температура окружающей среды, геометрические, структурные и реакционные свойства полога леса, температура и геометрические характеристики очага горения. Необходимо определить поле скорости, распределение температуры, концентраций компонентов газовой и объемных долей конденсированной фаз, скорость и направление распространения лесного пожара. Исследование проводилось с помощью метода математического моделирования физических процессов и основывалось на численном решении уравнений Рейнольдса для турбулентного течения с учетом уравнений диффузии для химических компонентов и уравнений сохранения энергии для газовой и конденсированной фаз. Так как характерные размеры лесного массива в горизонтальных направлениях превышают высоту полога леса и из априорных экспериментальных данных следует, что зависимости проекций скорости, температуры, концентраций компонентов от координаты z, отсчитываемой от подстилающей поверхности слабее, чем от координат x и y, можно на основе вышеизложенного осреднить исходные характеристики по высоте полога леса. Используя аналогию процессов тепло - и массообмена, плотности конвективного теплового и диффузионного потоков можно предcтавить по закону Ньютона. Для получения дискретных аналогов использовался метод контрольного объема Патанкара. Сеточные уравнения, возникающие в процессе дискретизации, разрешались методом SIP. Согласование полей скорости и давления осуществлялось итерационным образом в рамках алгоритма SIMPLE. Использовалось расщепление по физическим процессам, то есть вначале рассчитывалась гидродинамическая картина и соответствующее распределения скалярных функций, а затем учитывались химические источники. Таким образом, на первом этапе удавалось использовать достаточно большой шаг по времени по сравнению с химическим шагом по времени, который выбирался автоматически.
В результате численного интегрирования были получены поля температур, концентраций компонентов газовой фазы, объемных долей твердой фазы, векторные поля скорости в различные моменты времени. Под воздействием очага повышенной температуры происходит воспламенение полога леса и движение образовавшегося двумерного фронта пожара по направлению ветра. Процесс перемещения зоны горения отслеживался по перемещению изотерм высокотемпературной зоны. Изучалось влияние различных внешних параметров на скорость горения и форму контура верхового лесного пожара.

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

Литература 1. Гришин А.М., Перминов В.А. Математическое моделирование состояния лесных фитоценозов в условиях природных и антропогенных катастроф. - В сб. "Математическое моделирование". Изд-во МГУ: М., 1993, С.167-185

Примечание. Тезисы докладов публикуются в авторской редакции

Ваши комментарии Обратная связь

[Головная страница] [Конференции]

© 1996-2000, Институт вычислительных технологий СО РАН, Новосибирск
© 1996-2000, Сибирское отделение Российской академии наук, Новосибирск