Влияние внешнего поля скоростей на распространение ландшафтного пожара
Курсовой проект - Безопасность жизнедеятельности
Другие курсовые по предмету Безопасность жизнедеятельности
кивающая сила для державки, V - объем державки и груза. Выталкивающие силы для прибора, державшего ветку, и для веток определялись экспериментально путём подбора такой массы грузов, при которых сила Архимеда компенсировалась бы силой тяжести. Это условие вытекает из (9) если взять скорость U = 0 в любой момент времени. При определении такой массы грузов величины выталкивающих сил фиксировались и использовались при дальнейших расчетах.
В работе [19] проводились исследования по определению коэффициента сопротивления для державки и груза с целью включения его в уравнение (9) и дальнейшего более точного нахождения коэффициента сопротивления веток . В этом случае державка опускалась в воду без веток со всеми возможными вариантами грузов. Уравнение движения при этом принимает вид [19]
(10)
Где - суммарная масса груза и державки, - объем державки и груза, - ускорение свободного падения.
Получена зависимость коэффициента сопротивления от формы грузов весом от 0,011 до 0,684 кг.
(11)
Где - масса исследуемой ветки, - плотность воздуха, - средняя скорость потока воздушной массы - выталкивающая сила для веток, - -- выталкивающая сила для державки, - коэффициент сопротивления груза и державки. Подставляя в выражение (11) в качестве U - скорость стационарного движения державки с ветками из экспериментов найдем значения для коэффициента сопротивления исследуемых кедровых веток. В качестве стационарной скорости движения использовалась средняя стационарная скорость по трем экспериментам для каждого груза.
На рис. 2 [19] представлена зависимость коэффициента сопротивления единицы массы кроны кедровой сосны в зависимости от числа Рейнольдса. Треугольниками помечены коэффициенты ?R для всей кроны, а ромбами - для кроны без хвои.
Рисунок 2 - Коэффициент сопротивления единицы массы кроны кедровой сосны в зависимости от числа Рейнольдса
По данным точкам, полученным из экспериментальных данных, при помощи метода наименьших квадратов была построена кривая, характеризующаяся следующим уравнением [19]:
(12)
Данная зависимость может быть использована при моделировании движения воздушных масс в лесных массивах, состоящих преимущественно из кедровой сосны, при значениях числа Рейнольдса в диапазоне от 62 до 1381.
Когда лесной массив полностью непроницаем к воздушному потоку, фактически вся сила ветра должна быть отклонена вверх по барьеру. При этом есть определенное количество потери кинетической энергии из-за столкновения воздушных молекул с самой преградой или с подушкой воздуха, который имеет возможность развиваться на стороне, где дует ветер. Эта подушка или концентрация давления заставляет восходящее отклонение воздушного потока иметь место на некотором расстоянии перед барьером почти таким же способом как с проницаемым препятствием. Однако, давление сзади барьера очень мало, вследствие того, что никакой ветер не может пройти через барьер, чтобы сформировать подветренную воздушную подушку. Следовательно, эффект всасывания есть, и воздушные потоки в верхней точке лесного массива оттянуты вниз, таким образом вызывая интенсивный вихрь к попутному направлению ветра. Это показывают схематически на Рис. 3 и 4. [6] Разные области вихря сзади проницаемого и непроницаемого барьера были продемонстрированы Финни.
Рисунок 3 - Распространение воздушных масс через ажурный(А) и непроницаемый (В) лесной массив
Степень защищенной области оказывает влияние в основном на степень проницаемости и высоту лесополосы или препятствия. На верхней точке дерева скорость распространяется выше препятствия и это имеет подтверждение в работах Холберга Райдер (1952) выяснил, что на высоте 2.0 м видно небольшое уменьшение скорости ветра относительно ветра открытого пространства.
Рисунок 4 - Форма защищенной области (ветер ударяет под прямым углом)
В работе [8] проводится численное моделирование распространения поверхностного пожара на кустарниках средиземноморского региона. Математическая постановка основывается на многофазном подходе, состоящем в решении уравнений сохранения (массы, момента, энергии) для спаренной модели в которую входит растительность и смесь газов. Растительность в модели представлена набором твердых частиц, свойства которых зависят от физических свойств (форма, размер, содержание влаги, пространственное распределение). Расчет используется как конвективный теплоперенос от газов к растительности, так и теплоперенос посредством излучения от частиц сажи в пламенных и тлеющих углях на топливной поверхности для составления теплового баланса, который контролирует распространение огня. В работе [8] были численные результаты, полученные для неоднородного слоя ЛГМ, состоящего из кустарников (Quercus coccifera) и травы (Brachypodium ramosum) для разных скоростей ветра в диапазоне от 1 м/с до 10 м/с, показывают наличие двух вариантов распространения огня. При слабом ветре фронт пожара практически вертикальный и распространения огня происходит за счет теплопереноса посредством излучения (доминируют языки пламени). При сильном ветре на траектории пламени сильно влияет поток газа, раскаленные газы выталкиваются на не горящую поверхность ЛГМ по ходу огня. В последнем случае конвекционный перенос тепла сначала сравнивается с переносом посредством излучения, затем становится доминирующим режимом распространения (пожар, направляемый ветром). На рис. 5,6,7,8 представл