Влияние внешнего поля скоростей на распространение ландшафтного пожара
Курсовой проект - Безопасность жизнедеятельности
Другие курсовые по предмету Безопасность жизнедеятельности
ены полученные результаты из работы [8]
.
Рисунок 5 - Распространение огня: температура (газ) и поле векторов скорости (модельный снимок с интервалом в 1 с, на 14 и 15 секундах, скорость ветра 5 м/с)
Рисунок 6 - Изменение во времени конвекционного и радиационного теплопереноса по ходу распространения огня (скорость ветра 5 м/с).
Рисунок 7 - Изменение высоты пламени во времени (потери на излучение 60 кВт/м3) для скоростей ветра 1, 5 и 10 м/с
Рисунок 8 - Зависимость скорости распространения пожара от скорости ветра
В работе [18] численные исследования позволили выявить некоторые закономерности для разных вариантов лесополос и разных размеров частиц. На рис. 9 представлены зависимости массовой доли частиц, находящихся в расчетной области от времени. На графиках видно, как масса частиц, находящихся в расчетной области, убывает, покидая её через правую границу, оседая на землю или оседая на кронах деревьев. На рисунке представлены зависимости для рядовой посадки 12 деревьев без подлеска (рис. 9, а) и с подлеском (рис. 9, б) [18]. Можно заметить, что массовая доля больших частиц (0,5 мм; 0,7 мм; 1,0 мм) покидает расчетную область раньше, чем частицы с мелкими размерами (0,1 мм; 0,2 мм).
Рисунок 9 - Убывание массовой доли частиц разных размеров в объеме в лесополосе с рядовой посадкой деревьев: а - без подлеска, б - с подлеском; с шахматной посадкой деревьев: в - без подлеска, г - с подлеском (1 - ds = 0,1 мм; 2 - ds = 0,2 мм; 3 - ds = 0,5 мм; 4 - ds = 0,7 мм; 5 - ds = 1,0 мм)
Видно, что характер убывания массовой доли для всех частиц меняется, что говорит о разных механизмах убывания, так вначале частицы покидают расчетную область, оседая на землю, а затем оставшиеся частицы покидают расчетную область через правую границу. Для крупных частиц изменение характера зависимости слабо выражено, для мелких - в большей степени. При сравнении вариантов лесополос с подлеском и без него можно заметить, что при наличии подлеска в первые 20 секунд массовая доля мелких частиц размером 0,1 мм убывает незначительно, а затем характер зависимости резко изменяется, и масса частиц убывает быстрее. В то же время можно заметить, что время покидания расчетной области мелкими частицами при шахматной рассадке больше (рис. 11, в и 11, г) [18]. Так, при прямой рассадке в момент времени t = 60 с частицы размером 0,1 мм практически полностью покинули расчетную область, в то время как при шахматной рассадке еще остается около 10 % массовой доли частиц в объеме. Это говорит о том, что по сравнению с рядовой посадкой шахматная позволяет дополнительно снижать скорость и увеличивать время прохождения лесополосы мелкими частицами.
Метод Крупных частиц на разнесенной сетке. Уравнение газовой динамики в дивергентной форме
Для плоских течений система дифференциальных уравнений газовой динамики в дивергентной форме при покоординатной записи имеет следующий вид [14].
Уравнение неразрывности
(13)
уравнение движения
(14)
(15)
уравнение энергии
(16)
Здесь (х, у) - декартовы координаты в плоскости течения, I - время, р - плотность газа, - компоненты скорости газа, р - давление, W - плотность полной энергии, которая может быть выражена формулой
(17)
где - плотность внутренней энергии газа, - модуль вектора скорости. Система уравнений (13)-(16) представляет собой дифференциальную форму законов сохранения массы, импульса и энергии [15]. Для замыкания системы к ним необходимо добавить термодинамические соотношения, связывающие р и W.
Например, для совершенного газа они будут иметь вид [9]:
где T - температура газа, R - универсальная газовая постоянная, - теплоемкость газа при постоянном объеме. Для системы дифференциальных уравнений (13)-(16) в
некоторой области с границей S ставится начально-краевая задача. В начальный момент времени t = 0 в области решения задаются значения функций На границе S для t0 ставятся некоторые граничные условия.
Схема расщепления
Схема расщепления по физическим процессам, необходимая для реализации метода частиц-в-ячейках, вводится здесь следующим образом. Вместо системы уравнений (13)-(16) рассмотрим две системы дифференциальных уравнений [14]:
(18)
(19)
Система уравнений (18) получается из уравнений (13)-(16), если в них опустить дивергентные слагаемые плотности потоков массы, компонент импульса и энергии. С физической точки зрения, уравнения (18) описывают процесс изменения параметров газа в произвольной области течения за счет работы сил давления, действующих на границе области. В свою очередь, система (19), содержащая дивергентные слагаемые, отвечает процессу конвективного переноса газодинамических величин. Таким образом, расщепление выделяет в динамике газа два физических процесса. При этом достигается приближенная факторизация исходной системы (13)-(16) на каждом временном шаге т. Это означает, что на очередном шаге т решение системы (13)-(16) происходит в два этапа и сводится к последовательному решению систем (18) и (19). Очевидно, что система (18) соответствует эйлерову этапу, а система (19) - лагранжеву. В качестве начальных значений для эйлерового этапа берутся значения функций с предыдущего шага по времени
где f - любая неизвестная функция из системы (18), n - номер шага.
Из результатов расчета эйлерового этапа с помощью процедуры интерполяции "сетка - частицы" получают характеристики частиц для реал?/p>