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>