+7 (800) 505-67-97

Математическое моделирование и экспериментальное исследование тепломассопереноса при воздействии высокотемпературной среды на типичный лесной горючий материал

Бесплатно
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0
Кириенко, Виктория Андреевна Научно-образовательный центр И.Н.Бутакова (НОЦ И.Н.Бутакова)
Бесплатно
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

Работа описывает основные закономерности процессов тепломассопереноса в элементе лесного горючего материала (лист берёзы повислой), находящегося под влиянием высокотемпературной среды. Приведен обзор актуальных литературных источников по данной тематике. Описаны основные методы теоретического и экспериментального исследования процессов. Сформулирована физическая и математическая модель процесса, а также описаны полученные результаты и сделаны выводы об особенностях поведения образца лесного горючего материала в высокотемпературной среде. Данные исследований могут быть применены в системах прогноза лесной пожарной опасности.

Введение ……………………………………………………………………………………………………….. 9

1. Современное состояние области исследований. ………………………………………… 12

1.1 Характеристика и классификация лесных пожаров ……………………………… 12

1.2 Существующие классификации лесных горючих материалов ……………… 15

1.3 Сушка лесных горючих материалов ……………………………………………………. 20

1.4 Пиролиз лесных горючих материалов …………………………………………………. 26

1.5 Зажигание лесных горючих материалов ………………………………………………. 34

1.6 Выводы по результатам обзора литературы ………………………………………… 41

2. Объекты и методы исследования ……………………………………………………………… 43

2.1 Объект исследования ………………………………………………………………………….. 43

2.2 Методика проведения экспериментов …………………………………………………. 44

2.3 Метод конечных разностей …………………………………………………………………. 46

3. Результаты проведенного исследования …………………………………………………… 49

3.1 Результаты экспериментального исследования по определению времени
задержки зажигания элемента ЛГМ ………………………………………………………….. 49

3.2 Математическое моделирование процессов тепломассопереноса в
элементе лесного горючего материала ……………………………………………………… 52

3.2.1 Двумерная математическая модель……………………………………………….. 52

3.2.2 Трехмерная математическая модель ……………………………………………… 61

3.2.3 Трехмерная математическая модель с учетом испарения ………………. 67

4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение …… 80

4.1 Анализ конкурентных технических решений ………………………………………. 81

4.2 SWOT-анализ ……………………………………………………………………………………… 82

4.3 Оценка готовности проекта к коммерциализации ………………………………… 85
4.4. Инициация проекта ……………………………………………………………………………. 87

4.5 Планирование управления научно-техническим проектом…………………… 90

4.6 Бюджет научного исследования ………………………………………………………….. 94

4.7 Оценка сравнительной эффективности исследования ………………………….. 98

4.8 Выводы по главе «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и
ресурсосбережение»……………………………………………………………………………….. 101

5. Социальная ответственность ………………………………………………………………….. 105

5.1 Введение …………………………………………………………………………………………… 105

5.2 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности ……. 106

5.3 Производственная безопасность ……………………………………………………….. 108

5.3.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов …………….. 109

5.3.2 Обоснование мероприятий по снижению воздействия …………………. 113

5.4 Экологическая безопасность……………………………………………………………… 116

5.5 Безопасность в чрезвычайных ситуациях …………………………………………… 117

5.6 Заключение по разделу «Социальная ответственность» …………………….. 118

Заключение ……………………………………………………………………………………………….. 119

Список публикаций студента ……………………………………………………………………… 121

Список использованных источников ………………………………………………………….. 122

ПРИЛОЖЕНИЕ А ……………………………………………………………………………………… 139

Лесные экосистемы являются наиболее важным регулятором балансов
парниковых газов, а также выполняют многие другие функции, которые
необходимы как с точки зрения сохранения целостности экосистемы планеты,
так и в контексте человеческого развития [1]. Без лесов невозможно гармоничное
существование планеты в целом. Поэтому лесные пожары – огромная опасность
для всего живого. Для обеспечения нормального дальнейшего
функционирования многих биогеоценозов и планеты в целом необходимо
проводить исследования по решению проблемы лесных пожаров.
Лесные пожары уже становятся обыденным явлениям для стран с
большими лесными массивами по всему миру. К таким странам относятся как
Россия, США, Канада, Португалия, Франция, Греция, Турция, Австралия, Тунис,
Аргентина, Бразилия [2-8].
Ущерб от лесных пожаров затрагивает многие аспекты жизни природы и
человека. Так, пожары способствуют снижению численности организмов в
экосистеме, повышению вероятности заболеваний и нападения бактерий и
насекомых. Помимо эрозии и разрушения физических и химических свойств
почвы, пожары также изменяют физиологически растительность, препятствуют
регенерации и повышают риск заболеваний и эпидемий [9]. Пожары также
влекут за собой смерти людей и прямые финансовые затраты на восстановление
инфраструктуры. По данным отчетов об убытках от пожаров за 1987-2014 года
средний ущерб может составлять величину от 4,6 до 12,3 миллионов долларов.
Однако в эту величину не входят затраты на тушение лесных пожаров и
реабилитацию пострадавших [10].
Наиболее эффективным способом борьбы с лесными пожарами является
их прогнозирование. Своевременный прогноз позволит сконцентрировать
необходимые мощности в месте предполагаемого возгорания, что позволит
предотвратить или вовремя локализовать и потушить пожар. Однако
эффективное прогнозирование невозможно без физически обоснованной
системы классификации лесных горючих материалов.
Целью данного исследования является численное и экспериментальное
моделирование процессов тепломассопереноса в элементе лесного горючего
материала при воздействии высокотемпературной среды.
Объектом исследования является лист березы. Выбор объекта
исследования обусловлен распространенностью данной лиственной породы на
территории России и других государств. Выбор именно лиственной породы
обусловлен пробелом в существующей картине знаний, касающейся
закономерностей зажигания и пиролиза лиственных образцов. Опубликованные
ранее исследования ученых в основном касались исследований образцов
древесины, веточек и хвои. Знания об особенностях тепломассопереноса в
лиственном элементе лесного горючего материала позволят получить более
полную картину процессов, происходящих с лесными горючими материалами
непосредственно перед лесным пожаром и во время него.
Предметом исследования являются процессы тепломассопереноса в
элементе лесного горючего материала (инертный прогрев, пиролиз, испарение
влаги). Личный вклад автора состоит в проведении экспериментального и
теоретического моделирования заявленных процессов. Полученная
математическая модель не имеет аналогов в литературе. Разработанный
программный продукт может быть использован в системах прогноза лесной
пожарной опасности для сценария естественного возгорания элементов ЛГМ под
воздействием высоких температур или при нахождении во фронте лесного
пожара.
Основные положения и результаты исследования докладывались и
обсуждались на научных мероприятиях и публиковались в изданиях,
индексируемых базами данных «Web of Science» и «Scopus». Исследования
проводились в рамках проектов РФФИ 16-41-700831 «Разработка технологий
мониторинга и прогнозирования лесопожарного состояния территории в
условиях грозовой активности на примере Тимирязевского лесничества Томской
области» и РФФИ 20-31-51001 Научное наставничество «Разработка гибридного

Таким образом, результаты проведенных в рамках магистерской
диссертации экспериментальных и теоретических исследований вносят свой
вклад в формирование более полной картины знаний о закономерностях
процессов, проходящих в типичном лесном горючем материале (лист берёзы
повислой) непосредственно перед и во время лесного пожара.
Анализ современных литературных источников по данной тематике
показал наличие заинтересованности ученых по всему миру в изучении как
особенностей различных лесных пожаров, так и характеристик ЛГМ,
произрастающих в различных лесных массивах.
Проведение экспериментов позволило зафиксировать особенности
закономерности зажигания листа березы. В результате был описан физико-
химический механизм процессов, происходящих с образцом при его попадании
в высокотемпературную среду. Также были определены характерные временя
задержки для различных значений температур среды. Установлено, что
полученная зависимость удовлетворительно описывается прямой.
Теоретическое исследование предполагало формулирование
математических моделей тепломассопереноса в одиночном листе берёзы. При
сценарном моделировании были получены количественные и качественные
характеристики процессов инертного прогрева, сушки и пиролиза в
рассматриваемом лесном горючем материале. Полученные результаты
позволяют анализировать температурный режим и соотношение газовой и
твердой фазы образца. Поскольку после выделения газообразных продуктов
происходит их дальнейшее смешение с окислителем (кислородом воздуха) и
нагретый образец воспламеняется, данная модель поможет в определении
количества времени процесса возгорания.
Разработанные математические модели позволяют использовать их в
системах прогноза лесных пожаров, поскольку можно получить данные и для
других лиственных ЛГМ, изменяя в модели геометрические размеры,
теплофизические параметры и параметры окружающей среды. Полученные
значения времен задержки зажигания можно также использовать в системах
прогноза, а также они могут стать основой для более фундаментальной системы
классификации лесных горючих материалов, в основе которой будут лежать
физические обоснованные подходы и которая будет более универсальной.
Список публикаций студента
1. Baranovsky N. V., Kirienko V. A. Mathematical Simulation of Heat and
Mass Transfer During Forest Fuel Pyrolysis Caused by High Temperature from Crown
Forest Fire // International Review on Modelling and Simulations. – 2020 – Vol. 13 –
№. 4. – p. 223-233. doi: 10.15866/iremos.v13i4.18841
2. Baranovsky N. V., Kirienko V. A. Mathematical simulation of forest fuel
element at the crown forest fire impact taking into account multiphase reactive media
mechanics fundamentals // International Review of Mechanical Engineering (IREME).
– 2020 – Vol. 14 – №. 8. – p. 504-515. doi: 10.15866/ireme.v14i8.19655
3. Baranovsky N. V., Kirienko V. A. Ignition of forest combustible materials
in a high-temperature medium // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. –
2020 – Vol. 93 – №. 5. – p. 1266-1271. doi: 10.1007/s10891-020-02230-4
4. Volkov R. S., Zhdanova A. O., Kirienko V. A. Water drops passing
through a forest fuel bed without its burning and during its thermal decomposition //
MATEC Web of Conferences. – 2017 – Vol. 110, Article number 01082. – p. 1-5
5. Шлегель Н. Е., Валиуллин Т. Р., Кириенко В. А. Определение
теплофизических свойств лесных горючих материалов при оценке скорости
распространения импульса тепла в толще образца [Электронный ресурс] //
Перспективы развития фундаментальных наук: сборник трудов XIV
Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Томск,
25-28 Апреля 2017. – Томск: ТПУ, 2017 – Т. 1. Физика – C. 450-452. – Режим
доступа: http://science-persp.tpu.ru/Arch/Proceedings_2017_vol_1.pdf

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Читать «Математическое моделирование и экспериментальное исследование тепломассопереноса при воздействии высокотемпературной среды на типичный лесной горючий материал»

    Последние выполненные заказы

    "Стратегия внедрения цифровых технологий в управление цепями поставок на примере ПАО "Транснефть""
    Большое спасибо автору! В установленные сроки полностью выполнен объем работы...
    Развитие образовательных комплексов города Москвы в современных социально-экономических условиях
    Работа была выполнена качественно и в установленный срок. Буду еще обращаться...
    Новое задание по государственному и муниципальному управлению
    Добрый день! Очень доволен работой, большое спасибо, что помогаете в написани...
    Особенности пересмотра судебных актов в арбитражном суде апелляционной инстанции
    Доволен работой автора
    "Наследование по закону в романо-германской и англо-саксонской правовых семьях: сравнительно-правовые аспекты"
    Хочу сказать огромное спасибо Вячеславу! Отвечал на все вопросы, вносил правк...
    Совершенствование контрольной деятельности по налогу на доходы физических лиц
    Она супер, выручила меня очень!

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Татьяна М. кандидат наук
    5 (285 отзывов)
    Специализируюсь на правовых дипломных работах, магистерских и кандидатских диссертациях
    Специализируюсь на правовых дипломных работах, магистерских и кандидатских диссертациях
    #Кандидатские #Магистерские
    495 Выполненных работ
    Юлия К. ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск 2017, Институт естественных и т...
    5 (49 отзывов)
    Образование: ЮУрГУ (НИУ), Лингвистический центр, 2016 г. - диплом переводчика с английского языка (дополнительное образование); ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск, 2017 г. - ин... Читать все
    Образование: ЮУрГУ (НИУ), Лингвистический центр, 2016 г. - диплом переводчика с английского языка (дополнительное образование); ЮУрГУ (НИУ), г. Челябинск, 2017 г. - институт естественных и точных наук, защита диплома бакалавра по направлению элементоорганической химии; СПХФУ (СПХФА), 2020 г. - кафедра химической технологии, регулирование обращения лекарственных средств на фармацевтическом рынке, защита магистерской диссертации. При выполнении заказов на связи, отвечаю на все вопросы. Индивидуальный подход к каждому. Напишите - и мы договоримся!
    #Кандидатские #Магистерские
    55 Выполненных работ
    Ольга Б. кандидат наук, доцент
    4.8 (373 отзыва)
    Работаю на сайте четвертый год. Действующий преподаватель вуза. Основные направления: микробиология, биология и медицина. Написано несколько кандидатских, магистерских... Читать все
    Работаю на сайте четвертый год. Действующий преподаватель вуза. Основные направления: микробиология, биология и медицина. Написано несколько кандидатских, магистерских диссертаций, дипломных и курсовых работ. Слежу за новинками в медицине.
    #Кандидатские #Магистерские
    566 Выполненных работ
    user1250010 Омский государственный университет, 2010, преподаватель,...
    4 (15 отзывов)
    Пишу качественные выпускные квалификационные работы и магистерские диссертации. Опыт написания работ - более восьми лет. Всегда на связи.
    Пишу качественные выпускные квалификационные работы и магистерские диссертации. Опыт написания работ - более восьми лет. Всегда на связи.
    #Кандидатские #Магистерские
    21 Выполненная работа
    Елена С. Таганрогский институт управления и экономики Таганрогский...
    4.4 (93 отзыва)
    Высшее юридическое образование, красный диплом. Более 5 лет стажа работы в суде общей юрисдикции, большой стаж в написании студенческих работ. Специализируюсь на напис... Читать все
    Высшее юридическое образование, красный диплом. Более 5 лет стажа работы в суде общей юрисдикции, большой стаж в написании студенческих работ. Специализируюсь на написании курсовых и дипломных работ, а также диссертационных исследований.
    #Кандидатские #Магистерские
    158 Выполненных работ
    Александра С.
    5 (91 отзыв)
    Красный диплом референта-аналитика информационных ресурсов, 8 лет преподавания. Опыт написания работ вплоть до докторских диссертаций. Отдельно специализируюсь на повы... Читать все
    Красный диплом референта-аналитика информационных ресурсов, 8 лет преподавания. Опыт написания работ вплоть до докторских диссертаций. Отдельно специализируюсь на повышении уникальности текста и оформлении библиографических ссылок по ГОСТу.
    #Кандидатские #Магистерские
    132 Выполненных работы
    Александр О. Спб государственный университет 1972, мат - мех, преподав...
    4.9 (66 отзывов)
    Читаю лекции и веду занятия со студентами по матанализу, линейной алгебре и теории вероятностей. Защитил кандидатскую диссертацию по качественной теории дифференциальн... Читать все
    Читаю лекции и веду занятия со студентами по матанализу, линейной алгебре и теории вероятностей. Защитил кандидатскую диссертацию по качественной теории дифференциальных уравнений. Умею быстро и четко выполнять сложные вычислительные работ
    #Кандидатские #Магистерские
    117 Выполненных работ
    Дарья П. кандидат наук, доцент
    4.9 (20 отзывов)
    Профессиональный журналист, филолог со стажем более 10 лет. Имею профильную диссертацию по специализации "Радиовещание". Подробно и серьезно разрабатываю темы научных... Читать все
    Профессиональный журналист, филолог со стажем более 10 лет. Имею профильную диссертацию по специализации "Радиовещание". Подробно и серьезно разрабатываю темы научных исследований, связанных с журналистикой, филологией и литературой
    #Кандидатские #Магистерские
    33 Выполненных работы
    Мария Б. преподаватель, кандидат наук
    5 (22 отзыва)
    Окончила специалитет по направлению "Прикладная информатика в экономике", магистратуру по направлению "Торговое дело". Защитила кандидатскую диссертацию по специальнос... Читать все
    Окончила специалитет по направлению "Прикладная информатика в экономике", магистратуру по направлению "Торговое дело". Защитила кандидатскую диссертацию по специальности "Экономика и управление народным хозяйством". Автор научных статей.
    #Кандидатские #Магистерские
    37 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

    Проектирование ТЭЦ мощностью 360 МВт в г. Томске
    📅 2020 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)
    Разработка ПГУ-ТЭЦ на базе ГТУ SGT5-4000F
    📅 2021 год
    🏢 Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ)