Математическое моделирование теплового воздействия низового лесного пожара на фрагмент корневой системы дерева

Заковряшин, Дмитрий Александрович Научно-образовательный центр И.Н.Бутакова (НОЦ И.Н.Бутакова)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

В настоящей работе представлены результаты численного моделирования теплопереноса в слоистой структуре корневого ответвления при воздействии повышенной температуры от очага лесного пожара. Задача решена методом конечных разностей в цилиндрической системе координат с использованием одномерной постановки. Рассматриваются типичные времена воздействия и температуры во фронте лесного пожара. Представлены распределения температуры в системе “фрагмент корня-почва-ЛГМ-воздух”. Выявлены характер распределения температуры и глубина прогрева слоя почвы до значений опасных для корневой системы хвойного дерева.

Реферат ………………………………………………………………………………………………………………………….5
Введение ………………………………………………………………………………………………………………………..7
1. Обзорная глава…………………………………………………………………………………………………………7
2. Объект и метод исследования …………………………………………………………………………………37
3. Результаты исследования ……………………………………………………………………………………….40
3.1. Численное исследование задачи о теплопереносе в системе корень – почва – ЛГМ –
воздух в одномерной постановке …………………………………………………………………………………..40
3.2. Численное исследование задачи о теплопереносе в системе корень – почва – ЛГМ –
воздух c движением фронта пламени …………………………………………………………………………….44
3.3. Численное исследование задачи о теплопереносе в системе корень – почва – ЛГМ c
движением фронта пламени и учетом конвективного теплопереноса ……………………………..50
4. Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение …………………58
5. Социальная ответственность…………………………………………………………………………………..65
Заключение…………………………………………………………………………………………………………………..80
Список использованных источников……………………………………………………………………………..83
Приложение А………………………………………………………………………………………………………………87

Анализируя события последних десятилетий можно говорить о том, что
лесные пожары превратились из природного регулирующего фактора в
катастрофические явления, ведущие к экологическому, экономическому и
социальному ущербу. Повышенные температуры лесных пожаров оказывают
негативное влияние на лесные древостои, приводя к их повреждению и даже
гибели [1]. В настоящее время существует масса работ посвященных
прогнозированию лесной пожарной опасности на основе статистических данных
о лесных пожарах. Помимо прогнозирования лесной пожарной опасности
чрезвычайно важным является развитие вычислительных систем
геоэкологического мониторинга лесных массивов, подверженных воздействию
лесных пожаров, основанием которых должны стать физически содержательные
математические модели теплопереноса [2].

В ходе работы были созданы математические модели теплопереноса в
системах корень-почва-ЛГМ-воздух и корень-почва-ЛГМ. Данные модели могут
быть использованы для геоэкологического мониторинга лесных массивов,
позволяя оценивать потенциальный ущерб корневой системе древостоев и
прогнозировать их отпад.
В качестве объекта исследования был выбран отдельный корень сосны
сибирской, как характерного представителя флоры Сибири. Данная древесная
порода имеет поверхностную корневую систему, большая часть корней которой
расположена у поверхности и уходит вглубь до 3 метров. Этот факт, а также
наличие большого количества смол в древесине делают корневую систему сосны
сибирской чрезвычайно уязвимой для теплового воздействия низового лесного
пожара.
Численное исследование разработанных моделей проводилось при
помощи метода конечных разностей на языке высоко уровня Pascal.
В ходе численного исследования одномерной редуцированной модели
изучался процесс кондуктивного теплопереноса в системе корень-почва-ЛГМ-
воздух. Были получены распределения температуры при воздействии очага
возгорания, температурой 1073 К в различные моменты времени: 300с, 600с,
900с, 1200с. Было установлено, что смертельная для камбия температура
достигается только на глубине до 0,08 м.
В ходе численного исследования двумерной редуцированной модели
изучался процесс кондуктивного теплопереноса в системе корень-почва-ЛГМ-
воздух при движении фронта пламени низового лесного пожара. Максимальная
температура фронта пламени составляла 1073 К. В результате были получены
распределения характерные распределения температуры, анализируя которые
можно сделать следующие выводы: при скоростях движения фронта пожара,
находящихся в диапазоне от 0,1 до 0,5 м/с летальная для камбия температура 54
ºС достигается только на глубине до 0,01 м, небольшая величина глубины
прогрева имеет две причины: существенный отвод тепла слоем окружающего
воздух и коротким временем прямого воздействия очага пламени от 1 до 5 с.
В ходе численного исследования двумерной модели изучался процесс
кондуктивного и конвективного теплопереноса в системе корень-почва-ЛГМ
при движении фронта пламени низового лесного пожара. Максимальная
температура фронта пламени составляла 1073 К. В результате были получены
характерные распределения температуры при скоростях движения фронта
пламени 0,1 и 0,5 м/с и температурах окружающего воздуха 15 и 25 ºС.
Анализируя полученные распределения можно сделать вывод о том, что
скорость движения фронта пламени оказывает намного более существенное
влияние на максимальную глубину прогрева, чем температура окружающей
среды. Максимальная глубина прогрева до летальной для камбия температуры
54 ºС наблюдалась при скорости 0,1 м/с и температуре воздуха 25 ºС и составляла
0,008 м. Температура корня, расположенного на глубине 0,02 м, не превышала
32 ºС. В результате исследования также были получены зависимости
максимальной опасной глубины залегания корня, при которой возможно
достижение температуры камбия 54 ºС и повреждение корня, от скорости
движения фронта пламени пожара. Анализируя данные зависимости можно
сделать вывод том, что опасная глубина залегания начинает резко увеличиваться
при скоростях движения фронта пламени меньше 0,1 м/с. При скорости 0,01 м/с
она составляет уже 0,032 м, а при 0,001 м/с 0,072 м. Данные скорости движения
фронта пламени характерны для устойчивого низового лесного пожара,
развивающегося при средних и высоких запасах лесных горючих материалов.
Такое количество ЛГМ образовывается в местах лесозаготовки, соответственно
можно сделать вывод о том, что массивы сосны сибирской, распложенные возле
мест заготовки леса, имеют высокие шансы серьезных повреждений корневой
системы и последующего отпада в случае возникновения пожара.
Полученные данные качественно и количественно соответствуют
проведенным натурным исследованиям, приведенным в таблице 6.
Сравнивая данные исследований двумерной задачи с учетом конвекции и
без нее можно прийти к выводу о том, что конвективный теплоперенос вносит
существенный вклад в процесс теплопереноса, отводя теплоту от области
решения. Максимальная глубина прогрева до летальной температуры при
одинаковой скорости движения фронта пламени 0,1 м/с составила 10 см при
исследовании модели, не учитывающей конвективный теплоперенос, и 3,2 см
при исследовании учитывающей.
Таблица 6 – зависимость максимальной температуры почвы от типа горения
Макс. Температура, °С, при глубине почвы, см
Тип горения
0 1 2,5 5 10
Горение слабой
интенсивности для 500 75 45 40 30
сниженных запасов ЛГМ
Горение порубочных 400 – 90 70 50
остатков (средний запас)
Горение порубочных 550 90 – 75 –
остатков (большой запас)
Горение валов горючих 830 – 260 100 60
материалов или куч бревен

Данные, полученные в результате численного исследования
математических моделей теплопереноса, могут быть использованы в системах
ГИС по борьбе с лесными пожарами для прогнозирования отпада древостоев,
подверженных воздействию низового лесного пожара.

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

    Хочешь уникальную работу?

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

    Виктор В. Смоленская государственная медицинская академия 1997, Леч...
    4.7 (46 отзывов)
    Имеют опыт грамотного написания диссертационных работ по медицине, а также отдельных ее частей (литературный обзор, цели и задачи исследования, материалы и методы, выв... Читать все
    Имеют опыт грамотного написания диссертационных работ по медицине, а также отдельных ее частей (литературный обзор, цели и задачи исследования, материалы и методы, выводы).Пишу статьи в РИНЦ, ВАК.Оформление патентов от идеи до регистрации.
    #Кандидатские #Магистерские
    100 Выполненных работ
    Екатерина С. кандидат наук, доцент
    4.6 (522 отзыва)
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    #Кандидатские #Магистерские
    1077 Выполненных работ
    Олег Н. Томский политехнический университет 2000, Инженерно-эконо...
    4.7 (96 отзывов)
    Здравствуйте! Опыт написания работ более 12 лет. За это время были успешно защищены более 2 500 написанных мною магистерских диссертаций, дипломов, курсовых работ. Явл... Читать все
    Здравствуйте! Опыт написания работ более 12 лет. За это время были успешно защищены более 2 500 написанных мною магистерских диссертаций, дипломов, курсовых работ. Являюсь действующим преподавателем одного из ВУЗов.
    #Кандидатские #Магистерские
    177 Выполненных работ
    Алёна В. ВГПУ 2013, исторический, преподаватель
    4.2 (5 отзывов)
    Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическо... Читать все
    Пишу дипломы, курсовые, диссертации по праву, а также истории и педагогике. Закончила исторический факультет ВГПУ. Имею высшее историческое и дополнительное юридическое образование. В данный момент работаю преподавателем.
    #Кандидатские #Магистерские
    25 Выполненных работ
    Андрей С. Тверской государственный университет 2011, математический...
    4.7 (82 отзыва)
    Учился на мат.факе ТвГУ. Любовь к математике там привили на столько, что я, похоже, никогда не перестану этим заниматься! Сейчас работаю в IT и пытаюсь найти время на... Читать все
    Учился на мат.факе ТвГУ. Любовь к математике там привили на столько, что я, похоже, никогда не перестану этим заниматься! Сейчас работаю в IT и пытаюсь найти время на продолжение диссертационной работы... Всегда готов помочь! ;)
    #Кандидатские #Магистерские
    164 Выполненных работы
    Дмитрий Л. КНЭУ 2015, Экономики и управления, выпускник
    4.8 (2878 отзывов)
    Занимаю 1 место в рейтинге исполнителей по категориям работ "Научные статьи" и "Эссе". Пишу дипломные работы и магистерские диссертации.
    Занимаю 1 место в рейтинге исполнителей по категориям работ "Научные статьи" и "Эссе". Пишу дипломные работы и магистерские диссертации.
    #Кандидатские #Магистерские
    5125 Выполненных работ
    Анна Н. Государственный университет управления 2021, Экономика и ...
    0 (13 отзывов)
    Закончила ГУУ с отличием "Бухгалтерский учет, анализ и аудит". Выполнить разные работы: от рефератов до диссертаций. Также пишу доклады, делаю презентации, повышаю уни... Читать все
    Закончила ГУУ с отличием "Бухгалтерский учет, анализ и аудит". Выполнить разные работы: от рефератов до диссертаций. Также пишу доклады, делаю презентации, повышаю уникальности с нуля. Все работы оформляю в соответствии с ГОСТ.
    #Кандидатские #Магистерские
    0 Выполненных работ
    Егор В. кандидат наук, доцент
    5 (428 отзывов)
    Здравствуйте. Занимаюсь выполнением работ более 14 лет. Очень большой опыт. Более 400 успешно защищенных дипломов и диссертаций. Берусь только со 100% уверенностью. Ск... Читать все
    Здравствуйте. Занимаюсь выполнением работ более 14 лет. Очень большой опыт. Более 400 успешно защищенных дипломов и диссертаций. Берусь только со 100% уверенностью. Скорее всего Ваш заказ будет выполнен раньше срока.
    #Кандидатские #Магистерские
    694 Выполненных работы
    Мария М. УГНТУ 2017, ТФ, преподаватель
    5 (14 отзывов)
    Имею 3 высших образования в сфере Экологии и техносферной безопасности (бакалавриат, магистратура, аспирантура), работаю на кафедре экологии одного из опорных ВУЗов РФ... Читать все
    Имею 3 высших образования в сфере Экологии и техносферной безопасности (бакалавриат, магистратура, аспирантура), работаю на кафедре экологии одного из опорных ВУЗов РФ. Большой опыт в написании курсовых, дипломов, диссертаций.
    #Кандидатские #Магистерские
    27 Выполненных работ

    Другие учебные работы по предмету

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