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!

    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
    Яна К. ТюмГУ 2004, ГМУ, выпускник
    5 (8 отзывов)
    Помощь в написании магистерских диссертаций, курсовых, контрольных работ, рефератов, статей, повышение уникальности текста(ручной рерайт), качественно и в срок, в соот... Читать все
    Помощь в написании магистерских диссертаций, курсовых, контрольных работ, рефератов, статей, повышение уникальности текста(ручной рерайт), качественно и в срок, в соответствии с Вашими требованиями.
    #Кандидатские #Магистерские
    12 Выполненных работ
    Анна Александровна Б. Воронежский государственный университет инженерных технол...
    4.8 (30 отзывов)
    Окончила магистратуру Воронежского государственного университета в 2009 г. В 2014 г. защитила кандидатскую диссертацию. С 2010 г. преподаю в Воронежском государственно... Читать все
    Окончила магистратуру Воронежского государственного университета в 2009 г. В 2014 г. защитила кандидатскую диссертацию. С 2010 г. преподаю в Воронежском государственном университете инженерных технологий.
    #Кандидатские #Магистерские
    66 Выполненных работ
    Петр П. кандидат наук
    4.2 (25 отзывов)
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт напис... Читать все
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт написания магистерских диссертаций. Направление - связь, телекоммуникации, информационная безопасность, информационные технологии, экономика. Пишу научные статьи уровня ВАК и РИНЦ. Работаю техническим директором интернет-провайдера, имею опыт работы ведущим сотрудником отдела информационной безопасности филиала одного из крупнейших банков. Образование - высшее профессиональное (в 2006 году окончил военную Академию связи в г. Санкт-Петербурге), послевузовское профессиональное (в 2018 году окончил аспирантуру Уральского федерального университета). Защитил диссертацию на соискание степени "кандидат технических наук" в 2020 году. В качестве хобби преподаю. Дисциплины - сети ЭВМ и телекоммуникации, информационная безопасность объектов критической информационной инфраструктуры.
    #Кандидатские #Магистерские
    33 Выполненных работы
    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
    Вирсавия А. медицинский 1981, стоматологический, преподаватель, канди...
    4.5 (9 отзывов)
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - ... Читать все
    руководитель успешно защищенных диссертаций, автор около 150 работ, в активе - оппонирование, рецензирование, написание и подготовка диссертационных работ; интересы - медицина, биология, антропология, биогидродинамика
    #Кандидатские #Магистерские
    12 Выполненных работ
    Анна С. СФ ПГУ им. М.В. Ломоносова 2004, филологический, преподав...
    4.8 (9 отзывов)
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания... Читать все
    Преподаю англ язык более 10 лет, есть опыт работы в университете, школе и студии англ языка. Защитила кандидатскую диссертацию в 2009 году. Имею большой опыт написания и проверки (в качестве преподавателя) контрольных и курсовых работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    16 Выполненных работ
    Сергей Е. МГУ 2012, физический, выпускник, кандидат наук
    4.9 (5 отзывов)
    Имеется большой опыт написания творческих работ на различных порталах от эссе до кандидатских диссертаций, решения задач и выполнения лабораторных работ по любым напра... Читать все
    Имеется большой опыт написания творческих работ на различных порталах от эссе до кандидатских диссертаций, решения задач и выполнения лабораторных работ по любым направлениям физики, математики, химии и других естественных наук.
    #Кандидатские #Магистерские
    5 Выполненных работ
    Екатерина Д.
    4.8 (37 отзывов)
    Более 5 лет помогаю в написании работ от простых учебных заданий и магистерских диссертаций до реальных бизнес-планов и проектов для открытия своего дела. Имею два об... Читать все
    Более 5 лет помогаю в написании работ от простых учебных заданий и магистерских диссертаций до реальных бизнес-планов и проектов для открытия своего дела. Имею два образования: экономист-менеджер и маркетолог. Буду рада помочь и Вам.
    #Кандидатские #Магистерские
    55 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)