Математическое моделирование воздействия природных пожаров на здания и сооружения

В данном исследовании создается двумерная математическая модель очага горения в лесном массиве, развивающегося во времени, тем самым подвергая тепловому воздействию рядом находящееся жилое здание. Проводятся многочисленные расчеты, на основании которых построены зависимости, по результатам получены безопасные расстояния от леса до постройки и распределения температуры на стенке здания.

ВВЕДЕНИЕ ………………………………………………………………………………………….. 17
1.ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ …………………………………………………………………. 20
1.1 Обзор литературы по изучению природных пожаров ……………………….. 20
1.1.1 Общие сведения о лесе………………………………………………………………… 20
1.1.2 Классификация природных пожаров ……………………………………………. 21
1.1.3 Мониторинг природных пожаров ………………………………………………… 22
1.1.4 Лесопожарная обстановка ……………………………………………………………. 24
1.1.5 Противопожарная профилактика лесных объектов ……………………….. 30
1.2 Математическое моделирование процессов в ЧС …………………………….. 31
1.2.1 Обзор экспериментальных исследований возникновения и развития
природных пожаров ……………………………………………………………………………. 33
2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ…………………………………………………………………. 38
2.1 Постановка задачи и метод решения……………………………………………….. 38
2.1.1 Физическая постановка задачи …………………………………………………….. 38
2.1.2. Математическая постановка задачи …………………………………………….. 39
2.1.3. Метод решения ………………………………………………………………………….. 42
2.2 Результаты и анализ численных расчетов ……………………………………….. 45
3. РАЗДЕЛ «ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ,
РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЯ» ……………….. 54
3.1 Оценка коммерческого потенциала и перспективности проведения
научных исследований с позиции ресурсоэффективности и
ресурсосбережения …………………………………………………………………………….. 54
3.1.1. Потенциальные потребители результатов исследования ……………….. 54
3.1.2 Анализ конкурентных технических решений ………………………………… 56
3.2. SWOT-анализ ……………………………………………………………………………….. 57
3.3 Определение возможных альтернатив проведения научных
исследований ……………………………………………………………………………………… 61
3.4. Инициация проекта ………………………………………………………………………. 62
3.4.1 Цели и результат проекта …………………………………………………………….. 62
3.5 Планирование проекта …………………………………………………………………… 63
3.5.1 Структура работы в рамках научного исследования………………………. 63
3.6 Бюджет научного исследования ……………………………………………………… 67
3.6.1 Расчет материальных затрат ………………………………………………………… 67
3.6.1.1 Затраты на оборудование и электроэнергию ………………………………. 68
3.6.2. Основная заработная плата …………………………………………………………. 68
3.6.3 Дополнительная заработная плата ……………………………………………….. 70
3.6.4 Отчисления на социальные нужды……………………………………………….. 71
3.6.5 Накладные расходы …………………………………………………………………….. 71
3.7 Матрица ответственности ………………………………………………………………. 73
3.8 Определение ресурсной, финансовой, бюджетной, социальной и
экономической эффективности исследования ………………………………………. 74
3.8.1 Оценка социальной эффективности исследования ………………………… 74
4. РАЗДЕЛ «СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ» ……………………………… 76
Введение в раздел ………………………………………………………………………………. 76
4.1 Производственная безопасность …………………………………………………….. 77
4.1.1 Отклонение показателей микроклимата ……………………………………….. 79
4.1.2 Загрязнение воздушной среды ……………………………………………………… 80
4.1.3 Недостаточная освещенность рабочей зоны ………………………………….. 81
4.1.3.1 Расчет искусственного освещения …………………………………………….. 82
4.1.4 Повышенный уровень шума на рабочем месте …………………………….. 85
4.1.5 Повышенная напряженность электрического поля ………………………… 86
4.2 Электробезопасность …………………………………………………………………….. 87
4.3 Пожарная безопасность …………………………………………………………………. 90
4.4 Экологическая безопасность ………………………………………………………….. 92
4.4.1 Утилизация компьютерной техники и макулатуры ……………………….. 92
4.4.2. Утилизация люминесцентных ламп …………………………………………….. 93
4.5 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ……………………………………….. 93
ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………………………… 108
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ …………………………………………………………………….. 110

В данной работе была разработана математическая модель
возникновения и распространения лесного пожара воздействующего на
здание. Проведены многочисленные расчеты, с помощью программы
Wildinte, где полученные результаты визуализированы в программе Matlab.
По результатам расчетов получены распределения полей
температуры, концентрации и скорости. Распределение температуры на
стенке здания было рассмотрено в разный момент времени и при разной
скорости ветра. Таким образом, можно сделать вывод о зажигании
рассматриваемого объекта, а также о том, как разные изменяемые величины
влияют на характер распространения пламени по лесному массиву. При
увеличении скорости ветра и высоты лесного массива увеличиваются зоны
зажигания. В заключении можно сказать, что все выше поставленные задачи
были выполнены.
СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

Дата Название мероприятия. Место прохождения. Степень участия и вид
получаемого документа.

октябрь, 1. Участие в 7ой Международной конференции школьников, студентов,
2018 аспирантов и молодых ученых «Ресурсоэффективные системы в
управлении и контроле: взгляд в будущее» г. Томск. Статья на тему:
«Математическое моделирование распространения верхового пожара на
здание».
27-28 2. Участие во «Всероссийской научно-практической конференции
ноября, магистрантов, аспирантов, молодых ученых Техносферная безопасность в
2018 XXL веке», г. Иркутск. В рамках участия была написана статья на тему
«Математическая модель воздействия лесных пожаров на здания и
сооружения».
22-24 3. ВНПК молодых ученых, аспирантов и студентов «Экология и безопасность
ноября, в техносфере: современные проблемы и пути решения», г. Юрга. В рамках
участия была написана статья на тему «Математическое моделирование
2018 воздействия лесных пожаров на здания».
март, 4. Участие во Всероссийской молодежной научной конференции студентов,
2019 аспирантов и молодых ученых «Все грани математики и механики», г.
Томск, ТГУ. Публикация статьи «Численное решение задачи о
распространении верхового лесного пожара» (Диплом III степени).

май, 2019 5. Участие в Международной научно-технической конференции студентов,
аспирантов и молодых ученых «Научная сессия ТУСУР – 2019» г. Томск,
ТУСУР. Публикация статьи «Математическое моделирование
распространения фронта лесного пожара» (Диплом III степени).

октябрь, 6. Участие в 8-ой Международной конференции школьников, студентов,
2019 аспирантов и молодых ученых «Ресурсоэффективные системы в
управлении и контроле: взгляд в будущее» г. Томск. Статья на тему:
«Математическое моделирование распространения верхового лесного
пожара».
Октябрь, 7. Участие во Всероссийской научно-практической конференции г.
2019 Махачкала. Статья на тему: «Численное решение задачи о воздействии
верхового лесного пожара на здание» (Сертификат участника)

1. Перминов В. А. Математическое моделирование возникновения верховых
и массовых лесных пожаров // Вестник Томского Государственного
Университета – 2010. – 283 с.
2. Шарагин, А. М. Влияние лесных пожаров на экологическую ситуацию
//Успехи современного естествознания. – 2011. – №7. – стр. 236-236.
3. Гришин А.М. Анализ действия лесных и степных пожаров на города и
поселки и новая детерминированно-вероятностная модель прогноза
пожарной опасности в населенных пунктах // Вестник Томского
Государственного Университета. – 2009. – №1(6). – С. 41-48.
4. ГришинA.M.,ЗятнинВ.И.,ПерминовВ.А.Экспериментальное
исследование перехода низового лесного пожара в верховой [Текст] //
ВИНИТИ – 1991. – № 982-91 – С.22.
5. Академиялеса[Электронныйресурс]/URL:
http://unattver.narod.ru/Akademia_Lesa/metod_material/monitoring_lesa.pdf,
свободный. – Загл. с экрана. – яз. рус., англ. Дата обращения: 20.02.2020 г.
6. Научно-информационныйсайт[Электронныйресурс]/URL:
http://biofile.ru/bio/8805.htm ,свободный. – Загл. с экрана. – яз. рус., англ.
Дата обращения: 25.02.2020 г.
7. Халдина Е.А. Математическое моделирование распространения лесных
пожаров с учетом противопожарных преград // Вестник науки Сибири. –
2013. – №4(10). – С. 98-103.
8. АвиалесоохранаУральскойобласти[Электронныйресурс]/URL:
http://uralaviales.ru/ свободный. – Загл. с экрана. – яз. рус., англ. Дата
обращения: 27.02.2020 г.
9. Лесные пожары: классификация, прогнозирование, организация тушения
[Электронный ресурс] / URL: http://www.wood.ru/ru/lofire.html, свободный.
– Загл. с экрана. – яз. рус., англ. Дата обращения: 27.02.2020 г.
10. Сравнительный анализ видов и методов мониторинга лесных пожаров на
территории России / Е. А. Григорец. — Текст: непосредственный //
Молодой ученый. 2015. № 8 (88). с. 379-381.
11. ИДСМ-Рослесхоз-Авиалесоохрана[Электронныйресурс]/URL:
https://aviales.ru/, свободный. – Загл. с экрана. – яз. рус., англ. Дата
обращения: 10.03.2020 г.
12. Raquel S.P Hakes, Sara E. Caton, Daniel J. Gorham , Michael J. Gollner, A.
Review of Pathways for Building Fire Spread in the Wildland Urban // Fire
Technology Journal –2016
13. Лесной дозор [Электронный ресурс] / URL: https://tomsk.sm-news.ru/lesnoy-
dozor- tomskoy-oblasti/, свободный. – Загл. с экрана. – яз. рус. Дата
обращения: 23.03.2020.
14. ИДСМ-Рослесхоз-Авиалесоохрана[Электронныйресурс]/URL:
https://aviales.ru/, свободный. – Загл. с экрана. – яз. рус., англ. Дата
обращения: 25.03.2020 г.
15. Противопожарная профилактика лесных объектов [Электронный ресурс] /
URL:https://cyberleninka.ru/article/n/protivopozharnaya-profilaktika-lesnyh-
obektov, свободный. – Загл. с экрана, яз. рус. Дата обращения: 25.03.2020 г.
16. Перечень противопожпрных мероприятий в лесах [Электронный ресурс] /
URL: https://rg.ru/2005/10/05/otpojara-dok.html свободный. – Загл. с экрана.
– яз. рус. Дата обращения: 25.03.2020 г.
17. Математическое моделирование процессов в ЧС [Электронный ресурс] /
URL:http://portal.tpu.ru:7777/SHARED/p/PERMINOV/academic/Tab2/matmod
.pdf Дата обращения: 25.03.2020 г.
18. D.D. Evans, R.G. Rehm, E.G. McPherson, Physics-Based Modelling of
Wildland-Urban Intermix Fires // Numerical Heat Transfer– 2014
19. Р. Ш. Еналеев, Ф. М. Гимранов, А. В. Каргин, В. С. Гасилов
Моделированиезажиганиядревесины//ВестникКазанского
технологического университета. – 2014. – № 5. – 131 с.
20. V. BABRAUSKAS, Ignition of Wood: A Review of the State of the Art//Fire
Science and Technology–2016
21. Зажиганиедревесинывлесах[Электронныйресурс]/URL:
https://cyberleninka.ru/article/n/modelirovanie-zazhiganiyadrevesiny/viewer,
свободный. – Загл. с экрана. – яз. рус. Дата обращения: 30.03.2020 г.
22. A. C. Fernandez-Pello, C. Lautenberger, D. Rich, C. Zak, J. Urban, R. Hadden,
S. Scott & S. Fereres (2015) Spot Fire Ignition of Natural Fuel Beds by Hot
Metal Particles, Embers, and Sparks, Combustion Science and Technology,
187:1-2, 269-295
23. Гришин А.М. Математическое моделирование лесных пожаров и новые
методы борьбы с ними//А.М. Гришин – г. Новосибирск: Наука. Сиб отд-
ние, 1992 – 408с.
24. Патанкар С.В. Численные метода решения задач теплообмена и динамики
жидкости // Энергоатомиздат, – 1984. – с.46– 89 .
25. Валендик Э.Н., Матвеев П.М., Софронов М.А. Крупные лесные пожары и
борьба с ними. М.: Наука, 2012. 198 с.
26. СанПиН 2.2.2/2.4.1340-03 Гигиенические требования к персональным
электронно-вычислительным машинам и организации работы
27. СанПиН2.2.4.548-96.Гигиеническиетребованиякмикроклимату
производственных помещений. – М.: Минздрав России, 1997. – 15 с.
28. СанПиН 2.2.4.1294-03 «Гигиенические требования к аэроионному составу
воздуха производственных и общественных помещений».
29. Гигиенические нормативы ГН 2.2.5.1313-03 Предельно допустимые
концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны.
30. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1278–03. Гигиенические требования к естественному,
искусственному и совмещённому освещению жилых и общественных
зданий. М.: Минздрав России, 2003. – 37 с.
31. ГОСТ 12.1.003-83 «ССБТ Шум. Общие требования безопасности»
32. СНиП П-12-77. «Защита от шума».
33. СН 2.2.4/2.1.8.562-96. «Шум на рабочих местах, в помещениях жилых,
общественных зданий и на территории жилой застройки».
34. ГОСТ 12.1.038-82 Система стандартов безопасности труда (ССБТ).
Электробезопасность.Предельнодопустимыезначениянапряжений
прикосновения и токов.
35. 2.2.4.1191-03 “Электромагнитные поля в производственных условиях”.
36. Методика проведения работ по комплексной утилизации вторичных
драгоценных металлов из отработанных средств вычислительной техники /
Государственный Комитет РФ по телекоммуникациям / 1999 г.
37. Федеральный закон №123 от 4 июля 2008 г. «Технический регламент о
требованиях пожарной безопасности».
38. Безопасность жизнедеятельности: практикум / Ю.В. Бородин, М.В.
Василевский, А.Г. Дашковский, О.Б. Назаренко, Ю.Ф. Свиридов, Н.А.
Чулков, Ю.М. Федорчук. — Томск: Изд-во Томского политехнического
университета, 2009. — 101 с.