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
Лес – это экологически сложная система, состоящая из множества
взаимосвязанных элементов. К этим элементам относятся живые организмы,
тесно связанные между собой, и не живые, абиотическая составляющая-вода,
почва, воздух. Каждое животное и растение, является неотъемлемой частью
лесной зоны, и входит в пищевую цепь. Лес является источником кислорода
на Земле и основой жизни для животного мира, но актуальной проблемой для
лесного фонда на текущий период является разрушительная сила огня. На
сегодняшний день леса занимают 1/3 часть суши, ранее лесные земли были
намного многочисленнее. Причины сокращения лесных массивов связаны с
тем, что леса уже давно подвергаются уничтожению, то в экономических
целях, то выгорают из-за неосторожности человека, то из-за природных
процессов. Ежегодно в России возникают десятки тысяч природных пожаров,
которые выбрасывают в атмосферу тонны продуктов сгорания и
уничтожению подвергается более 1 млн. га леса. Природные пожары несут
разрушительный характер, губят древесину, лишают почву геоботанического
покрова, приводят к ухудшению состояния прудов и водоемов, из-за
большого выброса вредных паров подрывается человеческое здоровье,
гибнут животные и растения, приводят к уничтожению жилищных построек,
гаражей, сараев, дачных участков и это только малая часть от негативного
воздействия природных пожаров [1].
Проблема распространения природных пожаров в лесных массивах
стоит на международном уровне. Так как ежегодно страдают территории
лесного фонда не только Российской Федерации, но и других стран, поэтому
выбранная тема является актуальной для рассмотрения.
Иногда природный пожар вызывают преднамеренно для борьбы с
насекомыми или болезнями деревьев, но такие пожары находятся под
контролем человека. Многие ученые считают, что после пожара повышается
плодородие почвенного состава, отсюда возрастает разнообразие видов в
экосистемах. Однако негативных моментов наблюдается больше, природные
пожары приносят огромный ущерб, представляют собой проблему для
ведения лесного хозяйства, задымленность городов, выделение 2 и
возможный переход пламени на постройки находящиеся недалеко от
границы лесного массива [2]. Поэтому необходимо вести постоянный
контроль за пожаробезопасностью лесных массивов, а при возникновении
пожара незамедлительно реагировать на его устранение. Моделирование
природных пожаров и его параметров, играет важную роль в обеспечении
безопасности но, к сожалению, ему не уделяют должного физического
внимания.
В экономической и экологической сферах, природные пожары
занимают важное место. Наносимый ими ущерб трудно оценить. Одно из
главных негативных экологических последствий это задымление и
загрязнение атмосферы, погибает флора и фауна, углекислые выбросы в
воздух усиливают парниковый эффект. После пожара требуется много
времени для восстановления земель лесного фонда, на севере страны данный
процесс занимает больше времени, чем на юге. Экономические потери тоже
довольно большие, ведь тушение пожаров требует огромных финансовых
расходов, и восстановление того, что было подвержено огню. Но так же
стороной не обходят и социальные потери, в первую очередь это гибель и
здоровье людей, как местного населения, так и спасателей и пожарных. Дым
может вызвать аллергию и дискомфорт при дыхании, поэтому сложно долгое
время находится и проживать в задымленных районах.
Основная цель диссертации – разработка математической модели
распространения верховых природных пожаров негативно воздействующих
на здания и сооружения, находящихся вблизи лесных массивов и
определение безопасных расстояний, от очага горения леса до населенного
пункта.
Следует разработать вычислительную методику для расчета модели,
чтобы определить безопасные расстояния до построек с учетом различных
метеорологических условий, а также при решении задачи учитывается
влияние ветра, размеры здания, высота лесных насаждений, параметры
природного пожара, температура, время распространения огня и другие
факторы.
Основные задачи исследования:
1. Разработать математическую и физическую постановку задачи о
распространении верхового природного пожара и его воздействии на
здания и сооружения.
2. Выполнить математическое моделирование процесса с применением
численных методов.
3. Провести численные расчеты для изучения воздействия природных
пожаров на здания.
4. Визуализировать результаты расчетов.
5. Проанализировать полученные данные.
Модель может найти свое применение в составлении прогнозов
поведения реальных природных пожаров, воздействующих на населенные
пункты, а также в разработке мероприятий для ликвидации и локализации
очага горения. Эта математическая модель предложена известным ученым
А.М. Гришиным. Решение данной задачи основано на численном решении
системы дифференциальных уравнений [3].
С помощью математического моделирования рассмотрены возможные
пути исследования, описывающее положение, в котором находится
приземный слой атмосферы и биогеоценоз [4].
1.ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
1.1 Обзор литературы по изучению природных пожаров
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.
Последние выполненные заказы
Хочешь уникальную работу?
Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!
4.9 (5 отзывов)
5 (18 отзывов)
4.3 (248 отзывов)
4.9 (66 отзывов)
5 (22 отзыва)
4.8 (211 отзывов)
4.2 (6 отзывов)
4.2 (13 отзывов)
4.5 (9 отзывов)
