Барановский Н.В.   Кузнецов Г.В.  

Математическое моделирование зажигания слоя лесных горючих материалов сфокусированным солнечным излучением

Докладчик: Барановский Н.В.

Причины возникновения лесных пожаров достаточно разнообразны [1] и могут иметь как антропогенное, так и природное происхождение. Однако, в статистических данных заметная доля пожаров фигурирует с формулировкой “причина возникновения не установлена” [1] или “по вине человека”. Причем последний вариант используется достаточно часто, если истинная причина возгорания не установлена. Например, нередко в средствах массовой информации все причины пожаров разделяют на две группы: “следствие грозовой активности” и “по вине человека”. При таком подходе к оценке причин возникновения пожаров трудно разрабатывать конкретные мероприятия по предотвращению лесных пожаров. В тоже время, согласно правилам пожарной безопасности в лесах запрещается разбрасывать стеклянные бутылки [2], так как они или их осколки могут сфокусировать солнечное излучение и вызвать возгорание ЛГМ.
Цель исследования – численное моделирование условий зажигания слоя ЛГМ в результате воздействия сфокусированного потока солнечного излучения.
Процесс воспламенения слоя ЛГМ сфокусированным потоком солнечного излучения описывается системой одномерных нестационарных нелинейных уравнений теплопроводности и диффузии с соответствующими начальными и граничными условиями. Численная реализация проведена с использованием конечно-разностного метода. Разностные аналоги одномерных уравнений теплопроводности и диффузии решены методом прогонки в сочетании с методом простой итерации.
Также проведено экспериментальное исследование процессов зажигания ЛГМ сфокусированным солнечным излучением. Концентрация солнечной энергии проводилась вогнуто-выпуклой стеклянной линзой. Определено время задержки зажигания как по экспериментальным данным, так и в результате математического моделирования. Проведен сравнительный анализ теоретических следствий и результатов эксперимента.
На основании полученных результатов можно сделать вывод о большой вероятности возгораний сухих ЛГМ при воздействии на них концентрированных потоков солнечного излучения. Причем степень концентрации энергии не очень высока и представляется вполне достижимой на практике в случае прохождения солнечного излучения не только через пустые или частично наполненные водой емкости (стеклянные банки или бутылки) или их осколки, но, возможно, и через большие капли смолы хвойных деревьев.

Литература

1. Кузнецов Г.В., Барановский Н.В. Прогноз возникновения лесных пожаров и их экологических последствий. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2009. 301 С.
2. Об утверждении Правил пожарной безопасности в лесах: постановление Правительства РФ от 30 июня 2007 г. № 417 // Пожарная безопасность. 2007. № 4.