Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Физические основы горения растительных материалов при лесных пожарах и палах

ВАК РФ 06.03.03, Лесоведение и лесоводство, лесные пожары и борьба с ними

Автореферат диссертации по теме "Физические основы горения растительных материалов при лесных пожарах и палах"

МОСКОВСКИЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи КОНЕВ Эдуард Владимирович

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГОРЕНИЯ РАСТИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПРИ ЛЕСНЫХ ПОЖАРАХ И ПАЛАХ

Специальность 06.03.03 — лесоведение и лесоводство; лесные пожары и борьба с ними

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация иа соискание ученой степени доктора технических наук

Шеек-в а —• I 0 Р 2

Работа выполнена во Всероссийском научно-псследосатсль-ском институте химизации лесного хозяйства.

Официальные оппоненты — доктор технических наук,

профессор, академик 1<АН РФ Кондауров Н. С.;

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Арцыбашев Е. С.;

доктор технических наук, профессор Доррер Г. А.

Ведущая организация — Высшая инженерная пожарно-тех-

ническая школа МВД РФ

Защита состоится « £. » . . 1995г. на засе-

дании специализированного совета Д. 053.31.03 при Московском лесотехническом институте в /0. . час. $0. . мин., ауд. 313.

Отзывы на автореферат В ДВУХ ЭКЗЕМПЛЯРАХ С ЗАВЕРЕННЫМИ ПОДПИСЯМИ просим направлять по адресу: 141001, г. Мытищи-1 Московской области, Московский лесотехнический институт. Ученому секретарю.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского лесотехнического института.

Автореферат разослан « 3. » ошфих. . . 199^ г.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент АНИСОЧКИН В. Г.

Зак. 616 Тир. 100

Поди, в печ. 23.Х1.92 г. Объем 2 п. л.

Типография Московского лесотехнического института

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИИ ...

Диссертация посвящена изучению процессов горения при лесных лонарах (палах) и разработке на основе вскрытых взаимосвязей новых инженерных и технических решений по различным направлениям борьбы с лесными поварами.

Актуальность работы вытекает из необходимости" уменьшения того огромного ущерба, который наносят лесные пояары народному хозяйству и окружающей среде. Она вытекает гакге из явно недоста -точного уровня научных исследований процессов, горения при лесных яозарах и палах.

Действительно, ущерб (прямой и косвенный) от лесных пожаров составляет ежегодно многие миллиарды.рублей, а.в отдельные гады становится катастрофическим. В РСССР, например, по данным учёта на I января 1973 года площадь гарей составляла 38,5 млн. га при потребительной стоимости I га порядка тысячи рублей. В то же время сведения о природе процессов горения при лесных поаарах отрывочны и противоречивы, а многие взаимосвязи между параметрами горения и влияющими на них факторами не изучены или изучены неполно. Низкий уровень научной проработки проблемы сдерживает поиски новых и совершенствование суцестзующих средств а способов борьбы с лесЕыив пожарами. Необходимость усиления -охрани лесов и растительного мира от пожаров отражена поэтому во многих решениях соответствующих ответственных органов. '

Основные цели данной работы: а)изучить физическую природу процессов возникновения, развития и остановки лесных локаров; б)разработать на этой основе новые более элективные технические ~ средства и способы борьбы с лесными пожарами. Ещё одной целью работы является создание;технической базы (т.е. приборов, устано- ' вок, методик) для изучения'процессов горения при лесных покарах я палах.

. -- Связь с пленами исследований. Основная часть материалов работы получена в ходе выполнения планов Государственного Комитета СССР по науке и технике (дроблена 0.53.QQ, раздел "а", 1970-1275 гг.; проблема 2.25.8.5, 1975-1980 гг. и др. - научный руководи -тедь и ответственный, исполнитель), Государственного Комитета СССР по лесу (проблема 0.53.01, раздел У1, 1979-1980 гг. - соисполнитель), СО АН СССР (тепа te 108, 1970 г. - научный руководитель), менведомственной комиссии ГКНТ СССР по разработке физико-математи-. ческой подели лесного покара (протокол 21 от 24.2.76 г. секции "Теплообмен излучением" Научного совета "Массо- и теплолеренос в технологических процессах".- председатель комиссии).

Методика исследований. При выполнении работы использован метод построения полуэмпирических физико-математических моделей, основанный на сравнении экспериментальных зависимостей меяду па-, раметрами горения и влияющими на них факторами с аналогичными зависимостями, вытекающими из анализа уравнений.тепломассопереноса._ Указанный метод, позволил обосновать ряд новых теоретических выво- , дов и положений, а также обёслечил достоверность получаемых ре -зулыатов. •

Научная новизна результатов. В диссертации ьпервые оценены значения слагаемых в уравнениях теплоыасрояереноса и зыпвлены наиболее существенные из них. По сравнению с другими исследованиями это позволило описать зависимости иекду параметрами горения и влияющими на них факторами с -большей точностью и- в более широком диапазоне, изменения факторов. Ряд закономерностей (например, мея-ду скоростями продвижения огня и ветра при верховых лесных nosa-рах) установлен впервые. Всего предложено свыше 80 новых научных, инзенеярнвх и технически решений по различным направлениям' изучения природы лесных пояаров и борьбы с ними.

. Значение для науки и практики. В работе выделены и исследованы на базе единых физических предпосылок лять основных процессов. горения (возникновение очага горения, продвижение кромки горения, распространение контура повара, сгорание горючих материалов, ос -тановка горения) и около 20 характерных случаев горения при лесных • пожарах. Соответственно разработаны обобщённая и около 20 частных физико-математических моделей указанных процессов^ Для их проверки яреддоз&ены 10 экспериментальных установок и приборов, 14 новых

методик изучения лроцессоз горения, 14 инкенерных методик расчёта свойств лесных горючих материалов. В результате был обоснован ряд нозых выводов и практических рекомендаций, било предложено такае около 20 новых разработок для внедрения в практику по узловые направлениям борьбы с лесными покарана.

С точки зрения науки вышеизложенное позволяет классифицировать совокупность полученных результатов как новое научное достижение э развитии лесной пирологии, а такзе как обобщение исследований процессов горения при лесных пожарах и палах, что можно рассматривать как реиение крупкой научной проблемы, имевшей зз~-ное.народно-хозяйственное значение. С точки зрения практики значение работы состоит з той, что внедрение предлагаемых в ней разработок позволит существенно уменьшить народно-хозяйственный ущерб от лесных пожаров (согласно оценкам по потребительной-стоимости он составляет ежегодно порядка 1-2 млрд. руб. в ценах 1990 г.).

Апробация работы. Результаты исследований были доложены и обсуздзны на ряде всесоюзных симпозиумов или конференций по процессам горения, на "Иездународном семинаре по структуре газофазных пламён" (Новосибирск, 1986),- на ряде конференций и совещаний по лесным покарай (всего более 30 .раз). .

Публикации. По материалам диссертации опубликовано свыше 70 работ. Среди них монография объёмом 13 печатных листов, брошюра объёмом 2 печатных листа, 7 публикаций з зарубежных изданиях.

. Внедрение в практику. Материалы диссертации использованы рядом учрекдений при выполнении-планов научно-исследовательских работ (ВНИИХлесхоз, ИТФ СО АН СССР, МЛТИ,. ИЛиД СО АН СССР, СибТИ, ВИПТЕ МВД СССР., НИКГКМ при ТГУ и др.), вошли в' учебники (М1ТИ, 1979; ВКПТШ МВД СССР,. 1984), Трихды экспонировались на ВДНХ СССР (огиечены дипломом и удостоверением участника), защищены 7 авторскими свидетельствами на изобретение. Ряд предлагаемых в ней разработок (оперативная система контроля попарной опасности в лесу, лесоложарный определитель, лесной порошковый огнетушитель) находятся -на стадии опытной проверки.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из оглавления (5 стр.), введения (II стр.), аестп глав (283 стр.), заключения (24 стр.), 24 таблиц (19 стр.), 47 рисунков (47 стр.),' трёх при-

логений <59 стр.). Общий объём диссертации составляет 455 страниц машинописного текста, основной текст её изложен на 241 странице . Список литературы включает 736 наименований, из них 253 -зарубежные.

Нике кратко охарактеризовано содержание основных раздели (глав) и подразделов (параграфов) диссертации.

ГЛАВА I. ЛЕСНЫЕ ПОЖАРЫ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

1. Аескые. пожары изучаются недавно возникший разделом науки - лесной пирологией (И.С. Мелехов, 1943). Объектом горения при таких покарвх является лес, а горючий иатериалом - входящие в . его состав растения, их части или отмершие остатки. По своей роли при лесных низовых пожарах лесные горючие материалы (далее ЛГМ) могут быть подразделены, в свою очередь, на классы проводников горения, подчеркивающих горение и задергшваюцих распространение горения (Н.П. Курбатский, 1970). В диссертации предложено распространить указанное деление ЛГМ- на случай верховых лесных лозаров, а класс ЛГИ, задер:кивающих распространение горения, подразделить на подклассы замедляющих и останэьдивздадос распространение горения. В эхоа случае появляется возможность более полно учесть лирологическую структуру лесных участков при борьбе с лесныш: поварами, в частности, иетодаии создания еивых задатных полос и барьеров на пути огня. ■'....

2. Предлокено| во-вторых, (си. рис. I) деление лесных пожаров по группам и видан.сгорающих ЛГИ, исходя из ботанического строения образующих их-растений. В частности, среди проводников горения выделены пять групп ЛГИ-при лесных низовых покарах.(отмершая трава, лишайники, мхи, опавшая хвоя, опавшая листва), три ■ группы ЛП1 при верховых лесных пожарах (листва, хвоя, тонкие веточки из состава древостоя), три группы 1Ш при почвенных и подземных пожарах (подстилка, торф, дернина). Благодаря этому появляется возмокность упростить регламентацию работ по борьбе с лесными пожарами, т.к. в пределах каждой из групп ЛГИ должны наблюдаться близкие закономерности горения.

3. Исходя из качественных различий в закономерностях тедло-ц.асоопереноса,-предлозено далее выделить при лесных понарах и' яалах пять основных процессов горения, а именно возникновение, очага горения в лесу, продвижение кромки горения, распрострвне-

РАСТИТЕЛЬНЫЙ ПОКРОВ

КЛАССЫ

КОМПОНЕНТОВ

Прозоднкни горения

Поддергивающие горение

Задергивавшие горение

заыед- истанав-

л 7113 ци с лив зющис

вид

ПОЖАРА

я, о

о «

д о

о «

со а.

к со

£1 я

1.0тией'1.Хвоя тая травь '."'.Лис

2.0паВ' шая хвоя З.Мхи подсохшие Лишайники 5.Опавшая листва

тья ■>. и^точ

• Ч!

.Подстилка .Торф •Дернина

1.Кустарнички

2.Травы рыхлокус-

товые

3.Валежник

Подрост 5.Подлесок

1. Напочвенный покров

2. Под -рост

3.аод -лесок

Сучья и ветки деревьев (ф>

ГРУППЫ ГОРЮЧИХ МАТЕРИАЛО;

ТГЕустар-нички (с те лвщиеся)

2. Трави плотнокус товые,стелющиеся, солесодер-нацие

3.Мхи влаяные

. Де-ревь лист-венн1а! пород

Рис.1 Растительный покр/ч как объект горения

ЛЕСНОЙ ПОЕАР

ВЕРХОВОЙ низовой ПОЧВЕННЫ (ПОДЗЕМНи )

Для кокдого

' I. ВОЗШКНОВ ЕНИЕ ОЧАГА ГОРЕНИЯ

СВ ВВ 3

X

а)источник топла

б)вид теплообмена

в)в11д хин.осакции

2.ПР0ДВИЯЕНИЕ КРОМКИ ГОРКНЛЯ

при о)слабой б)среднем г))силыюи пожаре о)беглое б)устой-чилос а)стппло-иарное б)неста -пионерное

вида покрова

5.ОСТАНОВКА ГОРЕНИЯ

факел пламени очаг тления кромка пожара

ПОТУХАНИЕ

■ГУДЕНИЕ |

внутренние факторы

внешние факторы

4. СГОРАНИЕ ЛИ!

пламенный режим беспламенный режим

частицы

а) тонкие

б)средние

в)толстые

совокупности слои ( покропи

а шихлые б)плотные

3.РАСПРОСТРАНЕНИЕ КОНТУРА ПОВАРА

по

^однородный б)иеоднород1ши участкам

при

а^стоционарних б)ностодионорных условиях

при

а)наличии

б)отсутствии препятствий

а)за!.пшутоИ линией ■

б)пятнами

в)отрезкеми

Процессы горения при лесных пожарах --^емовосплаиепенае, ВВ - вынужденное воспламенение, 3 - зажигание)

ние контура nosapa, сгорание ЛГМ, остановка горения (cu. рис. 2). Для косого из процессов могут бить выделены характерные случаи (си. р::с. 2), существенно, различающиеся по объектам и условиям горения и поэтому требуисде для своего описания разработки отдельных й;:зкко-мзтематических моделей. Из-за разнообразия условий число таких случаев горения при леоних покарах может быть довольно велико.-

В заключительной подразделе главы показано, что при. анализе процессов горения при лесных лояарах могут быть использованы следуищ:о физические предпосылки: а) ЛГМ состоят из отдельных рсстс::пй пли их частей; б) из-за полой величины критерия Био нагрев ЛГ.1 при :::: горении происходит, как правило, в регулярно!! ре-iz-.no 2-го роде; в) роль кондукдо: при низозых и верховых лесrrttx погарзх пренебрегло цела.Они позволяют перейти от уравнений тепломэсссперспсса с сопряжёнными граничными условиями к уравнения:! с внутренний«: источниками тепла при граничных условиях 2-го рода •/. том самым резко упростить их решение. Там яе приведены урезколил тспломгссопероноса, сформулированные с учётом этого обстоятельства для твёрдой и газовой фаз очага горения ЛИ по отдельноо гл. Уравнения получены путей обобщения полуэипиричосхпх сгцзнко-изтематических моделей, разработанных в главах 2-6. 3 них учтены поэтому лишь те слагаемые, которые необходимы длл адекватного описания характерных случаез горения при лесных лояарах.

ГЛАВА 2. ВОЗНИКНОВЕНИЕ ОЧАГА ГОРЕНИЯ

. I. Из обгора литературы следует, что несмотря на значительное число публикаций изучение процесса возникновения очага горения в лесу находится на начальной стадии. Как правило, исследования пос-зяцены анализу, отдельных сторон этого процесса, т.е. ииеют отрывочный характер. Закономерности тепломассообмена, влияние на про- . цесс свойств ЛГИ, а тзкке движения среды не исследованы или исследованы неполно. В результате определяйте взаимосвязи процесса не выявлены, а способы эффективного управления им отсутствуют.

2. Термографические и другие исследования ЛП.1 были выполнены с целью изучения характерных особенностей'нагрева ЛГМ в ходе их воспламенения. Из полученных даннпх вытекает, что процесс возникновения очага горения является многостадийный. В твёрдой фазе могут быть выделены стадии нагрева влажного ЛШ.суски, нагрев а сухого

ЛГМ, газификации, нагрева углеродистого остатка и его воспламене -ния, а в газовой фазе - стадии формирования реагирующей дымо-газо-вой смеси и её восплаыевения. В целом процесс может б^ть подраз -делён на два качественно различных по физическому смыслу этапа: I) нагрев ЛМ до температуры его разложения, 2) воспламенение реакционно-способных продуктов разложения в результате экзотермических реакций их с кислородом воздуха.

3. Этап ¡вагрева Jlltö проанализирован далее с учётомтого, что ЛГМ состоят из отдельных растений или их частей. Соответственно урзв -нен^я теплового и материального баланса имеют следующий вид:

при начальных условиях t(0) = tnotj'CO) ~ fo-

Здесь j)0,ji,c- начальная плотность ЛГЫ, их текущая плотность и теплоёмкость соответственно, Rt;- отношение объёма частицы ЛП1 ■ к её поверхности,t- средняя по сечению температура частицы,т -время, oi - коэффициент конвективного теплообмена, tc - температура окружающей среды, tno и tn- начальная и текущая температура поверхности частицы соответственно, би- теплота испарения адсорбированной влаги, jn- поток испаряющейся влаги, ß - степень черноты частицы, Sji/S ~ относительная поверхность облучения частицы, (¡¡.ли<£и- пос -тупаэдий в частицу и излучаемый ею поток радиации соответственно, Q; и Wxi~ тепловой эффект и скорость реакций разложения ЛГИ соот -ветственяо.

Затем проведен анализ уравнений (1),(2) для отдельных стадий с учётом того, что а) сушка ЛГЫ при их быстром нагреве протекает в режиме фильтрации паров воды через поры (т.к. при t<I00°C коэффи- ' циент диффузии влаги пренебрежимо мал, а при t>IOO°C давление па-ро^ воды внутри частиц ЛИ! превышает атмосферное); б)в)^- = = т.к. величина критерия ßiji 1;гХ!Эксинзльн8я скорость газификации ЛИ соответствует температуре их почернения Тп и может быть найдена из условия 0.

Последнее условиегпри постоянной скорости нагрева частиц ЛГМ 8 - приводит после дифференцирования (2) к следующему соотно -вению между температурой разложения Тд и темпом нагрева ЛГИ

e~Bi/*r'' = $> (3)

58S988EO, что расчёты с его помощью величины Та при известных

для древесины значениях предэкспоненто 2t= и Е{= 23fiu^

находятся в хорошем согласии с результатами соответствующих измерений (к500К для. условий термографиловвния, î=7I0rC для условий горения ЛГЛ).

Путём анализа' отдельных стадий и этапа нагрева в целом показано тзюхе, что а) наиболее продолжительными (следовательно, опреде -лявщим::) являются стадии сушки и инертного нагрева ЛГМ; Б) продол -яительнесть стадия сушки сильно зависит от влагосодержания ЛГМ; в) расчёты продолжительности стадии инертного нагрева ЛГМ (хвои сосны) находятся в качественном и количественно« согласии с соответствуй -щит: литературными данными; г) воспламенение ЛП.1 может происходить л:мь при условии, что теплого;', импульс от источника нагрева доста -точен дли иэгрева ЛП.1 до температуры его разложения, а масса нагреваемых частиц ЛГО соответственно не превышает критическую для данного источника нагрева.

При анализе этапа воспламенения ЛГИ рассмотрены случаи возникновения пламенного и беспламенного горения ЛШ при их нагреве конвекцией и/или излучением при чалой или большой скорости выделе -ния из них горючих газоз. Для расчетов использовали тепловую теорию взрыва H.H. Семёнова, согласно котооой в момент воспламенения

где - теплоприход в зону химических реакций, Ф_ - теплоотвод из ней, Т - температура в зоне химических реакций. Это позволило получить зависимости параметров источника нагрева (температура оттекаю-щихУгазов, излучаемый лоток и т.п.), при которых происходит воспламенение, от свойств Л Г.! и окружающей ЛИ среды.

При анализе возникновения пламени учтено, в частности, что тепловая инерционность газовой фазы иола по сравнению с таковой для твёрдо." ¿аз;, (это позволяет рассчитывать температуру газовой фазы в квазистационарном приближении и с использованием модели приведенной пленки) :: что температура на поверхности твёрдой фазы в момент воспламенения дол/ша бить близка к температуре её почернения Тд (это резко упрощает решение задачи). Пз соотношения (4) для случая нагре-Ез .'П.! горпч;::.- воздухон при малой скорости газовыделения и простой химической реакции в гэзоео.'"; фазе гнтекает тогда следующее соотноие-н::е для tcvüорзтурь; гопячего воздуха в момент воспламенения т s I? '7о f 2 R Х-2 ö'f2 fi \

„ п E'iRfn яёг^Пбг). . <5> :

Здесь и - тепловоз з<;.[ект реокапк з газовой .¡азе, А - коэффициент

теплопроводности последней, Тг- средняя температуре горячего воздуха в диапазоне изменения условий воспламенения, Е - энергия активации, Л - лредэкслонеят, 6 ~ характерный размер частицы.

Из соотношения (5) следует* что величина Т7^ должна линейно зависеть от энергии активации Е и слабо-логарифмически от других, влияющих на воспламенение, факторов. Аналогичного вида зависимости получены затем для ряда других из перечисленных выше случаев вое -пламенения. Отмечено также, что при беспламенном воспламенении обугленных частиц ЛГМ реакции взаимодействия углерода с кислородом воздуха протекают во внутренней кинетической области со значительным выделением тепла. По указанным причинам температура их воспламенения является доеольно низкой (£ ТП), а тление естественных частиц ЛГМ должно возникать сразу после их разложения с образованием обугленного остатка.

5. Б конце главы ," обсунден ряд особенностей возникновения очага горения в лесу. Отмечено, в частности, что в) температура воспламенения горючих газов при нагреве покрова в лесу должна быть меньше, чем при нагреве составляющих его частиц,из-за увеличения, и; объёма; б) вследствие большой величины теплового импульса типичных источников нагрева пожарная опасность в лссу должна определяться наличием таких источников и способностью напочвенного покрова поддерживать горенке; в) воспламенение растительного покрова станозит' ся невозможным лишь при отсутствии условий для разложения ЛП» с ВЫ' делением горючих, соединений; г) воздействовать на процесс возникно' вения очага горения в лесу можно как через факторы, влияющие на пр цесс нагрева ЛШ (например, путём покрытия ЛГМ веществами с больши теплологлощением или путём увеличения методами селекции характерно го размера частиц ЛГМ в лесу), так и через создание предельных ус ловий для распространения горения в лесу (например, путём уменьшения запасов ЛГМ , использования негорючих зелёных растений и т.п.)

ГЛАВА 3. ПРОДВИШКЕ КРОИКИ ЛЕСНОГО П02АРА

1.Я настоящему времени опубликованы десятки'различного рода мат магических моделей продвижения кройки лесного пожара. Опубликовано также больное число экспериментальных исследований этого процесса. Из их обзора ( следует, тем не менее, что состояние вопроса не отвечает как уровне современных исследований в области теории горе нин и тешюаассолереноса (не учтено влияние структуры ЛП, структу

структуры факела пламени, движения среды), так и требованиям практики (неполно изучены связи между параметрами горения и влияющими но них факторами, в результате чего применяющиеся методы прогноза распространения лесных пожаров недостаточно точны).

2.Особенно слабо исследована структура кромки лесного пожара.Анализ её различными методами приводит к выводу, что кромка лесного пожара может быть подразделена на несколько зон, существенно различающихся по закономерностям протекающих в них процессов. В твёрдой фазе по условиям, её разложения могут быть выделены зоны свежего,обугленного и сгорегиего ЛИ!, а в факеле пламени по условиям течения -зоны лзминзрноподобного течения (нижняя часть), турбулентного течения (средняя часть), догорания горючих объёмов (верхняя часть), над которыми располагается зона конвективной колонки или плюмаж. В §2 приведены также уравнения, описывающие лроцессы.в отдельных зонах, и получены соотношения для расчёта иирины кромки пожара, формы факела пламени, его высоты и длины, скорости подъёма- продуктов разложения ЛП, времени юс сгорания и т.п. -

З.При выводе уравнения для скорости продвижения кромки лесного пожара использованы следующие положения: I) нагрев ЛП из-за их о'олылой температуропроводности происходит на «2 порядка медленнее, чем нагрев выделяющихся из них горючих газов, поэтому он определяет скорость продзиненая огня по растительному покрову; 2) ЛШ состоят из отдельных растений, их частей или остатков, поэтому скорость продвижения огня по'растительному покрову, может быть представлена как ип = 1Си0» где и0- скорость продвижения огня (локальных плокоп) вдоль составляющих покров частиц в условиях лесного поаара, К? - мношиель, учитывающий задержу продвижения при переходе огня с частицы на частицу (для слоев из опавсей хвои сосны €¿1); 3) кондухтиэный лоток вдоль частиц ЛП1 при их горении пренебрежимо мал, как это показывают соответствующие эмпирические оценки, а процесс их нагрева происходит в регулярном режиме 2-го рода из-за малой величины критерия 81.

Соответственно уравнения сохранения энтальпии Н являются опре -деляваими. Применительно к процессам продвижения огня вдоль частиц и в среднем по слою они могут быть записаны в виде

. (б)

при граничных условиях К (со) =Н0, Н(0) =Н„. Здесь у - плотность частиц,ф. и Ф. - эквивалентное ■ тепловыделение в частицах за счёт их- ■

нагрева конвекцией и излучением (локальное и в средней по слою соответственно), Н0и Нп- значения Н до начала горения и после разложения ЛГМ соответственно.

После интегрирования из (6) вытекает следующее соотношение для скорости продвижения огня по рсстителыюму^покрову

ип= (2/Фгс(*)/?(нп-Нд) = к(2/Ф!(х)с1>() /$(н„-ив).№) Поскольку при хг'о'нагрев ЛИ осуществляемся только излучением, а при излучением и конвекцией одновременно, то оно после конк-

ретизации слагаемых может быть приведено такие к следующему виду

где о - ширина зоны конвективного теплоооиена факела пламени с ЛГМ, а^- доля облучаемой поверхности частиц, ^ и поступающие в частицу и из неё лучистые потоки при соответственно, сС - коэффициент конвективного теплообмена, Т}, и %- средние температуры са— кела пламени и ЛШ при х<£, 0. - тепловой эффект разложения ЛП,д^-изменение плотности ЛГ-1 при их разложении, Н^=Н(3"), у - средняя плотность частиц ЛИ прих^сГ.

Соотношение (7$ описывает связь иехду ип и параметрами тепло -обмена. Чтобы выяснить зависимость ипот факторов, влияющих на горение в лесу, требуется, таким образом, дополнительный анализ связей между параметрами теплообмена и этими факторами. в указанном плане исследовано влияние скорости ветра VI как фактора, наиболее сильно воздействующего на горение в лесу. Последовательно рассмот -рены три характерных и дополняющих друг друга случаякогда определяющую роль играет теплообмен в зоне локальных пламён, формирующихся вокруг частиц ЛИ в передней части кромки гореиия;У}б\^<Уг, когда в теплобиен между кромкой пожара и сверим материалом включа ются турбулентные пульсации Факела пламени, направленные в сторону продвижения'огня; когда в теплообмене определяющую роль иг-

рают догорающие объёмы горючих газов,' переносимые-вперёд со скоростью ветра. Для каждого из перечисленных случаев получены зависимости скорости продвижения огня от скорости ветра, см. соотнесение (9). Они оказались существенно разными, с одной стороны, соответствующими эксперименту - с другой.

.5.Далее о позиций теплопереноса проанализированы и обобщены имеющиеся материалы (литературные и автора) по влиянию аз скорость продвижения огня в лесу ип скорости ветра У^, угла иезду направлениями ветра и двияения огняа^, запаса ЛГИ М , влагосодержания ЛП V/, на-

чальной температуры ЛИ Та» плотности слоя ЛГЙ уа и некоторых других факторов. Учтено, что большинство из этих факторов в первом приближении влияет на величину и„ через разные параметры теплообмена, т.е. разные сомножители з соотношении ("Я). По этой причине зависимость и„ от них может быть представлена в виде произведения функций описывающих влияние одного из факторов

= (8) Здесь ипэ- значение.ип при заданных (эталонных) значениях факторов, а Функции являются отнормирозаяными, т.е. равными.I при эталонном значении каждого из т. влияющих Факторов.

- Обработка экспериментальных данных на базе соотношения и ряда физических соображений позволила установить далее вид Функций fl и вывести для зависимости «П от исследованных факторов следую -щее обобщенное лолуэипирическое соотношение „

п" fM[l^(fc-fc)//c] ' . 1 }

в котором ^ . J J J

"i где 3i(rf6ág0o)=B1(0),61í0(:í?90o)=E,(r')

яри O i Vg 4 V| ;

I + [6j(í?)Vg + (Vg -V{)] coSdg + ftj fVg-Yi) ^ Vg ^Vg,<^)=«í¡ .npa dg í dgtfSO0 и .ViáVgéVa;

I + SiÍJrJVecesrfi+esíVí-Vií+B^Ve

при cígzdteo- 90° и V{?Vii . a (Vg со¡o£g)° при <¿e < ctg„ = axccol (V,/\£) и Vg ; Г O, S6'[l - Sirt / ¡fy-8e)J при fz 8o, f( f) = J I - 3¿№V при -18o* У á 8o,

[si,4 . при

пг»0,3 Значения, ряда коэффициентов для типичных ЛПЛ приве-

дены также в таблице I. Скорость ветра при их расчётах была отнесена к эталонным условиям (высота 2м, толщина слоя шероховатости leu) 3 §6 представлены материалы по влиянию излучения кромки лесного пожара на процесс её продвижения. С помощью специальных устройств (калориметров) установлено, что'при V^íVinoje излучения з непосредственной близости от кромки лесного низового пожара близко к полю излучения горизонтально расположенного цилиндра с радиусом порядка размера локальных плачен, а вд?ли от кромки близко к полю излучения стенки с высотой, равной длине факела пламени. Установлено также, что излучаемый кромко.1 низового пожара поток зависит от ряда факто- . ров (скорости, ветра, запаез ЛГМ, плотности их слоя), в частности,

. Таблица I

Значения коэффициентов в сооггаиении (9) при неустойчивом по направлению ветре -.

№ Группа и вид про- апэ VI V?, В! (0)1 В|(Т/ В« 1 * 6 ■С1/С& ю'Ъ 6

пп водника горения и/иии и/с и/с с/и с/и с/м с/м с/и 1 _ иг р - / ~ К"1 -

Низовые пожары

I Отпершая трава весна Всйник лето осень ООО ■«ЯЛ 1,6 1,6 1,6 4 4 4 "0.5 0,9 ООО •С-IV (и 1ЛЧП о • О 1.1 0,25 0,25 0,4 0,25 0 25 0,4 0,15 0,15 0,15 2,5 2 5 5 12 16 12 13 / 60 13 / 60 6,3 6,3 6,3 0,5 0,5' 0,5

2 Лишайники Кладония 0,22 1.8 4 2,4 0,8 1,2 0,8 0,8 - _ 13 7,7/30 3,7 _

3 Мхи Мох Пребера Сфагнум 0,24 0,24 1.5 1.5 4 4 2,0 0,75 0,75 1:6 0,75 0,75 0,75 0,75 : - 7 29 /150 - / - 14 0,9

Олад листы) Бер«за Осина 0,16 0,24 1.7 •1.7 4 4 .2,3 1,8 1.0 и.,75 2,0 М 1.0 0,75 1.0 0,75 - 10 10 9 / 50 10 / 80 *.з 4.8

5 Олад хвои Сосна обшш. Верховые пожары 0,11 1.7 4 3,0 1,7 3.5 1,7 I,? - 9 7,2/ 30 3,5 0,3

I 1 Хвоя (листья) и тонкие веточки в кронах древостоя или кус -тарника 1.35 - 4 - - - - - 0,1 2,5 - - - -

Примечание. При расчётах коэффициентов в качестве эталонных значений свойств ЛГМ брали их средие-ствтистическио значения,

со скоростью ветра он возрастает как .

Полученные данные использованы затеи для определения доли излучения аСл в процессе нагрева ЛГИ до температуры юс разложения. Вдали от кромки'пожара,.т.е. прих.>§", нагрев ЛГИ на величину осуществляется только излучением, а при хй У на величину нп-Н$-~ излучением и конвекцией совместно. Соответственно для доли излучения справедливо соотяоиение ■

^ ( ^о-Ьу (Ю)

Оценка на ей ос^юв!'пок1зи^г,сч|т5" а^при^низ'овых пожарах в сосняках мертзопокровных о^д изменяется отна пределе горения до при достаточно больших запасах и малом влагосодержании слоя ОТ; б) с. увеличением характерного размера "частиц сСл возрастает и на покровах из широких пластинообразных частиц, (сухие тр'ава, листья) может достигать «100^; в) при интенсивных низовых а верховых' лес -них пожарах из-за интенсификации конвективного теплообмена сСл становится независящей от скорости ветра а при верховых пожарах в сос-някох составляет около 20-30%.

Для подтверждения достоверности данных величина сСл была определена также методом сжигания окрашенного отражающей краской и неокрашенного слоев ЛГИ-с последующим расчётом по формуле, вытекаю -щей из соотношения (7$, ■ „

- - СП)

Здесь индекс "I" отнесен к окрашенному слов,£ - коэффициент поглощения излучения, а - скорость продвижения огня ло слою, 5. - коэффициент пропорциональности между ц, и суммарным тепловым потоком в соотношении (7$. Путём сопоставления полученных данных показано, что при одинаковых условиях горения оба метода приводят к близким ре. -зулиатом.

ГЛАЗА 4..РАСПРОСТРАНЕНИЕ КОНТУРА ШЕАРА

I. Из обзора литературных данных следует, что в имеющихся публикациях из учтены или учтены неполно теплоаассоиеренос , а также влияние развития пожара на распространение контура повара в период его остановки. Устранение указанных пробелов является поэтому акту-ельноЛ задачей. • •

С целью.её решения предложен метод расчёта распростране ния контура.лесного до?:;ара на основе использования уравнения сохра- • неняя знтельяаа ЛП Н. Для усреднённых вдоль пути, позора яорагехров

ЛГЫ оно может быть записано как

: "1г= " + 5 Ф£ ' (12)

при соответствующих краевых условиях (условия и (йозкачения см. в предыдущем рвзделе). Очевидно, что его .решение относительно при известной величине уН внутри кромки пожара является одновременно уравнением контура лесного похара б неявном виде.

Время,функционирования лесных пожаров (часы или сутки) обычно много больше времени формирования кромки пожара (5*20 мин), а радиус кривизны контура (десятки метров) обычно намного превышает ¡сирину кромки пожара (доли метра). Поэтому процесс продвижения отдельных отрезков контура лесного пожара может рассматриваться в большинстве случаев как стационарный и одномерный, а процесс распространения контура в целок - как нестационарный и двумерный.

Соответственно рсаение уравнения (12) может быть произведено в две этвпа. Сночблв ово мохет быть получено для отдельных отрез-кон контурз в стационарном приближении (т.ег при = 0) в виде соотношения для и,, (си. главу 3). Бат.?а оно может быть получено для контура пожара в целом как нестационарного процесса, но ухе" при известной величине скорости продвижения его отдельных отрезков. При этом применительно к той области Енутри кромки пожара, в которой ^ ф.«е 0, уравнение (12) может сыть существенно упрощено и приведено к следующему однородному уравнению первого порядка в частных производных гиперболического типа _

-¥г- • (13)

при начальном коптуре п(0; =пе(<*$). Здесьугол между надрав -ленпеи норуя-и к контуру п и направлением ветра, и.„ - скорость продььженяя егкп по нормали к контуру.

3. Решение уравнения (13) методом характеристик может быть представлено в ьиде следующей зависимости пути отрезков контура по нормали к нему от времени

а =>г0+ипт. (14)

Будучи достаточно простым, оно позволяет, тем не менее, прогнозе -ровать распространение контура пожара произвольной ¿орми по неод -норс^ной территории графически иди при помощи ЭВМ с соответствую -щим математическим обеспечением. При этом начальный контур похара разбивают в пределах однородных участков растительного покрова не прямолинейные отрепки или дуги окружностей х рассчитывают продви -хэние квадого из мж по нормали к контуру за задвнныС промежуток

времени. После этого расчёты выполняет для вновь полученного контура. Чтобы учесть взаимовлияние отдельных частей контура друг на друга, влияние ветра и рельефа, а также сеойств растительно-^) покрова от участка к участку; величину ип реосчигыэегт при згой для каждого из отрезков контура по форвуле (9), а контур пожара под -разделяют на отрезки (дуг«) после каждого временного шага. На конкретном призере показано далее, что описанный метод прогноза обеспечивает лучшее совпадение с экспериментом, чем ряд чисто 1/Е.тска -тических методов, описанных в литературе. Применительно к условиям тайги для ориентировочных расчётов распространения контора лесного покера предложено в райках описанного алгоритма подразделять иен -тур на дуги окружностей, описывекзгх продвижение фронта, флгягсв ;; тыла-пожара по отдельности.

Далее предложен метод расчёта длины контура остс?овлеи»югс пожара с учетом продвижения ецй непотусенной его части зя креуя сс -тановки. "етсд основан яа разбиении'контура погара на отделение дуги окружностей и расчёте длины каздой из них при поаоди следующей системы дифференциальных уравнений

'У-У0 при ¿(0) = ьн

= приХ0(0) 0.

Здесь и длина горящей и остановленной кромки покера соответственно,.^ = Ьи^/Я - скорость увеличения длины дуги за счет продвижения кромки пожара, Й - радиус дуга, У0 - скорость оста -новки позсара, начальная длина дуги. -Обдув, длину остановленном кромки пожара находят затеи путём сложения длин отдельных дуг.

При этом можно воспользоваться тем, что решение спстекы (15) приводит к следующей связи меяду, длинами кройка позарз до к

после (Ь0<.) её остановки ■/

откуда яpи■Vч^i/Lн«l' после разложения экспоненты в ряд

Ьм ^-¿УиТ,-...^"^' ' (16) где Т0 - продолжительность остановки похара, ¿^(тр) - длина сво -бодно'распространявшееся кромки яогара к моменту т=т0.

Б завершение главы обсуядекы некоторые аспекты распространения вераинных лесных погаров. Отмечено, что при таких пожарах процесс переброса горячих частиц й подхлгзняя ими напочвенного покрова не должен играть существенной роли из-за отсутствия конвективной колонки • , малых расстояний переброса горягдх

части, малой скорой:и ветра (следовательно, малой скорости прод-виления огня) на ypoiHC напочвенного покрова^ а-такде большой ско-tnoiü продвижонвй огня по пологу древостоя."Определявшую роль яри ьерлинн^х лесных nosapas должен играть теплообмен между факелом лимона, состоянии из отдельных сгорающих объёмов, и теми ЛГМ, rotoso ооого£ллвт полог древостоя, тем более, что расчёты в рамках такого подхода неходптой-в соответствии с экспериментом (см. гла -зу 3, подраздели 4 ü 5 assope$èpaïa).

ГЛАВА 5.-СГОРАНИЙ ЛЕСНЫХ ГОРЮЧИХ МАТЕРИАЛОВ1 обзора литературы ... вытекает, что изучение процесса сгор&ькя ЛГУ находится us начальной стадии: теоретически исодедо-гкиы дкйь отдельные стороны этого пропое с а (как правило, попутно с р-люикеы других вопросов), а экслертатальнио данные имеют отры -почили- хэрктер. Особенно слабо изучены процессы тепломзссоперсао-^ tía, де-гзгугз в основе-этого процесса. Разработка поискових физико-матоматических моделей для характерных случаев сгорания ЛИ с це -ллн/ коилкз определяющие взаимосвязей является поэтому актуальной задачей. '■ ' ■' ■ -

2. Пра постановка задачи учтено, что перенос тепла внутрь. . рзстддьша* частиц и плотных слоев ИГЛ осуществляется s основном ::o:!,ayt;i;i-a-¡¡, a nepèuoo кислорода - даЭДуэиеа (как сраазло, аэзстре-чу оиекоада продуктам сгорании). Учтено что разложение

Г.Г- при их сгорааиа происходит с-образованием горючих газов и го -рючего углеродистого остатка. Перв.ке сгорзг-т га^ем с образованием •'.•сколе племени.'2тороа из-за ызло'а .гсплопрозедноста при отсутствии дос-íüD к::сдор5да «грсот роль йзолвд^дего экрана ¡¿е£ду егкелом «имей» а сгоравазч- катвраодои, а при аодичаа доступа кислорода, наоборот, сду.чкт межа источником тепла» Tío указанной прчине провес сгорания ЛГ.! ио~ег бигь подразделен на стадии пламенного и ¿«гпдзг.ениэго «гореаия (Ааойоз, 1557) и является существенно кеста-ц,иск арным. - ,

Пг;:зч;!зяе£1!из предпосылки созголкла сфараудкрогать уравнения геяло1'4зсоперв«оса орааеаатедьао к 'процессу сгорания ¿ГЛ (¿с), в за1ей проанализировать с их .по^оеьз ¡-¡роцзсси пламенного и бееллэ-цзйного сгорваия чесгиц ЛИ.) .малого (§5) и большого (§4,5) поперечного реэмера,. а тазедэ процессы беепдааззного -сгсранхя слоев тор!о (псдсгилки) Пои малой и Ссдъаой плотности слоя (=5).

3. При анализе сгорания тогш;: чг'.сткц ЛП.' учтено дополни -тельно, что а) распределения температур к концентраций кислорода внутри частиц близки к рагночернкк по объёму из-зв мплоГ. bchvü'kí: критерия-Био, б) тепломассообмен иееду газогой и твердой {'аз^и протекает в плёночной режиме (т.е. при Л/и s ídem) ns-os иелпй величины критерия Рейнольдса. В результате получены следупглс ооотно -пения для продолжительности пламенной Т> и Срсплсл-скпойТу егг.дай

* cccr:sTTTHfii:ï:o.

Здесь с и 9 - теплоемкость и плегяоеть частиц, Я - т$-агяс:»7 теплопросодностп воздуха, Т<р- геиперегура £а::ело плп.-еш:, v. 7V. -температура частиц 2 начале и конце пламенной стадли, <\,t1-ная платность сбугленногб остатка, S/V- доиерхносгао-сб^склоо отношение, oí- диаметр частиц, D - коэ4{.кц::ег.1 ди^узя:: С0~ его концентрация г воздухе, с - сгехаокзгричегкк:: Показано, что полученное еоотяогевкя находятся i количественном соответствии с экспериментальными допкимк по глкпн::» д'.а^тра ч.г.-- • тиц. - '

4. Решение уравнений тепломессоп-'. эносз для ялоиепноЛ стог,::и сгорания частиц ЛГО большого дкзмстра проведепо в квазнстсга-онориов приближении с учётом теалоизоларуюцгго излияния углерсдис -того остатка. 3 результате получена еяедукайо 'ооотпоеская для с.<:о-рости продвижения íронта обуглигэнил и .голкины обугленного слоя <Г и продолжительности пла^ешюп стадии сгорания т* ссотяетстион-

Н° -и.» Vге/£т , S"я : , t* » $*/slэе,

Здесь эе - коэ'Кидаевт температуропроводности обугленного остатка, Г* - его толаннэ в новеиг окончания племенного ре:-::;мз сгорания (1,5*2 cu для окорённой древесины). Отмечено, что пригедс-'Н'.ые со -отношения с точность;: до анозитзлп псрвд:э единицы согласуются с экспериментом яо литературный двнгшм.

5. Закономерности беспламенного сгорзлая слоев тор*а (г.одст;:.-::::;) проанализированы с учётом гличнин пористости слоя. Принято, что беспламенное сгорание рихлых слоёв ЛГ.! происходит посредством

-продвижения "раскалённых течек" (Амосов, 155?) ^.сль чсстиц и с частицы на частицу ЛП', в сгорание плотных слоев олр'.у^лячт'м дкОДузаеЗ кислорода сквозь слой золу навстречу опеке:;;::!.' из гс;г_* химнчгекзд реакций продукта» сгорания. ЛП.

Путём решения уравнений тепломзгсояер^клса показано, что ч) при беспламенном сгорскив рь^лых слозв ЛП скорость преггггекяя

ёронта сгорания должна быть постоянна во времена и равна

Л т / I тГ-

= (^Q^yS^^f^íT )dT-co'i<p (18)'

tMr

(здесь - плотность частиц, - кх коэффициент теплопроводности, (5.- теплота нагрева ДИ до температуры обугливания Тп,Ту- температура горения обугленных частиц, у? - средний угол мезду иапрзвле-никии движения кроики сгорания в целом и вдоль отдельных частиц, остальные обозначения прежние); б) при сгорании плотных слоев Jira скорость продвижения фронта сгорания ц, и толщина.образующегося зольного слоя <Г доданы описываться соотнесениями

tí =v/Dа/Щу , Г =\/£,а1)т;/1р , (19)

где 7) - коэффициент диффузии кислорода сквозь.слой золы, т - текущее время, ^ - коэффициент усадки слоя золы, j> - нзчальнэя плот -ность слал, а - коэффициент, слабо-логзрифмкчески зависящий от концентрации кислорода в окружающей среде.

ГЛАВА 6. ОСТАНОВКА ГОРЕНИЯ ЛГИ Г.Лз анализа состояния вопроса следует, что оно является неудовлетворительным. Фактически опубликовано лишь несколько гипотез езз достаточного кх теоретического и. экспериментального обос -нования. Тепдо^изический анализ ряда характерных случаев остановки горения при лесных пожарах не проведен, а имеющиеся экспериментальные данные немногочисленны и недостаточно презентативны.

2. С целью устранения отмеченных пробелов проанализированы процессы потухания факела пламени, тлеющих частиц.или очагов, 8 так&е кромки лесного nosapa с позиций тедлоыассопереиоса. Анализ потухания с,акела пламени выполнен при этом на основе теории поту-хе^^неперемеааннкх газовых пламён, разработанной. Я.Е. Зельдовичей "Л оказано, что яогухенле пленена лесного пожара должно происходить при уаеяьсекиа температуры горения до некоторого критического значения, причём аддитивно по отнесению к разным видам источников тедлоаотерь. Показано также, что горение ЛИ происходит вблизи предела. Поэтому для его остановки требуется лиаь. небольшое дополнительное охлаждение пламени.

Потухание тлегщлх частиц и очагов проанализировано далее на база теории потухания углей,Д.А. Франк-Каменецкогок дополнительно учзеио проникновение , кислорода .внутрь сгорающих частиц. Показано, что яра налички внутреннего реагирования для остановки горения тре-. буегся более сильное охлаждение сгорающей системы. При анализе по-

тухания кромки лесного поаара учтено, что вблизи предела горения она разбивается на отдельные очаги, продвигающиеся практически вдоль одной пли нескольких частиц ЛГИ. Путем расчета теплопотерь из сферы горения указанных частиц выявлены взаимосвязи иевду параметрами горения в момент его остановки и влияющими на этот про -цзес факторами (диаметр частиц, скорость набегающего воздушного потока и др.). Показано, что результаты расчётов находятся в соответствии с экспериментальными данными, полученными автором совместно с сотрудниками.

3. Для решения вопроса о роли химического торможения при оста -новке пламенного горения ЛИ использован экспериментальный ыетод, основанный на сравнении влияния инертных и ингибирующих газообразных добавок на скорость и предел распространения пламени вдоль характерных частиц ЛГМ в бомбе постоянного объёма. Установ -лено, что добавки независимо от их химической природы влияют пропорционально удельной теплоёмкости и что иигибирующее воздействие галоисодёркацих газов (хладоков) при остановке с их помощью пла -ценного ре кила горения частиц ЛШ (хвоинок соснн обыкновенной),если оно есть, невелико. Для описания полученных данных предлокена чисто тепловая диффузионная модель влияния газообразных добавок но скорость и предел продвижения плаиеки при лесных понарах. Показано, что вытекающие из неё зависимости находятся в соответствии с этими данными.

4. Далее предложены термодинамический (на основе расчёта тепло -поглощения агентов) и два экспериментальных (на основе учёта влияния агентов на скорость и предел распространения плаыени вдоль отдельных частиц 1! слоя ЛШ соответственно) метода оценки огне- и углетуиацз:1 эффективности агентов. Пз полученных с их ломоцью данных вытекает, что удельная эффективность агентов в рядах аналогичных соединен;;;'!, кек правило, возрастает с уменьшением их иолеку -лярного веса. Сред» газов она максимальна у гелия, среди яидкостей-у воды, среди твердьтс испарявшихся веществ - у и сухого льда, среди разлзгаицихсп солей - у моно- и биа'л.-онийХосфата, среди кристаллогидратов - у АЕоСЗО^^Ш^О. Следует отметить, что на практике для борьбы с огнем применяют, как правило, наиболее доступные из ■агентов с зксокни геплопоглоцениеи и соответственно малым молекулярным весом.

5.В конце главыоплсана физико-математическая модель прямой оста -новки кромки лесного поаара как технологического процесса. В основу

её пологен расчёт того расхода огнетушащего агента, который необходим для охлаждения кромки горения до температуры потухания. Рассмотрены частные случаи тушения факела пламени и зоны тления обуглен -ных остатков ЛИ. Из модели следует, что I) теоретически-необходи -мые расходы агентов на остановку кромки лесного поаара доданы быть пропорциональны интенсивности этой кромки, 2) при применении суцес-' тзущих технических средств остановки расходы агентов на порядок -два превц-лают теоретически-необходимые. Актуальной задачей в насто-' пцее время является не изыскание новых агентов, а разработка более рациональных, способов применения существующие агентов.

В рамках реализации такого подхода предложены затем три новых экдз ручных огнетушителей (один универсальный с возможностью подачи' на огонь гадких, пороаковых и газообразных агентов одновременно, а два пороаковых - вентиляторного типа и пакетный), два способа соз -дания химических неторимых полос на пути огня (водой и порошком попеременно и методом ыелкокапельного опрыскивания), лабораторный метод определения огнетушацед концентрация раствора агента (путём экстраполяции параметров горения слоя ЛП! при заданных дозах нане -сеакя агента к предельным.условиям), полевой метод определения расхода раствора агента на создание химических негоримых полос в лесу (путём пуска кромки огня на ш:х с последу ваш подсчётом, как и "по методу квадрата ЛенЮТЛХ, числа переходов огня через эти полосы). Предложен также ряд установок для изучения процессов горения и ос -тановки яри лесных позгрзх (нз бззе аэродпканичоскоЛ трубы с воз -можкостьэ её расположения под углом к горизонту, нз базе гусеничного траиспортёра и др.), а токге ряд устройств (определителей) для расчёта скорости гетра г лесу, скорости продгпзения лесного погара, сил и средств но борьбу с ним. В ходе испытанна предложенных разработок установлено,в частности, что 1) за счёт применения нелкока -пелького опрыскивания и порошковых составов расходы -огнетуааспх агентов на создание негоримых полос в лесу и прямое тушение кромки горек;:я иогух быть резко снижены (до значения порядка 20 и 70 г из I погонный метр кромка соответственно); 2) расходы агентов на борьбу с огнем сильно зависят от вида ЛИ. их активного запаса и влэго-сод'&ряания; 3) при прямом тугекии кромки лесного пожара на расходы огкету1£:;:гх агентов сильно влияет наличие труднодоступных для агента очагоЕ горения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В начале раздела сформулированы 12 наиболее существенных научных результатов, полученных в диссертации. Ниже приведена некоторые из них.

1. Еыделено пять существенно разных по физическому смыслу процес; горения (возникновение очага горения в лесу, продЕИке-ние кротки лесного похара, распространение контура лесного повара, сгорание ЛГО, остановка горения ЛП!) и в рамках этих процессов около 20 характерных случаев горения Л"! при лесных пожарах. На базе урзвненп:! теплочассопереносэ и ряда единых физически обоснованных предпосылок разработаны обобщённая а 19 честных физико-математических моделей для описания типичных случаев горения ЛН.1 при лесных пожарах.

2. Путём анализа уравнения теплового баланса установлено, что скорость продвижения кромки горения при лесных пожарах со:.:о? быть описана произведением функций, учитывающих влияние одного и из Секторов. Из физических соображений нэ:;ден вид зт:;х функц::::,

а путём сравнения с экспериментом - значения входяцпх в них коэффициентов. Показано,' что полученное в результате полуэмлнри-ческое соотношение для прогноза скорости продвижения кромки горения в лесу описывает экспериментальные зависимости в более снро-ком диапазоне изменения (¡акторов и более точно (с погрешностью 10Я5£ для случая низовых пожаров к около 50«35^ для случая верховых пожаров), чем другие математические модели.

3. Посредством анализа уравнения сохранения энтальпии гыгеде-но уравнение распространения контура лесного пожара произвольной формы (в виде дифференциального уравнения в частных производных первого порядка гиперболического тала), предложен алгоритм его решения (путём разбиения контура пожара на дуги окрукяосгеЛ или отрезки), сформулированы из гнзичезких соображении ди'ференципль-ные уравнения в обыкновенных производных для расчёта длины контура лесного пожара, дан метод их приближённого решения (как без учёта, ток и с учётом остановки кромки пожара), приведена оценка погрешности полученного реаения (её величина не презирает нескольких процентов).

4. Методом сравнения влияния инертных :: галсидсодссжэснх газообразных добавок на скорость и предел распространения пламени вдоль частиц Л17< установлено, что а) влияете добггох пропорционально их удельной теплоёмкости и не зависит от их химического!

строения, б) влияние химического торможения, если оно имеет место, лежит в пределах погрешности измерений..

5. Проанализирован процесс прямого тушения кромки лесного по нарэ химическими агентами, а такке разработаны термодинамический (на основе расчёта теплопоглощения агентов) и два экспериментальных (на частицах и слоях ЛГИ) метода оценки огнетуаацнх агентов. Установлено, что а) теплопоглощение агентов в рядах аналогичных соединений, как правило, возрастает с уменьшением их молекулярного веса, а применяемые кэ практике агенты по их тепло-поглощений близки к оптимальным; б) при лряшх методах туцения расходы агентов должны возрастать пропорционально интенсивности кромки понара, при этом на практике они на один-два порядка превосходят теоретически необходимые; в) при косвенных методах остановки кромки горения расходы агентов зависят от вида ЛГ.'.'.

Далее в реферативной (Горке излагаются перечни разработок, созданных в ходе выполнения исследований. В целом они содержат свыше 80 еновь предлагаемых научных, инженерных и технических решений по различным направлениям изучения природы лесных пона-ров и борьбы с ними.

-"Перечень разработанных частных физико-математических коделеь горения б лесу" включает 20 разработок. Среди них три модели для описания различных сторон возникновения очага горения в лесу, .модель продвижения вершинного лесного пожара, модели для описания трёх характерных случаев продвижения лесных низовых позаров, пят характерных случаев сгорания ЛИ, четырёх характерных случаев ос, тановки горения ЛП.1, обобщённая полуэмпирическая год ель для про? ноза скорости продвиг-ения кромки лесного понара, две модели для расчёта распространения контура лесного пояара, а так:;:е :.-одель прямой остановки кромки лесного понара при помощи химических средств. В моделях вскрываются взаимосвязи менду пергметрзув горения и влияющими на них факторами.

-"Перечень вновь разработанных приборов я установок" включает

2 себя две установки для изучения термических своГ.ств ЛГ..1 ^прп низких и повышенных давлениях окружающей среды), установку для изучения воспламенения ЛГИ излучением, аесть лабораторных установок для изучения закономерностей продвижения огня и его остановки при горенин частиц или слоёз ЛГМ, а так::-:е передвиянук лесопокар-нук л?с'орзторию для изучения процессов горения при лесных поязрак

3 пелгз^х .условиях, в нгм охарактеризована тзкме точность угтано-

бок и приведены ссылки на полученные с их помощью данные.

-"Перечень новых методик расчёта'свойств ЛП.!" содержит 14 разработок. Среди них иодкфикация формулы Менделеева для расчёта теплоты сгорания ЛГИ, а также инженерные методики расчёта теплоты адсорбции влаги в ЛГУ, теплоёмкости ЛИ, энергии активации реакции разложения ЛИЛ, температуры газификации ЛГМ при их вос-ламенении и горении, времени'испарения влаги при воспламенении и горении ЛИ, температуры частиц ЛГМ при их нагреве конвекцией и излучением, профиля температуры вокруг частиц ЛГМ при их нагреве горячим воздухом, адиабатической температуры пламенного горения ЛГМ, поля излучения пере/) громкой лесного пожара, критического (необходимого.для тушения) охлаждения факела пламени ЛГМ, теп-лопоглощения огнетушащих химических агентов, расхода агентов на тушение кромки лесного пожара, шкал пожарной опасности в лесу по условиям увлажнения. Оценка перечисленных пиролсйческих свойств ЛГМ необходима для целенаправленной борьбы с лесными пожарами.

-"Перечень ноте/ экспериментальных методов изучения" (14 методов) Еклгачает в себй три метода определения скорости продвижения пламени, метод совместного определения коэффициента конвективного теплообмена и степени черноты частиц ЛГИ, метод определения плотности излучения кромки горения ЛГМ, два метода определения доли излучения в тепловом балансе кромки горения ЛГМ, а такие методы определения коэффициента ослабления скорости ветра в лесу, вла-госодержа'ния активных ЛШ в лесу, огне туш а щей эффективности жидких и порошкообразных химических агентов, огнетупарей эффективности газообразных химических агентов, огнетушащей концентрации растворов химических агентов, огнетушащего расхода водных растворов химических агентов при их применении для создания химических негоримых полос на пути огня. Там же приведены ссылки на данные, полученные при помощи перечисленных методов.

. -"Перечень новых иняекерных разработок для внедрения в практику" включает в себя 20 инженерных и технических решений. Среди ннх шесть способов оперативной оценки степени пожарной опасности в лесу (один из них, основанный на определении относительной влажности воздуха на уровне слоя активных ЛГМ, находится на стадии опытной проверки), способы прогноза скорости продвижения лесных пожаров и длины кромки пожара произвольной формы, метод расчёта полосных палов в народно-хозяйственных целях, дисковый определитель лесной пожарный (позволяет определять скорость лродБИже-

ния лесного донора, тактику борьбы с ник, количество сил и средств на его локализацию, находится на стадии опытной проверки] определители скорости ветра в лесу, класса пожарной опасности на лесных участках и огнетушащего расхода агентов на создание него-римых химических полос на пути огня, технология создания указанных полос путём мелкокэпеяьного опрыскивания ЛГУ с одновременны^ применением определителя огнетущащего расхода, способ отбора опзезгдерхшьещих растений для создания живых защитных полос, г тек.ге три вида огнетушителей (универсальный вентиляторный ;; по-рспковый вентиляторный для научных целей и пакетный порошковый для применения при лесных пожарах). Там ке приведены ссылки на источники, в которых дано их более полное описание.

-"Перечень прикладных программ для ЭВМ" содержит 4 программы с указанием организаций-разработчиков в основном для расчёта скорости продвижения огня з лесу, а также сил и средств ка борьбу с огнём.

3 завершение диссертации приведены приложения "Внедрение в' практику","Перечень данных по распространению верховых и интенсивных низовых лесных яЬяаров", " Пирологические свойства растительных горючих материалов и продуктов их горения". В первом из лих перечислены НИИ и ВУЗы, ислользовавше разработки автора при выполнения планов НИР или в преподавании. Там ке приведены соответствующе ссылки, а также даны "Перечень авторских свидетельств на новые способы и устройства" (всего 7) и "Перечень экспонатов Выставки достижений народного хозяйства СССР" (всего 4). Во втором и третьем приложениях обобщены денные (литературные и автора] по скорости продвижения верховых и интенсивных низовых лесных пожаров и по лпрологическим свойствам ЛШ соответственно. Указанна данные необходимы для применения разработанных в диссертации п.изико-мэтематических моделей на практике и-поэтому составляют неотъемлемую часть физических основ горения растительных материалов при лесных пожарах и палах.

Список основных публикаций по теме диссертации.

1. Конев Э.В. К ресчёту скорости распространения горения по напочвенному покрову в хвойных лесах.- В кн.: Вопросы лесной пирологии. Красноярск, Пн-т леса и древесины СО АН СССР, 1970,

с. 22.С-231,

2. Сухинин А.И., Конев Э.В. О механизме горения сосновой

хвои. - В кн.: Вопросы лесной пирологии. Красноярск, Ин-т леса и древесины СО АН СССР, 1972, с. 7-51.

3. Конев Э.В. Вопросы физики и хииии горения в лесу. - В кн.: Горение и повари в лесу. Красноярск, Ин-т леса и древесины СО АН СССР, 1973, с. 99-119.

4. Сухинин А.И., Конев Э.В., Зарко В.Е. Влияние газообразных галоидосодергащих веществ на горение сосновой хвои. В кн.: Горе -ние и понары в лесу. Красноярск, Ин-т леса и древесины СО АН СССР, 1973, с. 153-163.

5. Конев З.В., Сухинин А.И. К оценке роли излучения при горении лесных горючих материалов. - В кн.: Процессы горения и проблемы тушения пояэров (Материалы Ш Всесоюзной научно-технической конференции). I часть. !<1., ВНИИПО МВД СССР, 1973, с. 266-272.

6. Конев Э.В., Сухинин А.И., Кисиляхов ЕЛ. О горении нзпоч -венного покрова в сосновых'лесах. - В кн.: Вопросы лесной пироло -гии. Красноярск, Ин-т леса и древесины СО АН СССР, 1974, с. 41-49.

7. Кисиляхов Е.К., Конев Э.В., Сухинин А.И. Об эффективности некоторых средств тушения леснйх поваров. - В кн.: Вопросы лесной пирологии. Красноярск, Ин-т леса и древесины СО АН СССР, 1974, с. 83-92.

8. Конев Э.В., Кисиляхов Е.К. Переносной порошковый огнетушитель. - Лесное хозяйство, 1974, Е 9, с. 87-88.

. 9. Конев Э.В., Кисиляхов S.K. Влияние диаметра на горение растительных частиц цилиндрической формы. - ФГЗ, 1975, Ii 2, с. 229-233.

10. Конев Э.В., Сухинин А.И. К анализу распространения плакени по напочвенному покрову. - ФГВ, 1975, fö 5, с. 799-803.

11. Сухинин А.И., Конев Э.В., Курбатский Н.П. Некоторые зако -ноиерности распространения пламени по слою сосновой хеои. -/ФГВ, 1975, № 5, с. 743-750.

12. Конев Э.В. О зажигании лесных горючих материалов. - В ген.: Проблемы лесной пирологии. Красноярск, Ин-т леса и древесипы^СО АН СССР, 1975, с. 80-92.

13. Кисиляхов Е.К., Конев Э.В. Исследование потухания фронта горения при воздействии порошковым составом. - В кн.: Проблемы лесной пирологии. Красноярск, Ин-т леса и древесины СО АН СССР, 1975, с. I64--I8I. ; '

14. Konev S.V. Physical and Chemical 1гоЫепэ in Combustion cf Forest Fuels. Translation. - Environment Canada, 1975» No. OOEHV ТН-Ч60, 1975, 34 p.

15. Sukhinin A.I., Konev E.V., Zarko V.E. Influence of Haloid С on I ainiüt: Gaaeous llaterlels on Pine Needles Combustion. Translation. - Environment Canada, lío. OOKJV TR-957, 1975, 17 p.

16. J H t u 3.5. П^П'0'Х'0[1Кв У6м.0н0-Чв['.м100ти l| !-< .(i лигнин tu r.r.iH li; ¿ i'n ÜM

иия лесных горючих материалов. - ФГВ, IS75, №6, с. 855-859.

I?. Ки« и ляхов Б,К,, Юонев о,В. К опенке о^чвгэсяз'.ей и огнекя-дернизаюцей эффективности химических агентов. - ФГЗ, 1976, К? 4, с. 497-501.

16. Конев З.В. 0 выборе пожароустойчивых растений. - лесное

-----Н--Т,- тоне о

лиолуюхзи, i>ÍOj м- О. (с_—

19. Конев Э.Б. Физические, основы горения растительных материалов. - Новосибирск, "Наука", 1977. - 240 с.

20. Konev E.V. , Sukhinin А.I.' Изо Análisis of Flame Spread Through Forest Fuel. - Combustion and Flame, 1977, Ho. 2,p. 207 -2¿3. ' "

21. A.c. 597372 (СССР). Огнетушитель/ Э.В. Конев, Е.К. Кис;;-ляхов. - Опубл. s Б.И., 1978, 1й 10. ' ■

22. Конев Э.В. Коэффициенты теплообмена некоторых лесных растений. - В кн.: Характеристика процессов горения в лесу. Красноярск, йь-т леса и древесины СО АН СССР, 1977, с. I04-III.

23. Конев Э.Б. Термодинамические принципы отбора оптимальных огнетушаадах агентов. - В кн.: Горючесть веществ и химические сред ства пожаротушения. Вып. 4. И., ВНИИПО МВД СССР, 197Э, с. 65-68.

24- Kr.nev S.V. The Heat Transfer Coefficients of-Some Forest Vegetation. Irantilation.'- Fisheries and Environment' Canada, 1978 Ко. OOMIV TE—16X6, 10 p. '' .

25- Konev S.V. Análisis of the Process of Fire' Spread Through гх read Grass Cover. Translation. - Fisheries and Environment Canada, 1979, Ho. 00EV13 TR-I684, 41 p. -

26. Конев 3lB. О прогнозировании линейной скорости.распростра нения лесных низовых поезров. - Б кн.: Горение и проблемы тушения покосов. М., В11ЛКПС МЗД СССР, 1979, с. I09-II4.

27. Конев З.Е. Итоги исследования процессов горения при лесны киэавых noitupax. - В кн.: Горение и полары в лесу. Часть 2. Крас-нояргк, Кн-т леса и древесины СО АН СССР, IS79, с. 53-63.

28. Конев Э.В., Кисиляхов E.K. Пределы распространения пламе-[и вдоль некоторых растительных материалов. - В кн.: Горение и гожары в лесу. Часть Z. Красноярск, Ин-т леса и древесины СО АН ICCP, 1979, с. 164-183.

29. Василенко A.B., Понев Э.В., Ковалёв В.И. Автоматизирования передвижная лесопожарная лаборатория АПЛЛ-1. - В кн.: Понар-1ая техника и туиение пожаров. М., ЕНШПО МВД СССР, 1982, с. 36-138. ,

30.Konev E.V., KisiXjakhov S.K. Limits of Flame Spread Through Зоше Forest Fuel. - Combustion atuj Flaae, 1982, ïïo. 4-7, p. I -[3.

31. Конев Э.В. Анализ процесса распространения лесных пожаров I палов. - В кн.: Теплофизика лесных пожаров. Новосибирск, ЙТФ

Ш СССР, 1984, с. 99-125.

32. Конев Э.В:, Василенко A.B., Ковалёв В.И., Попов Ю.М. О влиянии леса на профиль и скорость ветра. - В кн.: Научные труды 1ЛТИ. Вопросы лесокедсния и лесоводства. М., МЛТИ, 1985, вып. 176,

77-82.

33. Конев Э.Б. Лесопожарный определитель. - Лесное хозяйство, [986,. № 7, с. 60-63.

34. -Конев Э.В. К. расчёту сил и средств на остановку лесного южара. - Лесной журнал, 1987, Ii 5, с. 24-29.

35. Конев Э.В. Полуэмпирическая физико-ыатематическая модель îepMHHoro лесного пожара. В кн.: Структура газофазных пламён [Материалы Международного семинара по структуре газофазных пламён), {овосибирск, ИМИ СО АН СССР, 1988, с. 3-10. ,

36. Конев Э.В., Василенко A.B., Ковалёв В.И., Малютин A.M. С злиянии ветра и крутизны.склона на распространение кромки лесного тожара. - Лесной Журнал, 1989, № I, с. 24-27. /

37. A.c. № I47030I (СССР). Способ оценки пожарной опасности растительного напочвенного покрова / Э.В. Конев, A.M. Малютин. -Зпубл. в Б.И., 1989, Й 13.

38. Конев Э.В. О физических основах контроля пожарной опас-юсти в лесу по условияи увлажнения. - Леской журнал, 1989, V» 5,

17-23. '

39. A.c. » I56I988 (СССР). Способ оценки пожарной опасности растительного покрова / Э.В. Конев. - Опубл. в Б.И., 1990, ft 17.

40. Конев Э.В. Оперативные методы оценки степени покерной опасности в лесу. Обзорная информация (Организация лесохозяйст-зенного производства, охрана и защита леса, вып. 4). - М., ВНШЩлесоресурс Госкомлеса СССР, 1990. - 36 с.

41. Kohse Э.З. Уетод комплексной оценки степени пояарной опасности з лесу. - В кн.: Научные труды МЛТИ: Вопросы лесоведения, лесоводства и лесной пирологии. Вып. 234. И., МЛТИ, I99С с. 83-86.

42. A.c. № I60079I (СССР). Ручной огнетушитель / Э.В. Коне! Т.Н. Кояеза. - Опубл. в Б.И., 1990, № 39.