Modeling the process of peat ignition.pdf Пожары на торфяниках наносят огромный ущерб окружающей среде и могутприводить к техногенным катастрофам. Однако торфяные пожары изучены малопо сравнению с обычными лесными пожарами ввиду отсутствия сведений о меха-низме зажигания и распространения горения в глубь слоя торфа, а также из-за не-достатка надежных данных о теплофизических и термокинетических коэффици-ентах торфа.В настоящее время нет эффективных способов борьбы с торфяными пожара-ми. Наиболее распространен способ снятия горящего слоя с использованиембульдозеров и пожарных. Этот способ не является безопасным для противопо-жарной техники и обслуживающего персонала и одновременно ресурсоемкий. Насегодняшний день одним из способов предотвращения торфяных пожаров в сред-ней полосе России используется обводнение ранее осушенных болот. Это безус-ловно снижает пожарную опасность, но не исключает ее полностью для засушли-вой погоды. Поэтому основной научно-технической проблемой в теории торфя-ных пожаров является исследование предельных условий зажигания слоя торфа иего потухания.В работе [1] на основе наблюдения за реальными торфяными пожарами в Том-ской области предложена общая математическая модель лесных пожаров. Резуль-таты экспериментальных исследований торфяных пожаров были опубликованы вработах [2 - 4]. В дальнейшем на базе [1] был выполнен цикл работ по математи-ческому моделированию торфяных пожаров [5, 6], которые подтвердили физиче-ские основы математической модели [1]. В статье [7] предложена уточненная ма-тематическая модель торфяных пожаров второго поколения, в рамках которойучитываются двухтемпературность пористой среды, частицы пепла, сажи, дыма,свободной воды и влияние многокомпонентности газовой фазы. В работе [8] данобзор исследований по торфяным пожарам. В [9] рассмотрен процесс зажиганияторфа в одномерной, однотемпературной постановке, а в [10] - проведено моде-лирование тления торфа над слоем воды в двухтемпературной и осесимметричнойпостановках.В данной работе на основе моделей [1, 7] с учетом экспериментальных данных[11, 12] исследуется возникновение подземного пожара, когда трехмерный слойторфа (рис. 1) зажигается сверху при помощи локализованного источника зажига-ния, а фронт горения распространяется внутри пласта при различных внешних ус-ловиях и начальном влагосодержании торфа.1. Постановка задачиБудем считать, что пожар на торфянике возникает в результате зажигания отназемного очага горения, действие которого на слой торфа моделируется темпе-ратурой очага Te и коэффициентами тепло- и массообмена ƒe и ƒe . Рассматрива-ется пространственная задача в параллелепипеде (рис. 1), где ось x3 направленавертикально вниз, а начало координат по оси x3 выбирается на границе разделаслоя торфа и атмосферы. Предполагается, что торф − двухтемпературная среда,т.е. газовая фаза и конденсированная фаза (каркас) имеют разные температуры.0b1a1 a2L1 x1c TeГ1Г4Г2 Г3Г5Гb2L2x2x3L3Рис. 1. Схема теплообмена торфа с внешней средойНа основе анализа экспериментальных данных, представленных в [2, 11, 12], итеоретических исследований [1, 7] считаем, что в результате зажигания торфа об-разуется фронт горения, который состоит из зон прогрева, сушки и пиролиза тор-фа, а также зон горения газообразных и конденсированных продуктов пиролиза споследующим образованием слоя пепла.В соответствии с результатами [1, 7] предполагается, что в самом слое торфаосуществляются испарение связанной воды, экзотермическая реакция горениякоксика, а также гомогенные реакции пиролиза торфа, горение оксида углерода иметана. Торф в процессе зажигания считается многофазной средой, состоящей изсухого органического вещества с объемной долей ϕ1 , гигроскопической воды собъемной долей ϕ2 , связанной с этим органическим веществом [7], продукта пи-ролиза органического вещества − коксика с объемной долей ϕ3 , а также конден-сированных и газообразных продуктов горения (объемные доли ϕ4 и ϕ5 ). Счита-ется, что газовая фаза в слое торфа состоит из шести компонентов: CO, H2O, O2 ,CO2 , CH4 и N2 , массовые концентрации которых cƒ , где ƒ =1−6 соответст-венно. Рассматривается такой слой торфа, у которого начальная объемная долягазовой фазы ϕ5н (0,05 ≤ ϕ5н < 0,3) невелика по сравнению с объемными долямиконденсированной фазы. Эта математическая модель представляет частный слу-чай модели, предложенной в [7].Математически сформулированная выше задача с учетом сделанных допуще-ний сводится к решению следующей системы уравнений [1, 7]:5 5div( 5 5W) Qtƒ ϕ+ ƒ ϕ =

Скачать электронную версию публикации