Modeling of the dynamics of a liquid-droplet coolant under aerial firefighting | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2019. № 62. DOI: 10.17223/19988621/62/6

Modeling of the dynamics of a liquid-droplet coolant under aerial firefighting

A mathematical model of the evolution of liquid-droplet aerosol cloud during the coolant discharge from a helibucket into the seat of fire is presented. The analysis of the main stages of coolant discharge is carried out. In the process of gravitational deposition of droplet cloud, the following aspects are taken into account: the droplet fragmentation by the Rayleigh-Taylor and Kelvin-Helmholtz mechanisms; the evaporation in a temperature field of a convective column; and the effect of the wind on the trajectories of droplets. The temperature and velocity distributions along the convective column above the seat of fire are simulated using the Yu.A. Gostintsev model. The velocity of the droplets is calculated in accordance with a trajectory approach. The calculation of the droplet evaporation is carried out in the framework of diffusion model and reduced film model. The computational results on the characteristics of the cloud of droplets penetrating into the seat of fire under typical conditions of aerial firefighting with the use of helibucket are presented.

Download file

Counter downloads: 189

Keywords

авиационное тушение пожаров, жидко-капельное облако, гравитационное осаждение, высокотемпературная среда, очаг пожара, дробление и испарение капель, математическое моделирование, aerial firefighting, liquid-droplet cloud, gravitational deposition, high-temperature environment, seat of fire, fragmentation and evaporation of droplets, mathematical modeling

Authors

Name	Organization	E-mail
Arkhipov Vladimir A.	Tomsk State University	leva@niipmm.tsu.ru
Matvienko Oleg V.	Tomsk State University of Architecture and Building	matvolegv@mail.ru
Zharova Irina K.	Tomsk State University	zharova@niipmm.tsu.ru
Maslov Evgeniy A.	Tomsk State University	maslov_eugene@mail.ru
Perfilieva Kseniya G.	Tomsk State University	k.g.perfiljeva@yandex.ru
Bulavko Anton M.	General Directorate of the Ministry of Emergencies of Russia in the Tomsk Region	anbulavko@gmail.com

Всего: 6

References

Асовский В. П. Особенности тушения лесных пожаров вертолетами с использованием подвесных водосливных устройств // Научный вестник МГТУ ГА. Аэромеханика и прочность. 2009. № 138. С. 142-149.

Копылов Н.П., Карпов В.Н., Кузнецов А.Е., Федоткин Д.В., Хасанов И.Р., Сушкина Е.Ю. Особенности тушения лесных пожаров с применением авиации // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2019. № 59. С. 79-86. DOI 10.17223/19988621/59/8.

Кудров М. А. Динамика объема жидкости в газовом потоке с учетом деформации дробления и срыва капель // Научный вестник МГТУ ГА. Аэромеханика и прочность. 2010. № 151. С. 163-168.

Мешков Е.Е., Орешков В.О., Ямбаев Г.М. Образование облака капель при разрушении водяного ядра в процессе свободного падения // Письма в ЖТФ. 2011. Т. 37. № 15. С. 79-85.

Архипов В. А., Жарова И. К., Козлов Е. А., Ткаченко А. С. Прогнозирование экологических последствий распространения облака токсичных аэрозолей в районах падения отработанных ступеней ракет-носителей // Оптика атмосферы и океана. 2015. Т. 28. № 1. С. 89-93.

Arkhipov V.A., Kozlov E.A., Titov S.S., Tkachenko A.S., Usanina A.S, Zharova I.K. Evolution of a liquid-drop aerosol cloud in the atmosphere // Arabian Journal of Geosciences. 2016. No. 9. P. 114. DOI 10.1007/s12517-015-2161-4.

Алеханов Ю.В., Близнецов М.В., Власов Ю.А. и Др. Метод исследования взаимодействия диспергированной воды с пламенем // ФГВ. 2006. Т. 42. № 1. С. 57-64.

Volkov R.S., Kuznetsov G.V., Strizhak P.A. Analysis of the effect exerted by the Initial temperature of atomized water on the integral characteristics of its evaporation during motion through the zone of “hot” gases // J. Engineering Physics and Thermophysics. 2014. V. 87. No. 2. P. 450-458.

Накоряков В.Е., Кузнецов Г.В., Стрижак П.А. Деформация водяного снаряда при его свободном падении в воздухе // Докл. АН. 2016. Т 467. № 5. С. 537-542. DOI: 10.7868/ S0869565216110104.

Накоряков В.Е., Кузнецов Г.В., Стрижак П.А. О предельных поперечных размерах капельного облака при разрушении водяного массива в процессе падения с большой высоты // Докл. АН. 2017. Т. 475. № 2. С. 145-149. DOI: 10.7868/ S0869565217020062

Архипов В. А., Басалаев С. А., Булавко А. Н., Золоторёв Н. Н., Перфильева К. Г., Поленчук С. Н. Установка для исследования динамики разрушения сферического макрообъма жидкости при свободном падении в воздухе // Патент на изобретение РФ № 2705965, опубл.: 12.11.2019. Бюл. № 32.

Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. Ч. 1. М.: Наука, 1987.

Архипов В. А., Матвиенко О. В., Трофимов В. Ф. Горение распыленного жидкого топлива в закрученном потоке // ФГВ. 2005. Т. 41. № 2. С. 26-37.

Ткаченко А.С., Маслов Е.А., Усанина А.С., Орлов С.Е. Программа расчета жидкокапельного аэрозольного облака // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2016610567, опубл.: 20.02.2016.

Берлянд М. Е. Современные проблемы атмосферной диффузии и загрязнения атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1975.

Бызова Н.Л., Гаргер Е.К., Иванов В.Н. Экспериментальные исследования атмосферной диффузии и расчеты рассеяния примеси. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 280 с.

Берлянд М. Е. Прогноз и регулирование загрязнения атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1985.

Гебхарт Б., Джайлурия Й., Махаджан Р., Саммакия Б. Свободноконвективные течения, тепло и массобмен. Т. 1. М.: Мир, 1991.

Grishin A.M. Mathematical modeling of forest fires and new methods of fighting them. Tomsk: Publishing House of the Tomsk State University, 1997. 390 p.