Численное моделирование зажигания древесины в результате теплового воздействия горящих частиц различной формы

Автор: Денис Петрович Касымов

Соавторы: Касымов Д.П., Матвиенко О.В., Лобода Ю.А., Луценко А.В.

Организация: Томский государственный университет, Томский государственный архитектурно-строительный университет

Рис. 1. Схема процесса взаимодействия частиц и древесины

Лесные пожары генерируют переносимые по воздуху фрагменты, известные как горящие и тлеющие частицы природного происхождения, которые являются одним из основных источников пожара, как в лесных, так и в городских условиях. Такие частицы способны перемещаться при помощи потоков воздуха, и в дальнейшем оседать на новых территориях, подобное оседание имеет риск возгорания новых участков, без какого-либо контакта с пламенем. Сам же механизм воспламенения строительных конструкций или растительного слоя происходит за счет лучистого нагрева или прямого контакта с пламенем [1].

Горящие и тлеющие частицы природного происхождения – частицы, которые были сгенерированы в результате таких действий как нагрев и деформация легко воспламеняемых природных материалов, таких как кустарники, деревья (или любое другое горючее) или стройматериалы, на более мелкие пламенные фрагменты во время пожара, как естественного (самовозгорание торфа), так и искусственного (сжигание мусора, непотушенные сигареты, сельскохозяйственные палы) происхождения.

В настоящее время отсутствуют математические модели, которые бы учитывали генерацию горящих частиц, их влияние на распространение фронта пожара и воспламенение строений. В связи с этим представляет интерес математическое моделирование процесса аккумуляции частиц и теплового воздействия на различные типы РГМ, в частности, на древесину [2]. В докладе представлены результаты численного исследования влияния различного состава, пористости и влажности слоя древесины на переход от низкотемпературного режима к зажиганию в результате воздействия частиц разной геометрии. Принципиальная физическая модель представлена на рисунке 1.

 Интенсивный теплообмен с окружающей средой частиц малых размеров приводит к прекращению тления частицы и ее охлаждению. Если размеры частицы достигают критического значения, то в прилегающей к ней области начинается процесс пиролиза.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 24-71-10029).

 1. S. L. Manzello, T. G. Cleary, J. R. Shields, A. Maranghides, W. Mell, and J. C. Yang Experimental investigation of firebrands: Generation and ignition of fuel beds / Fire Safety Journal. 2008. Vol. 43. Pp. 226-233. https://doi.org/10.1016/j.firesaf.2006.06.010

2. O. V. Matvienko, D. P. Kasymov, E. L. Loboda [et al.] Modeling of wood surface ignition by wildland firebrands / Fire. 2022. Vol. 5, № 2. Pp. 1-24. https://doi.org/10.3390/fire5020038