Сгорания в зависимости от температуры газов

Температура газов, К	V2, м^3/кг	γ2, кг/м
1173
973
773
573
373
323
288 (воздух)

Контрольные вопросы

1. Как определяют теплотворную способность Q лесных горючих материалов?

2. Что представляет собой кислородный коэффициент?

3. Чему равна низшая теплотворная способность клетчатки?

4. В общей массе продуктов горения основную массу составят газы?. . .

5. Соотношение между горючим и воздухом для ЛГМ = 1: . , для бензина = 1:. . ..

6. Что такое пиролиз и при какой температуре он осуществляется?

7. Что понимается под излучательной способностью нагретого тела? В каком соотношении между собой находятся ккал и кДж?

8. Передняя часть пожара нагревает атмосферу от . . до . . °С. Температура тыльной части пожара на. . ., °С . . . .

9. Дать определение уравнению Клапейрона – Менделеева.

10. Сколько тепла тратится на излучение в стороны?

11. Сколько тепла тратится на излучение конвекцией?

12. Сколько тепла тратится на теплопроводность в почву?

13. Чему равен объем продуктов сгорания газов?

14. Чему равна скорость ветра над верховым пожаром?

3. Определение периметра и площади низового пожара

Пожар, который не локализован в течение двух часов, как правило, перерастает в неуправляемый. Поэтому, если после начала пожара прошло более двух часов, для проведения эффективных мероприятий по активному тушению пожаров важно знать механизм определения периметра Р и площади пожара F, а также скорости наращивания периметра ∆Р и площади ∆F.

Периметр и площадь пожара зависят от многих факторов:

- скорости ветра;

- температуры воздуха;

- влажности горючих материалов;

- рельефа местности;

- характера распределения деревьев в древостое;

- распределения по площади самих древостоев и т. д.

В этой связи дать точный прогноз динамики развития пожара очень сложно. При наличии ветра (на склонах) пожары имеют вытянутую форму в виде эллипса с соотношением сторон как 1:2, реже в виде круга (на равнине, безветренная погода).

При вытянутой форме площадь пожара можно рассматривать как сумму двух полуэллипсов: малого – от 1/3 общей длины пожара F влево (в сторону тыла) F₁ и большего – вправо 2/3 длины (в сторону фронта) F₂:

F = F₁ + F₂ = , (3.1)

где l_фр, l_фл, l_Т – полуоси эллипсов (табл. 3.1). Рассчитать площади пожаров по формуле (3.1) и занести в табл. 3.1.

Таблица 3.1. Значения полуосей эллипсов

Полуоси эллипсов	Вариантов
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
l фл, м	390	1280	1890	2500	3600	4560	5150	5500	125	25
l фр, м	300	890	980	2100	3200	3800	4800	4000	250	360
l T, м	25	75	80	95	110	120	130	100	10	5
F, м

Площадь пожара можно рассчитать с помощью регрессионного уравнения, зная время, в течение которого пожар развивался:

F = 0,6t² – 16,4t + 213, (3.2)

где t – время действия пожара, мин.

Например, известно, что пожар возник два часа назад, необходимо определить его площадь:

F = 8640 – 1968 + 213 = 6885 м² или 0,7 га.

Недостатком уравнения (3.2) является регрессионный характер параметров, который обусловлен лесорастительными условиями.

Периметр пожара и площадь пожара сопряжены следующей формулой:

Р = 0,5, (3.3)

где Р – периметр пожара, км.

Для учебных целей площади пожаров примем по данным табл. 3.2.

Таблица 3.2. Значения площадей и периметров пожара по вариантам

Показатели	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Площадь, га	1	10	50	100	300	625	1000	2000	5000	10000
Периметр, км	0,5	1,7	3,5	5	9	12,5	16	22	35	50
Скорость ветра, м/с	2,0	2,5	3,0	3,5	4,0	4,0	4,0	4,5	5,0	5,5
Время действия

Разделив периметр пожара на продолжительность его действия, находим скорость нарастания периметра:

V_р= Р/t, (3.4)

где V_р – скорость нарастания периметра пожара, км;

t – время действия пожара, ч.

Скорость движения фронта втрое меньше скорости нарастания периметра:

V_фр= V_р/3, (3.5)

где V_фр – скорость движения фронта пожара, км.

Задание:

Рассчитать по исходным данным, представленным в табл.3.2, время локализации пожара при скорости ветра по вариантам при условии, что пожар действует трое суток и достиг по площади 625 га, при скорости ветра 2,0 м/с. Необходимо локализовать пожар за одну смену.

Пример расчета

Периметр пожара равен

Р = 0,5= 12,5 км .

Скорость нарастания периметра равна

V_р = Р/t = 12,5/3 = 4,17 км/сут.

Для доставки техники понадобится 1 день. За это время периметр пожара увеличится на:

Р = 12,5 +4,17 = 16,68 км.

Суточная скорость движения фронта пожара определяется разными способами, – в основном по регрессионным уравнениям. Г. П. Телицын [4] экспериментально установил, что скорость пожара в три раза меньше скорости нарастания периметра:

V_фр = V_р/3 = 4,17/3 = 1,4 км/сут.

Г. Н. Коровин предложил регрессионное уравнение для определения скорости движения фронта пожара (м/мин):

V_фр = а₀ + а₂V²_пол, (3.6)

где V_фр – скорость движения фронта пожара, м/мин;

V_пол – скорость ветра под пологом древостоя на высоте 2,0 м от земли, м/с;

а_о – скорость движения пожара на равнине при штиле (0,4–0,6). (Его геометрический смысл заключается в том, что он показывает расстояние от начала координат до точки пересечения линии регрессии с осью ординат);

а₂ – угловой коэффициент, представляет собой тангенс угла наклона к оси абсцисс и показывает скорость изменения зависимой переменной при изменении аргумента на одну единицу скорости ветра под пологом леса. Его размерность обусловлена величиной скорости ветра под пологом леса, типом горючих материалов и их влажностью (табл. 3.2).

Для нашего примера скорость нарастания фронта пожара по формуле Г. Н. Коровина при абсолютной влажности 30 % равна:

V_фр = 0,45 + 0,55 · 2,0 = 1,55 км/сут.

Различие между уравнениями (3.4) и (3.5) – 10%. Параметры уравнения (3.5) по вариантам приведены в табл. 3.3.

Таблица 3.3. Определение скорости пожаров по уравнению (3.6)

Вариант	Значения а0	Значения а2		Vпол
		Wабс = 10–12 %	Wабс = 20–30 %
1	0,45	0,76	0,55	2,0
2	0,46	0,68	0,39	2,5
3	0,49	0,53	0,34	3,0
4	0,50	0,76	0,55	3,3
5	0,53	0,770	0,40	3,7
6	0,56	0,850	0,78	3,9
7	0,58	0,300	045	4,1
8	0,59	0,450	0,35	4,2
9	0,60	0.780	0,15	2,5
10	0,62	0,950	0,25	2,0

Скорость горения на флангах V_фл и в тылу V_Т определяют через скорость распространения фронта пожара:

V_фл = 0,4 V_фр + 0,17 м/мин; (3.7)

V_Т = 0,15V_фр + 0,20 м/мин. (3.8)

Таким образом, зная протяженность периметра пожара можно рассчитать количество бульдозеров для прокладки минерализованной полосы. При производительности бульдозера, равной 1 км/ч. на восьмичасовой рабочий день потребуется 2 бульдозера для того. чтобы локализовать пожар

Задание:

Составить таблицу характеристик пожара по своим вариантам и занести их в табл. 3.4.

Таблица 3.4. Итоговые характеристики пожара

Время действия пожара, ч	F, га	∆F, га/ч	Р, м	∆Р, м/ч	H,м
0
1
2
3
4
5
6

При тушении пожара важно знать высоту пламени. Ее рассчитывают по следующей формуле:

H = к,

где H – высота пламени, м;

к – коэффициент пропорциональности, учитывающий выход летучих веществ из ЛГМ (злаки – к = 8; опад листвы – к = 9; опад хвои – к = 10);

m – запас ЛГМ, кг/м²;

U_фр – скорость движения кромки пожара, м/с.

Допустим, что пожар движется по лесному массиву напочвенный покров которого (0,5 кг/м²) составляют злаки, а скорость движения 0,05 м/с фронта . Пример расчета: Н = 10= 1,5 м.

Контрольные вопросы

1. От чего зависит периметр и площадь пожара?

2. Как можно определить площадь пожара?

3. Как увеличивается площадь пожара и длина периметра?

4. Что необходимо знать при тушении пожара в лесу?

5. Что представляет собой угловой коэффициент в линейном уравнении?

6. Какие по форме бывают лесные пожары?