388_Погодин

Международная научно-техническая конференция «Информационные системы и технологии»
ИСТ-2014
СЕКЦИЯ 6 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
А.В. ПОГОДИН (магистр), Ю.В. КОТОВА (студент), Л.Ю. КАТАЕВА (д.ф-м.н., профессор)
(Нижегородский государственный университет им. Р.Е. Алексеева)
ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНОЙ ПЛОТНОСТИ РАСТИТЕЛЬНОСТИ
НА АЭРОДИНАМИКУ В ЛЕСНЫХ МАССИВАХ
Численное моделирование лесных пожаров невозможно без учета процессор аэродинамики
в лесных массивах и учета собственного ветра пожара. При моделировании лесных пожаров
наибольший интерес представляют двух- и трех- ярусные леса наиболее характерные для
Нижегородской области.
Для изучения поведения воздушных потоков проходящих через лесные массивы был создан
программный комплекс, показывающий изменение потока воздуха не только вблизи лесных
массивов, но и в них. В результате работы создана модификация программного комплекса для
изучения воздушных потоков проходящих через лесные массивы различной плотности. Были
получены результаты обтекания лесного массива прямоугольной формы для различных типов
растительности. В качестве ключевых параметров выбраны плотность растительности и ее
аэродинамические характеристики. В данной работе рассматриваются двухярусные лесные
массивы, имеющие различные аэродинамические характеристики.
Расчёты проводились в программной среде MATLAB на основе разработанного
программного комплекса «Aerodynamics woodland», позволяющей учитывать основные
характеристики лесных массивов.
В программном комплексе используется метод крупных вихрей для учета турбулентности,
так же учитывается коэффициент проницаемости, взятый из экспериментальных данных, высота
леса не изменяется и местоположение одинаково для всех результатов, скорость ветра для
расчетов без пожара 20 м/с, а для расчетов с пожаром 12 м/с.
Для расчетов используется метод частиц в ячейках. Для расчетов с пожаром очаг
определяется в начале лесного массива. Лесной массив имеет прямоугольную форму и высоту 10
метров с протяжённостью в 50 метров.
Получены результаты для лесной растительности с плотностью 0.589 кг/м 3 характерна для
подроста высотой до 6 метров, плотность в пологе леса высотой до 10 метров 0.2945 кг/м 3 .
Рассматривалось несколько случаев возможного расположения растительности: весь слой
растительности имеет постоянную плотность (два варианта); в верхнем ярусе леса расположен
слой более плотной растительности, а в нижнем менее плотный; в нижнем ярусе леса расположен
слой более плотной растительности, а в верхнем менее плотный.
После проведения расчётов с помощью программного комплекса были построены поля
скоростей для каждого случая. Показаны существенные различия в аэродинамической картине,
что в свою очередь влияет и на динамику лесного пожара.
Таки образом, наличии более плотного нижнего слоя, приводит к тому, что фронт пожара
разделяется на две части: более медленную – нижнюю и более быструю – верхнюю. Нижний слой
обладает существенно большей объёмной теплоёмкостью, вследствие чего его прогрев
происходит существенно медленнее. Данный факт хорошо согласуется с известными
теоретическими и экспериментальными данными по динамике пожаров.
E-mail: [email protected], [email protected]
388