樟子松树冠火燃烧场数学模型的研究

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1、樟子松树冠火燃烧场数学模型的研究樟子松树冠火燃烧场数学模型的研究#关祥毅，刘少刚**（哈尔滨工程大学机电工程学院，哈尔滨150001）5101520253035摘要：森林树冠火是林火中危害性最大的一种。为有效扑灭树冠火，本文分析了樟子松树冠火燃烧的情况，通过数值模拟的方法，建立了树冠火燃烧场的数学模型。采用差分方法进行求解，得出了树冠火燃烧场内的温度分布及气体流动情况。通过分析不同时刻燃烧场内温度及气流变化情况，得出燃烧最剧烈时刻，燃烧场内最高温度达900，内部气流最高达25m/s。数值模拟结果与实验结果相吻合。了解燃烧场内气体流动情

2、况将可以为预测树冠火的蔓延及有效扑灭树冠火提供理论依据。关键词：树冠火；燃烧场；数学模型中图分类号：S762ResearchontheMathematicalModelofMongolianScotsPineCrownFireBurningAreaGUANXiangyi,LIUShaogangCollegeofMechanicalandElectricalEngineering,HarbinEngineeringUniversity,Harbin150001Abstract:Forestcrownfireisthemostdangerou

3、sofallforestfire.Toextinguishthecrownfireeffectively,mathematicalmodelofcrownfireburningareaisbuiltbymethodofnumericalsimulationthroughtheanalysisofMongolianScotsPinecrownfireburning.Usingthedifferencesolutioncancalculatethetemperaturedistributionandairflowinthecrownfireb

4、urningarea.Throughanalyzingthechangesoftemperatureandairflowatdifferenttimesinburingarea,theconclusionthatatthemostsevereburingtimeinburningarea,thehighesttemperatureis900℃andthespeedofinnerairflowis25m/s.Theresultofnumericalsimulationcoincideswiththatofexperiment.Theanal

5、ysisofairflowinburningareacanprovidetheoreticalbasisforpredictingthespreadofcrownfireandeffectivecrownfiresave.Keywords:crownfire;burningarea;mathematicalmodel0引言树冠火是森林火灾中的一种。它是在树冠层燃烧的林火，具有完全不同于地表火和地下火的燃烧特征，其燃烧温度高、火强度大、蔓延速度快，易引发特殊火行为[1]。树冠火非常危险同时难以扑灭，因此数学模型的建立就成为了一个重要问题。中

6、国林业科学研究院学者舒立福、赵凤君、王明，中国科技大学学者吴清松、童盛等，对树冠火的发生机制、蔓延模型、扑救方法、预防和减弱树冠火发生及蔓延危险性的措施几方面进行了研究，并对今后的研究方向进行了展望[1-2]。WatcharapongTachajapong,JesseLozano,ShankarMahalingam,XiangyangZhou,DavidR.Weise等国外学者，对于引发灌木树冠火的机理进行了实验和数值建模、对基于灌木丛树冠火引发动力学的树冠可燃物容积密度效应进行了研究[3-4]。MellW.E.,McCauleyP.,P

7、arsons燃料和火灾3D空间模型耦合问题[5]。Grishin建40立了关于树冠火的传播的重要理论模型[6]，但该模型的求解需要高速计算机，计算时间较长。如今，高空三维开敞空间条件下树冠火燃烧场的简化数学模型还不完善，其内部气体流动情况还不清晰。因此,正确分析森林火灾的物理过程,选择正确的数学模型进行数值模拟基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金（201XXXXXXXXXX7）作者简介：关祥毅，（1981-），男，博士，机械电子工程。通信联系人：刘少刚，（1962-），男，教授，主要研究方向：机械电子工程。E-mail:lius

8、haogang@h-1-与分析为实验研究提供先导和补充是十分必要的。1树冠火燃烧场的数学模型455055樟子松树冠火燃烧过程为升温、热分解、着火、燃烧和蔓延5个阶段。在描述其数学模型的时候