КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 18-19-00056

НазваниеПодавление пламенного горения и термического разложения конденсированных веществ на больших площадях при специализированной подаче воды перед и во фронте горения

РуководительКузнецов Гений Владимирович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет", Томская обл

Период выполнения при поддержке РНФ 2018 г. - 2020 г. 

Конкурс№28 - Конкурс 2018 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки, 09-201 - Процессы тепло- и массообмена

Ключевые словатепломассоперенос; фазовые превращения; термическое разложение; лесные горючие вещества; подавление горения

Код ГРНТИ30.17.35


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Анализ современной периодической литературы по тушению пожаров (международных высокорейтинговых журналов, например, Fire Safety, Journal of Fire Science, Fire Material Journal, International Journal of Wild Land Fire и др.), отчетов отечественных и зарубежных министерств по чрезвычайным ситуациям, результатов исследований, проводимых научным коллективом настоящей заявки в рамках проекта РНФ 14-39-00003 (основные результаты приведены в монографии: Высокоморная О.В., Кузнецов Г.В., Стрижак П.А. Испарение и трансформация капель и больших массивов жидкости при движении через высокотемпературные газы. Новосибирск: Издательство СО РАН, 2016. – 302 с.) позволяют сделать вывод о том, что для эффективного тушения лесных пожаров нерационально выполнять локальный сброс воды с вертолетов или самолетов. Массивы жидкости распадаются на отдельные фрагменты и капли, но при этом покрывают очень малую площадь. Пожар достаточно быстро обходит эту относительно малую по размерам территорию по периметру и распространяется далее. Выполненные коллективом исполнителей проекта полевые и стендовые испытания при сбросе снарядов с высоты 15 м продемонстрировали, что характерные площади орошения снарядами объемом несколько литров не превышают 10 м2. Установлена необходимость специализированного распыления воды для единовременного покрытия максимально возможной площади пожара. В условиях быстро распространяющегося лесного пожара такие операции проводить чрезвычайно сложно. Простым распылением воды с одного воздушного судна потушить лесной пожар (даже низовой с относительно малой площадью поражения) невозможно, о чем свидетельствуют известные результаты испытаний МЧС России. Для реальных лесных пожаров с учетом высоких характерных скоростей их распространения необходима последовательная подача воды по разработанным в рамках проекта РНФ 14-39-0003 схемам в течение 30–40 минут. Выполненные оценки показывают, что это возможно только при совместной работе над зоной пожара от 5 до 20 самолетов или вертолетов. Число последних зависит от объема (от 4–5 тонн до 40 тонн) последовательно подаваемой в область пожара воды. Например, наиболее широко в России используются самолеты ИЛ-76, которые могут единовременно транспортировать до 30–40 тонн. Таких самолетов для тушения лесного пожара с характерной площадью от 5–7 га до 10–12 га необходимо не менее 5–8. В реальной практике такого количества воздушных судов у МЧС России нет. В США, Канаде и Австралии имеются большие (до 30–50 судов) эскадрильи малогабаритных воздушных судов. Установленные ограничения по числу необходимых воздушных судов и значительных длительностей рейсов (несколько часов) для их заполнения водой позволили сделать обоснованный вывод о том, что, к сожалению, потушить средний по размерам лесной пожар практически невозможно даже с применением самых современных технологий при сбросе воды в зону горения с нескольких судов. Целесообразно проводить тушение лесных пожаров в условиях ограничений по числу воздушных судов МЧС России, сосредоточившись на работе по созданию специализированных водоаэрозольных заградительных полос, т.е. подавлению горения и локализации пожара при распылении воды по кромке последнего. Предварительные оценки показывают, что такой подход потребует гораздо меньшего (в несколько раз) числа воздушных судов и времени для эффективной локализации пожара. Но на сегодняшний день эта технология не проработана ни экспериментально, ни теоретически. Нет достоверных экспериментальных данных, результатов полевых испытаний, физических и математических моделей, данных математического моделирования. В связи с вышесказанным в рамках настоящего проекта целесообразно сосредоточиться на разработке научных основ технологий специализированного распыления воды не в зону пожара, а в ее окрестности для создания водоаэрозольных заградительных полос (тушения пожара по кромке), увлажнения надпочвенного покрова перед движущимся фронтом на некотором расстоянии от него. Для создания научных основ таких прорывных технологий нужны достоверные результаты фундаментальных исследований, стендовых и полевых испытаний. Научная новизна проекта состоит в создании научно-обоснованных технологий эффективного прекращения распространения лесного пожара путем специализированного распыления воды перед фронтом и во фронте горения. Впервые такие процессы планируется исследовать за счет применения специализированных нагнетательных систем (для варьирования направления и скорости распространения пожара), распылительных многоярусных систем конвейерного типа (для создания разделительных полидисперсных полос), панорамных оптических методов регистрации газопарокапельных потоков, высокоскоростных видеокамер, воздушных судов разного типа (самолеты, вертолеты), подъемных платформ в лабораторных условиях и на специализированных полигонах МЧС России. Получение базы данных с достоверными экспериментальными данными позволит впервые разработать прогностические модели для использования специалистами МЧС России при определении необходимых и достаточных условий эффективного тушения и локализации лесных пожаров. Следует подчеркнуть, что завершение цикла исследований позволит создать группу технологий эффективного подавления и локализации крупных лесных пожаров с учетом специфики лесного массива, количества и типа воздушных судов, удаленности водоемов, направления и скоростей распространения пожара, полидисперсности аэрозоля тушащей жидкости, типа использованной жидкости (вода, эмульсия, раствор, суспензия), климатических ограничений и других определяющих факторов. В таком случае Россия может предложить наукоемкие технологии пожаротушения (с акцентом, в первую очередь, на крупные пожары) не только для внутреннего пользования, но и на экспорт.

Ожидаемые результаты
По результатам выполнения запланированных проектных исследований будут: 1. Разработаны экспериментальные методики изучения процессов подавления пламенного горения и прекращения термического разложения лесных горючих материалов (ЛГМ) в условиях низовых, верховых и смешанных пожаров при создании специализированных буферных паровых, капельных и пленочных слоев перед фронтом и во фронте горения (с применением специализированных нагнетательных систем – для варьирования направления и скорости распространения пожара; распылительных многоярусных систем конвейерного типа – для создания разделительных полидисперсных полос; панорамных оптических методов регистрации газопарокапельных потоков; высокоскоростных видеокамер; воздушных судов; подъемных платформ в лабораторных условиях и на специализированных полигонах МЧС России). 2. С использованием бесконтактных панорамных оптических методов (в ТПУ имеются программно-аппаратные комплексы для реализации методов Particle Image Velocimetry, Stereo Particle Image Velocimetry, Interferometric Particle Imagine, Planar Laser Induced Fluorescence, Particle Tracking Velocimetry, Shadow Photography, Laser Induced Phosphorescence) будут определены основные параметры (время прекращения термического разложения и пламенного горения ЛГМ, характерные температуры, необходимые объемы воды, условия и характеристики распыления и др.) исследуемых физико-химических процессов. 3. Установлено влияние на эти параметры дисперсности капельных потоков воды, расхода, плотности орошения, типа ЛГМ, категории пожара, скорости распространения, температуры в зоне и во фронте горения и др. 4. Определены режимы, условия и характеристики процессов движения через надпочвенные и глубинные слои ЛГМ капель воды при разных подходах к распылению в условиях интенсивного термического разложения, а также в предшествующие этим процессам временные интервалы. 5. Установлены оптимальные (с точки зрения расхода воды, времени распыления и достигаемых температур) удельные плотности орошения надпочвенных участков ЛГМ перед фронтом горения, достаточные для прекращения распространения последнего и локализации пожара с учетом разной ветровой нагрузки. 6. Создана информационная база экспериментальных данных по теплофизическим и термокинетическим свойствам типичных лесных горючих материалов (хвоинки, листья, веточки, их смеси и др.); до настоящего времени такая база отсутствует, что накладывает существенные ограничения на развитие моделей достоверного прогнозирования условий термического разложения и пламенного горения ЛГМ при разных внешних условиях. 7. Установлены условия и интегральные характеристики движения капель распыленной воды (и других типичных огнетушащих составов) при сбросе перед фронтом и во фронте горения (в режиме нестационарного и стационарного высокотемпературного нагрева и интенсивной вынужденной конвекции). 8. Разработаны физические и прогностические математические модели для описания процессов подавления пламенного горения и прекращения термического разложения лесных горючих материалов в условиях низовых, верховых и смешанных (комбинированных) пожаров при локализации в процессе создания буферных капельных, пленочных и паровых слоев перед фронтом и во фронте горения. 9. Созданы модели дробления отдельных капель воды и сжатия капельного потока (массива) при движении в режиме нестационарного и стационарного высокотемпературного нагрева и интенсивной вынужденной конвекции (перед фронтом и во фронте горения КВ). 10. При обобщении результатов экспериментальных и численных исследований будут определены границы применимости разработанных моделей, сформулированы корректирующие методы и подходы для учета влияния различных внешних и внутренних факторов. 11. Разработан комплекс технических решений для распределенной во времени и в пространстве подачи воды перед фронтом и во фронте горения в зависимости от основных характеристик лесного пожара (тип и категория, площадь, высота пламени, скорости движения и др.). 12. Выполнено тестирование предлагаемых подходов и методик на полигонах МЧС России с применением специализированных подъемных конвейерных платформ, распылительных многоярусных распределенных систем, нагнетателей воздуха разной мощности и ветровой нагрузки, вертолетов и других вспомогательных воздушных судов. 13. Созданы новые образовательные программы для переподготовки специалистов МЧС России по направлению новых технологий тушения и локализации лесных пожаров за счет специализированного распыления воды перед фронтом и во фронте горения лесного массива. 14. Результаты исследований опубликованы в высокорейтинговых международных журналах, индексируемых РИНЦ, Scopus, Web of Science (в том числе в журналах 1 квартиля Web of Science) в соответствии с взятыми обязательствами. 15. Опубликована монография по результатам циклов планируемых экспериментальных и теоретических исследований в направлении создания фундаментальных основ общей теории (не имеющей в мире аналогов) технологий тушения, локализации и подавления лесных пожаров за счет создания устойчивых водоаэрозольных заградительных полос с применением воздушных судов при минимальных затратах водных и временных ресурсов. 16. Получены не менее 5 свидетельств о государственной регистрации программ для ЭВМ и оформлены не менее 3 заявок на российские и зарубежные патенты по способам и устройствам для специализированного распыления воды перед фронтом и во фронте горения, т.е. создания устойчивых водоаэрозольных заградительных полос с применением ограниченного количества воздушных судов, объема воды, времени распыления. 17. Выполнены доклады с результатами проекта не менее чем на 10 научных зарубежных и российских мероприятиях разного уровня (симпозиумы, конференции, коллоквиумы, семинары). – оценка соответствия запланированных результатов мировому уровню исследований Анализ публикаций в международных высокорейтинговых (Fire Safety, Journal of Fire Science, Fire Material Journal, International Journal of Wild Land Fire) и российских (Пожарная безопасность, Пожаровзрывобезопасность и др.) журналах за последние 30 лет позволяет сделать вывод о том, что до настоящего времени не разработаны фундаментальные основы теории тушения, локализации и подавления лесных пожаров путем создания устойчивых водоаэрозольных заградительных полос с применением воздушных судов, оптимального (минимального и достаточного) объема воды, минимального времени воздействия. – возможность практического использования запланированных результатов проекта в экономике и социальной сфере Локализация лесных пожаров (минимизация подверженной горению площади лесного массива) в процессе тушения оказывает масштабное положительное влияние на экономику и социальную сферу. Ежегодно эти стихийные бедствия во всем мире уносят жизни сотен и тысяч людей. Число травмированных достигает нескольких десятков тысяч. Вымирают редкие виды и отдельные особи животных. Материальный ущерб исчисляется миллиардами долларов. Помимо тысяч гектар сгоревшего лесного массива следует отметить многочисленные случаи удушья и отравления людей продуктами сгорания лесных горючих материалов из-за смога в населенных пунктах. Проект направлен на минимизацию этих последствий путем разработки фундаментальных основ эффективных технологий подавления лесных пожаров при рациональной подаче воды во фронте и перед фронтом горения. Применение технологий создания буферных паровых, капельных и пленочных слоев перед фронтом и во фронте горения лесных массивов будет иметь большое социальное, экономическое и международное значение. Во-первых, возможна оптимизация процессов тушения лесных пожаров – как следствие, минимизация: расходов воды и других тушащих средств, риска ухудшения здоровья спасателей, материального ущерба населению, находящемуся в непосредственной близости от зоны горения лесного массива, последствий пожаров и процессов тушения. Во-вторых, вследствие адаптивности предлагаемых подходов к тушению лесных пожаров Россия сможет поставлять свои наукоемкие технологии и соответствующие программно-аппаратные комплексы за рубеж. В-третьих, станет возможной подготовка спасателей и других профильных специалистов МЧС России с глубокими знаниями физики процессов движения капельных потоков тушащей жидкости (в том числе известных растворов, эмульсий, суспензий) в зоне пожара и перед фронтом горения. В-четвертых, будет создан каталог научно-обоснованных технологических решений для эффективного подавления и локализации лесных пожаров с учетом всех основных значимых внешних и внутренних факторов. В-пятых, станет возможным улучшить экологическую обстановку, т.е. уменьшить площади лесного массива, традиционно уничтожаемые при крупных и быстро распространяющихся пожарах. Для обеспечения всех выделенных позитивных последствий необходимо комплексное исследование сложных взаимосвязанных тепломассообменных процессов, термического разложения, фазовых превращений при взаимодействии капельных, пленочных, паровых слоев с фронтом горения, а также перед ним для увлажнения неподверженного пиролизу лесного горючего материала.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2018 году
Все запланированные на 2018 год работы выполнены. В соответствии с планом ниже кратко перечислены основные результаты: 1. Разработаны экспериментальные методики и стенды для исследования основных характеристик и физико-химических закономерностей процессов газофазного горения и термического разложения типичных лесных горючих материалов в условиях сдерживания распространения фронтов при применении заградительной полосы. Для локализации горения использовалась заградительная полоса в виде увлажненного слоя лесного горючего материала перед фронтами пиролиза и пламенного горения. Функции цели в опытах – необходимые размеры полосы, объем воды, способ ее подачи. Показаны существенные отличия рассматриваемых процессов для разных типов ЛГМ. Определены максимальные протяженности и скорости движения фронтов пламенного горения, массовые скорости выгорания материала, скорости движения фронта пиролиза по слою ЛГМ. Установлены диапазоны влияния скоростей воздушного потока и плотности лесного горючего материала на рассматриваемые процессы. С использованием термопарных измерений и средств тепловизионной съемки зарегистрированы температуры в слое ЛГМ в процессе газофазного горения и термического разложения. Определены минимальные расстояния до фронта горения, приводящие к процессам прогрева и испарения осевшей в слое ЛГМ воды. 2. Разработаны экспериментальные методики и стенды для исследования основных характеристик процессов движения тушащей жидкости через приповерхностные и глубинные слои ЛГМ. Определены значения скоростей движения капель, доли осевшей в слое воды для различных ЛГМ. Установлено определяющее влияние плотности материала и размера капель на исследуемые процессы. Показаны отличия характеристик движения крупных одиночных капель и капель жидкостных аэрозолей. Зарегистрированы диапазоны изменения параметров для чистой воды и воды со специализированными добавками. Выделены наиболее эффективные схемы подачи воды в слой ЛГМ. 3. Рассмотрены случаи локального воздействия на слой ЛГМ больших жидкостных массивов. Описаны эффекты уплотнения слоя, показаны случаи образования каверн (локальных углублений) на месте сброса. Для различных типов ЛГМ построены зависимости глубины просадки от плотности материала и объема воды. Показано, как данные эффекты влияют на условия и характеристики локализации горения материала. 4. Выполнена численная оценка максимальных и средних массовых скоростей испарения воды в слое ЛГМ. Рассмотрены случаи локального и объемного нагрева материала. Для рассмотренных типов ЛГМ определены аппроксимационные зависимости массовых скоростей испарения от температуры для различных плотностей материала. 5. Проведена экспериментальная оценка уноса боковым воздушным потоком термически разлагающихся частиц ЛГМ, т.е. переноса потенциальных источников повторного возгорания (локальных очагов пожаров). Установлено, что рост скорости ветра приводит, с одной стороны, к увеличению расстояний уноса, с другой, к снижению температуры частиц. 6. Выполнены численные исследования характеристик наклона пламени по слою ЛГМ при натекании потока воздуха. Получены зависимости протяженности фронта горения от скорости ветра. Показана удовлетворительная корреляция между экспериментальными и теоретическими результатами. 7. Выполнен комплекс исследований по определению характеристик снижения температуры продуктов сгорания в следе аэрозольного потока. Показано, что при специализированной импульсной подаче жидкости можно в несколько раз снизить температуры газовой среды. Рассмотрены отличия характеристик снижения температуры для воды без примесей и воды со специализированными огнетушащими добавками. Установлено, что максимальные отличия наблюдаются именно в области высоких температур газовой среды. 8. Разработаны экспериментальные методики и проведены исследования по определению характеристик уноса капель аэрозоля, крупных фрагментов жидкостей и больших жидкостных массивов. Построены зависимости расстояний уноса и площадей покрытия от размеров капель, скорости воздушного потока и площади орошения. Рассмотрены составы воды с типичными огнетушащими добавками. Определены предельные отклонения жидкостных массивов от начальной траектории их движения. Выполнено сравнение полученных данных с результатами численного моделирования. 9. Исследована схема формирования комбинированной (неоднородной по составу) заградительной полосы. Экспериментально продемонстрирована эффективность такого подхода по сравнению с однокомпонентными полосами. Показаны отличия времен процессов локализации возгорания для случаев сонаправленного и встречного направлению распространения пожара ветра. Выделены особенности процессов локализации горения при реализации импульсного распыления тушащей жидкости на кромку пожара. Показана целесообразность такого подхода при локализации горения низовых лесных пожаров хвойных лесов. 10. Определены оптимальные соотношения объемов пиролизующегося ЛГМ и воды, осевшей в заградительной полосе, достаточные для локализации возгорания. Показано, что влияние на исход процессов локализации горения оказывает малая кромка ЛГМ вблизи заградительной полосы. Установлены необходимые для положительного исхода процессов локализации горения соотношения ширины (протяженности) и глубины заградительной полосы. 11. Экспериментально показано, что в качестве основного параметра при выборе характеристик локализации горения должна использоваться плотность орошения материала. Определены характерные области изменения данного параметра, соответствующие положительному и отрицательному исходу процесса локализации горения. Показано, что при рациональных параметрах заградительной полосы плотность орошения можно снизить в 3–6 раз по сравнению с традиционно рекомендуемой пожарными службами. 12. Разработаны программы исследований и проведены полевые испытания на полигоне МЧС России (Кемеровская область, 3–9 сентября 2018 г.) по определению оптимальных характеристик подачи тушащего состава в зону горения с целью эффективной локализации низового лесного пожара. Результаты испытаний позволили определить минимальные необходимые объемы воды, а также размеры заградительных полос перед фронтом горения для эффективной локализации низовых верховых и комбинированных (смешанных) пожаров. Установлено, что при рациональной (распределенной во времени и пространстве подаче воды) можно локализовать горение при реальных низовых пожарах с использованием заградительных полос (в виде увлажненного слоя материала перед фронтом горения) размерами от 0.5 до 2 м (в зависимости от характеристик материала и скорости ветра). 13. Создана информационная база данных с теплофизическими (теплопроводность, теплоемкость, температуропроводность) и термокинетическими (энергия активации и предэкспоненциальный множитель для термического разложения и окисления) характеристиками лесных горючих материалов (ЛГМ): хвои сосны, листьев березы, клена, липы, осины, веточек и коры березы, соломы, травы, смеси лесных горючих материалов с разной относительной массовой концентрацией (в соответствии с типичными лесными массивами Европы и Западной Сибири). Отличительными особенностями выполненной работы являются изучение этих характеристик для широкого диапазона температур (298–423 К), а также типичных смесей материалов. 14. Разработаны математические модели, учитывающие группу основных процессов: теплоперенос в слоях ЛГМ, грунте, водной полосе; термическое разложение материала; испарение воды; диффузионный массоперенос паров воды и продуктов термического разложения; газофазное горение парогазовой смеси. Данные модели могут быть усовершенствованы в дальнейшем в направлении учета группы дополнительных факторов, соответствующих условиям реальных лесных пожаров. В частности, предстоит учесть специфическое влияние ветра на пламенное горение и пиролиз материала, срыв с поверхности фрагментов ЛГМ, их перенос над пропитанным водой участком, взаимодействие с неподверженным термическому разложению материалом и формированием дополнительных локальных очагов возгораний. Основное, сделанное по результатам численного моделирования, заключение о механизме локализации пламенного горения и термического разложения ЛГМ связано с тем, что материал интенсивно пиролизуется (относительная доля прошедшего стадию термического разложения материала перед заградительной полосой достигает 80–90%). Таким образом, скорее всего, реальные перспективы имеют технологии локализации, основанные на комбинированном применении водных заградительных полос, т.е. достаточно подавить горение вблизи заградительной полосы. В результате образуется дополнительный буферный слой из выгоревшего материала, фронт горения не может преодолеть последний и далее расположенную заградительную полосу. 15. Подготовлены и направлены в редакции зарубежных и российских журналов 12 статей (из них 10 в издания, индексируемые в базах данных «Сеть науки» (Web of Science) или «Скопус» (Scopus)). Опубликованы – 6, приняты к опубликованию – 6. Поданы 2 заявки на патентование разработанных методик и моделей. Получены 4 свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ по результатам проектных исследований (группа физических и математических моделей). По результатам исследований готовятся статьи для отправки в журналы "Физика горения и взрыва", "Combustion science and technology" и "Applied Thermal Engineering". В этих итоговых для 2018 г. статьях представлены результаты экспериментов, выполненных на полигоне МЧС России для установления макроскопических закономерностей тепломассобменных процессов при локализации модельных очагов низовых лесных пожаров с применением заградительных полос в виде увлажненного слоя материала перед фронтами пламенного горения и пиролиза. Показано, что эффективные условия локализации и последующего подавления пламенного горения и термического разложения лесного горючего материала могут быть достигнуты при создании группы заградительных полос с разной шириной и глубиной промачивания материала. Установлены относительные показатели эффективности одной и комбинированных заградительных полос с учетом всех основных характеристик процессов подавления пламенного горения и термического разложения лесных горючих материалов. Выполнено прогнозирование необходимых и достаточных параметров заградительных полос (объем воды, ширина и глубина промоченного слоя материала, удельная плотность орошения) для очагов горения с разными габаритными размерами, соответствующими реальной практике пожаротушения. При сравнении результатов испытаний с ранними экспериментальными данными, полученными в лаборатории, установлены границы применимости последних и возможность выполнения адекватных оценок параметров заградительных полос в реальной практике при использовании в качестве оценочных значений (например, по соотношению объема воды и пиролизующегося ЛГМ, ширине полосы и характерным размерам фронта горения, времени распыления жидкости и длительности выгорания материала, скоростей распространения фронтов пиролиза и пламенного горения) лабораторных результатов исследований. Представлен прогностический математический аппарат (разработан по итогам анализа и обобщения выполненных экспериментов) для определения эффективных условий локализации (сдерживания) процессов пламенного горения и термического разложения типичных ЛГМ. 16. Выполнена апробация результатов на 8 конференциях: 6 устных секционных докладов,1 постерный доклад и 1 приглашенный пленарный. XII Международная конференция по Прикладной Математике и Механике в Аэрокосмической Отрасли, г. Алушта, Россия, 24–31 мая 2018; 16th International Heat Transfer Conference, Китай, 10–15 августа 2018 г.; Всероссийская конференция с элементами научной школы для молодых ученых «XXXIV Сибирский теплофизический семинар», посвящённой 85-летию академика А.К. Реброва, г. Новосибирск, Россия, 27–30 августа 2018 г.; III Всероссийская научная конференция «Теплофизика и физическая гидродинамика» с элементами школы молодых ученых, г. Ялта, Россия, 10-16 сентября 2018 г.; XXI Всероссийская научная конференция с международным участием «Сопряженные задачи механики реагирующих сред, информатики и экологии», г. Томск, Россия, 17–19 сентября 2018; Седьмая российская национальная конференция по теплообмену (РНКТ-7), г. Москва, Россия, 22–26 октября 2018 г.; X Всероссийская конференция «Горение топлива: теория, эксперимент, приложения» (с участием иностранных ученых), г. Новосибирск, Россия, 6–9 ноября 2018 г.; Всероссийская школа-конференция молодых ученых “Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики”, г. Новосибирск, Россия, 20-23 ноября 2018 г.

 

Публикации

1. А.К. Ребров, Г.В. Кузнецов, П.А. Стрижак Влияние удельного расхода воды на подавление пламенного горения и термического разложения лесных горючих материалов / Effect of Specific Water Consumption on Suppression of Combustion and Thermal Decomposition of Forest Combustible Materials Доклады Академии наук / Doklady Physics, Доклады Академии наук. 2018. Т. 483, № 4 / Doklady Physics, 2018, Vol. 63, No. 12, pp. 508–512 (год публикации - 2018) https://doi.org/10.1134/S1028335818120029

2. Антонов Д.В., Войтков И.С., Волков Р.С., Жданова А.О., Кузнецов Г.В., Хасанов И.Р., Шлегель Н.Е. Влияние специализированных добавок на эффективность локализации пламенного горения и термического разложения лесных горючих материалов Пожаровзрывобезопасность, 2018, Т. 27, № 9. С. 5-16 (год публикации - 2018) https://doi.org/10.18322/PVB.2018.27.09.5-16

3. Антонов Д.В., Кузнецов Г.В., Жданова А.О. Numerical investigation of localization and suppression of thermal decomposition of forest combustible materials using specialized water supply MATEC Web of Conferences, 194, 01033 (2018) (год публикации - 2018) https://doi.org/10.1051/matecconf/201819401033

4. Антонов Д.В., Осипов К.Ю., Хасанов И.Р. Experimental and Numerical Studies of Suppression of Forest Combustible Material Pyrolysis under Influence of Steam-Water Curtain MATEC Web of Conferences, 194, 01003 (2018) (год публикации - 2018) https://doi.org/10.1051/matecconf/201819401003

5. В.Е. Накоряков, Р.С. Волков, Г.В. Кузнецов, П.А. Стрижак Взрывной распад капель эмульсий на основе воды и нефтепродуктов в условиях огневой очистки / Explosive Decay of Emulsion Drops Based on Water and Oil Products under Conditions of High-Temperature Purification of Liquids Доклады Академии наук / Doklady Physics, Доклады АН. Физика. 2018, Vol. 483, No. 3 / Doklady Physics, 2018, V. 63, No. 11, pp. 462–466 (год публикации - 2018) https://doi.org/10.1134/S1028335818110101

6. Войтков И.С., Волков Р.С., Лутошкина О.С., Кузнецов Г.В. Temperature traces of water aerosols, water-based emulsions, solutions and slurries moving in a reversed flow of high-temperature gases EXPERIMENTAL THERMAL AND FLUID SCIENCE, 2018. V. 98. P. 20–29 (год публикации - 2018) https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2018.05.021

7. Волков Р.С., Жданова А.О., Кузнецов Г.В., Копылов Н.П., Хасанов И.Р. Изменение времен подавления пламенного горения и термического разложения лесных горючих материалов при использовании воды со специализированными примесями Пожарная безопасность, 2018. №3. C. 8–15 (год публикации - 2018)

8. Волков Р.С., Копылов Н.П., Кузнецов Г.В., Хасанов И.Р. Экспериментальное исследование процессов подавления пламенного горения и термического разложения лесных горючих материалов аэрозольными потоками жидкостей, растворов и эмульсий на основе воды / Experimental study of the processes ... Инженерно-физический журнал / Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2019 г. Т. 92, № 6 (год публикации - 2019)

9. Жданова А.О., Волков Р.С., Войтков И.С., Осипов К.Ю., Кузнецов Г.В. Suppression of forest fuel thermolysis by water mist International Journal of Heat and Mass Transfer, 2018. V. 126. P. 703–714 (год публикации - 2018) https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2018.05.085

10. Жданова А.О., Копылов Н.П., Кузнецов Г.В., Хасанов И.Р., Шлегель Н.Е. Экспериментальные исследования закономерностей разлета термически разлагающихся фрагментов лесных горючих материалов при падении не распыленного водяного массива в модельный очаг горения низового лесного пожара Пожарная безопасность, 2018, № 4. (год публикации - 2019)

11. Жданова А.О., Кралинова С.С., Кузнецов Г.В., Стрижак П.А. Теплофизические и термокинетические характеристики лесных горючих материалов / Thermophysical and thermokinetic characteristics of forest fuels Инженерно-физический журнал / Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2020 (год публикации - 2019)

12. Жданова А.О., Кузнецов Г.В., Няшина Г.С., Войтков И.С. Взаимодействие жидкостного аэрозоля с фронтом горения лесного горючего материала в условиях встречного потока воздуха / Interaction of a liquid aerosol with the combustion front of forest fuel in the conditions of a counter-flow of air Инженерно-физический журнал / Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2019, Т. 92, № 3 (год публикации - 2019)

13. Жданова А.О., Кузнецов Г.В., Стрижак П.А. Прогнозирование оптимальных условий локализации горения лесного массива при распылении воды во фронте горения -, 2018663265 (год публикации - )

14. Жданова А.О., Кузнецов Г.В., Стрижак П.А. Расчет параметров комбинированной подачи воды во фронте горения и перед ним для эффективной локализации горения -, 2018663141 (год публикации - )

15. Жданова А.О., Кузнецов Г.В., Стрижак П.А. Расчет характеристик процесса локализации горения лесного массива при подаче воды перед фронтом горения -, 2018663142 (год публикации - )

16. Жданова А.О., Стрижак П.А. Расчет основных параметров эффективной водяной заградительной полосы для локализации низовых лесных пожаров -, 2018663178 (год публикации - )

17. - Формула огня: томские ученые придумали «утюжок» для лесного пожара Региональное Информационное Агенство (RIATOMSK.RU), Интервью Кузнецова Гения Владимировича для Регионального Информационного Агенства (RIATOMSK.RU), 4 июля 2018 г. (год публикации - )


Аннотация результатов, полученных в 2019 году
Все запланированные на 2019 год работы выполнены. В соответствии с планом ниже кратко отмечены основные результаты: (I) Выделены условия и характеристики движения капель распыленной и не распыленной воды и других типичных огнетушащих составов на основе бентонита, бишофита, пенообразователей, смачивателей при сбросе перед фронтом и во фронте горения при разных схемах подачи жидкости в зону горения и термического разложения материала, а также перед этой зоной для создания заградительной полосы: массив, струя, аэрозоль. Основные результаты и выводы: капли размерами менее 150 мкм практически не измельчаются в процессе свободного падения; при относительной концентрации капель в аэрозольном облаке в диапазоне 8–12% их распределения по размерам не меняются в процессе свободного падения; размеры капель после прохождения 10 метров от точки сброса массивов, генерации струи и аэрозоля сопоставимы; размеры фрагментов жидкости, образующихся при трансформации массивов, струй и аэрозолей, отличаются существенно (в несколько раз) только при движении на расстоянии менее 3 метров; для аэрозольных потоков характерны процессы укрупнения капель за счет коагуляции между собой вследствие торможения в газовой среде. (II) Установлены условия эффективной локализации и подавления горения материала за счет комбинированных схем подачи во фронте и перед ним как однородных, так и существенно неоднородных составов (т.е. со специализированными добавками в виде бентонита, бишофита, пены и др.). Основные результаты и выводы: оптимальная (наименьший объем жидкости и размеры полос) комбинация полос для хвои – эмульсия пенообразователя и вода; оптимальная комбинация полос для листвы – суспензия бентонита и вода; оптимальная комбинация полос для смеси лесных материалов – эмульсия пенообразователя и суспензия бентонита. В реальной практике для создания заградительной полосы можно либо последовательно промачивать материал эмульсий и суспензий, либо использовать трехкомпонентные смеси. (III) Определены условия эффективной локализации горения хвойных подстилок, как наиболее опасных элементов очагов низовых лесных пожаров с учетом обеспечения минимального расходования воды в заградительной полосе. Основные результаты и выводы: распыление суспензий в заградительной полосе способствует уплотнению материала и препятствует прохождению фронта горения; эмульсия пенообразователя растекается по поверхности и глубинным слоям навески и препятствует доступу кислорода в зону горения; вода и растворы оказывают более эффективное влияние на локализацию горения за счет высокой теплоемкости и теплоты парообразования; наиболее эффективны условия локализации горения при использовании полосы, залитой бентонитом (массовая концентрация 5 %); наиболее эффективный способ подачи жидкости в полосу – распыление в виде аэрозоля. (IV) Установлены условия эффективной локализации верховых очагов горения при применении заградительных полос из существенно неоднородных жидкостных составов, т.е. при комбинировании воды с типичными для пожарных служб составами. Показано, что суспензия бентонита может быть использована для сбивания пламени, эмульсия пенообразователя – для промачивания глубинных слоев и исключения продвижения фронтов под слоем жидкости, вода и растворы эффективно локализуют горение в приповерхностных слоях за счет высоких значений теплоемкости и теплоты парообразования. (V) Определены необходимые и достаточные условия эффективной локализации комбинированных очагов горения при применении заградительных полос из существенно неоднородных жидкостных составов. Показано, что при комбинированных очагах горения можно использовать схемы локализации, соответствующие верховых и низовым очагам горения, но с учетом увеличенного тепловыделения, т.е. объем жидкости в заградительной полосе целесообразно увеличивать. (VI) Определены критические (предельные) условия по площади и скорости распространения лесных пожаров (с учетом характеристик материалов), при которых локализация затруднительна, опасна и нецелесообразна. Установлено, что предельные условия определяются вместимостью самолетов и вертолетов от 5 до 40 тонн, их количеством в зоне пожара, скоростью распространения фронтов горения и свойствами исследованных огнетушащих составов. Созданы таблицы с расчетными данными по предельным условиям для хвойных, лиственных и смешанных лесов. (VII) Выполнено тестирование предлагаемых подходов и методик на полигонах МЧС России с применением подъемных конвейерных платформ, распылительных многоярусных распределенных систем, нагнетателей воздуха разной мощности и ветровой нагрузки; апробированы результаты по критическим значениям заградительных полос, установленным в лаборатории. Показано, что результаты экспериментов в лаборатории отличаются от полевых опытов в пределах 30–40% по времени локализации горения и менее, чем на 20% по требуемому удельному объему жидкости и размерам заградительной полосы. Определены условия, при которых ветер может быть использован (т.е. положительно влиять) для локализации горения лесного массива. (VIII) Разработана группа физических и математических моделей локализации горения низовых лесных пожаров с применением заградительных полос, описывающих все исследованные экспериментально способы доставки жидкости перед и во фронт горения (на основе собственных программных кодов в среде Matlab и пакете Ansys Fluent с использованием эмпирических констант и зависимостей из экспериментов). Разработаны три группы моделей: аналитические, описывающие баланс энергии на границе заградительной полосы и фронта горения; на основе обыкновенных дифференциальных уравнений при использовании сформированной базы аппроксимационных выражений для основных характеристик исследованных процессов по полученным экспериментальным данным при применении разных компонентных составов жидкостей; одномерные, двумерные и пространственные модели на основе дифференциальных уравнений в частных производных для описания всех основных процессов тепломассопереноса, термического разложения, фазовых превращений и химического реагирования; численные модели процесса локализации горения при повышении скорости ветра и росте высоты пламени. (IX) Создана информационная база данных из аппроксимационных выражений для основных характеристик (размеры, объем жидкости, компонентный состав, время распыления, удельная плотность орошения и др.) заградительных полос и процесса локализации горения модельных низовых, верховых и комбинированных лесных пожаров на основе результатов лабораторных экспериментов, полевых испытаний и численного моделирования. (X) Создана и обобщена информационная база экспериментальных данных по теплофизическим и термокинетическим свойствам типичных лесных горючих материалов (хвоинки, листья, веточки, их смеси и др.) с использованием нескольких современных методик (ТГА, ДТА, вспышки, комбинированные методы при применении аналитических подходов, экспериментальных данных и др.) для определения этих свойств с целью повышения достоверности данных. (XI) Разработана и апробирована методика использования результатов лабораторных экспериментов по установлению эффективных условий локализации горения при установлении условий локализации реальных (крупномасштабных) низовых, верховых и комбинированных лесных пожаров. (XII) Опубликованы результаты исследований в ведущих российских и международных рецензируемых журналах: Process Safety and Environmental Protection; International Journal of Heat and Mass Transfer; Thermal Science; Journal of Engineering Thermophysics; Interfacial Phenomena and Heat Transfer; Инженерно-физический журнал / Journal of Engineering Physics and Thermophysics; Физика горения и взрыва / Combustion, Explosion and Shock Waves; Прикладная механика и техническая физика / Journal of Applied Mechanics and Technical Physics; Пожарная безопасность. В 2020 году запланирована работа над монографией (рабочее название «Применение авиации для локализации горения лесных массивов») с результатами исследований по проекту. Она готовится под авторством коллектива из ТПУ и ВНИИПО МЧС России. Краткое содержание готовящейся монографии: Введение; Глава 1. Свойства и характеристики лесных горючих материалов (Структура лесного опада; Структура лесного массива; Теплофизические характеристики; Термокинетические характеристики пиролиза и окисления); Глава 2. Авиационные методы локализации степных и низовых лесных пожаров (Трансформация капель жидкостей при сбросе с воздушных судов; Взаимодействие жидкостных составов с лесными материалами; Локализация горения степных и низовых лесных пожаров при орошении материалов с воздушных судов); Глава 3. Авиационные методы локализации верховых и комбинированных лесных пожаров (Унос капель жидкости восходящими потоками разогретого воздуха и продуктов сгорания; Продвижение жидкости вдоль стволов деревьев; Перспективные решения в области распределенной подачи жидкости в зону горения лесного массива); Глава 4. Применение заградительных полос в виде увлажненного лесного материала перед фронтом горения (Лабораторные экспериментальные исследования; Стендовые и полевые испытания; Математическое моделирование); Глава 5. Применение специализированных жидкостных составов для локализации горения лесных материалов (Растворы, суспензии и эмульсии; Многокомпонентные смеси); Заключение; Литература; Приложения (патенты на изобретения и описания программных приложений). (XIII) Получены свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ с основными моделями, созданными в 2019 г. по проекту: «Определение необходимых и достаточных размеров заградительной полосы и объема воды для локализации низовых, верховых и комбинированных очагов горения лесного массива»; «Расчет характеристик испарения капель огнетушащего жидкостного состава в потоке дымовых газов»; «Определение условий микро-взрывного вторичного измельчения капель многокомпонентных жидкостных составов в потоке высокотемпературных газов». (XIV) Выполнена апробация результатов исследований на авторитетных научных зарубежных и российских мероприятиях в г. Новосибирск, Томск, Москва, Санкт-Петербург, Ялта, Минск, Рим в виде устных выступлений и постерных докладов. (XV) Подготовлен отчет о выполнении проекта в 2019 г. и актуализирован план работы на 2020 г. Ключевой результат выполненных экспериментальных и теоретических исследований, а также математического моделирования в 2019 году состоит в том, что установлены минимальные объемы наиболее перспективных огнетушащих составов и высоты сброса для создания надежной заградительной полосы, позволяющей локализовать горение лесного массива. Например, для крупных очагов (на примере 10 м2): хвоя – ширина полосы 1.1 м, объем жидкости в полосе 1100 мл, сброшенный объем и минимальная высота при шлюзовом подходе (вода – 5400 мл и 21.3 м; эмульсия пенообразователя – 2500 мл и 10.1 м; раствор ОС-5 – 2800 мл и 11.5 м; раствор бишофита – 6300 мл и 25.7 м; суспензия бентонита – 12100 мл и 36.4 м), при капсульном подходе (вода – 3200 мл и 14.7 м; эмульсия пенообразователя – 2400 мл и 12.3 м; раствор ОС-5 – 2600 мл и 12.9 м; раствор бишофита – 3300 мл и 15.0 м; суспензия бентонита – 5000 мл и 22.3 м). При рассмотрении условий локализации горения лесных массивов площадью 100–200 м2 показано, что характерные объемы требуемых массивов жидкостей составляют 70–170 л, высоты сброса 115–260 м. Установлено, что при наличии в составе смеси ЛГМ хвои условия локализации определяются подавлением горения именно хвои. Поэтому все условия локализации, установленные для хвойных лесов, могут быть применимы при борьбе с пожарами в смешанных лесах. К отчету приложен коллаж с иллюстрацией основных этапов работы и графических результатов исследований по проекту в 2019 году: (1) Лабораторные эксперименты по изучению локализации горения ЛГМ разными компонентными составами; (2) Лабораторные эксперименты по изучению движения капель, струй и не распыленных массивов жидкостей с разным компонентным составом; (3) Лабораторные эксперименты по изучению скоростей испарения и растекания капель жидкостей с разным компонентным составом; (4) Полевые испытания; (5) Математическое моделирование; (6) Прогнозирование условий применения авиационной техники для создания заградительной полосы (с акцентом на большие площади горения лесного массива).

 

Публикации

1. Антонов Д.В., Атрошенко Ю.К., Копылов Н.П., Хасанов И.Р. Numerical simulation of entrainment of water fragments from the zone of localization of combustion and pyrolysis of forest fuel materials by air flow AIP Conference Proceedings, 2019. V. 2135. No 020003-1-010003-8 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1063/1.5120640

2. Антонов Д.В., Волков Р.С., Войтков И.С., Жданова А.О., Кузнецов Г.В. Влияние специализированных добавок и примесей в водном аэрозоле на условия подавления лесного пожара / Influence of special additives in a water aerosol on the suppression of a forest fire with it Инженерно-физический журнал / Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2018, Т. 91, № 5, С. 1318–1327 / 2018. V. 91, No 5. P. 1250-1259 (год публикации - 2018) https://doi.org/10.1007/s10891-018-1855-3

3. Антонов Д.В., Жданова А.О., Кузнецов Г.В., Копылов Н.П., Хасанов И.Р., Шлегель Н.Е. Характеристики разлета фрагментов пиролизующихся лесных горючих материалов перед заградительной полосой при воздействии воздушного потока Инженерно-физический журнал / Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2020, Т. 93, № 1. С. 1-8. (год публикации - 2020)

4. Атрошенко Ю.К., Кузнецов Г.В., Стрижак П.А., Волков Р.С. Protective lines for suppressing the combustion front of forest fuels: experimental research Process Safety and Environmental Protection, 2019. Vol. 131. pp. 73–88 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1016/j.psep.2019.09.006

5. Волков Р.С., Копылов Н.П., Кузнецов Г.В., Хасанов И.Р. Экспериментальное исследование процессов подавления верхового и низового лесных пожаров / An experimental study of the processes of suppression of upper and lower forest fires Инженерно-физический журнал / Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2019, Т. 92, № 6. С. 1-14 (год публикации - 2019)

6. Волков Р.С., Кузнецов Г.В., Пискунов М.В., Стрижак П.А. Using planar laser-induced fluorescence to study the phase transformations of two-component liquid and suspension droplets Interfacial Phenomena and Heat Transfer, 2018. V. 6. No. 4, P. 377–389. (год публикации - 2018) https://doi.org/10.1615/InterfacPhenomHeatTransfer.2019030662

7. Волков Р.С., Кузнецов Г.В., Стрижак П.А. Experimental determination of the fire-break size and specific water consumption for effective containment and complete suppression of the front propagation of a typical local wildfire Прикладная механика и техническая физика / Journal of Applied Mechanics and Technical Physics, 2019, Т. 60, № 1. С. 79–93 / 2019. V. 60. P. 68–79 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1134/S0021894419010103

8. Жданова А.О., Войтков И.С., Копылов Н.П., Кузнецов Г.В., Хасанов И.Р., Шлегель Н.Е. Локализация термического разложения типичных лесных горючих материалов при образовании буферных полос за счет встречного пала и пролива воды Пожарная безопасность, 2019, № 1. С. 27-34 (год публикации - 2019)

9. Жданова А.О., Кузнецов Г.В., Волков Р.С., Хасанов И.Р. Suppressing the thermal decomposition of forest fuel using the different water spraying schemes Thermal Science, 2019. V. 23. P. 3263–3273. (год публикации - 2019) https://doi.org/10.2298/TSCI180421006Z

10. Жданова А.О., Кузнецов Г.В., Стрижак П.А. Experimental Study of Regularities in Suppression of Flame Combustion and Thermal Decomposition of Forest Combustible Materials Using Aerosols of Different Dispersiveness Journal of Engineering Thermophysics, 2019. V. 28. No.1, P. 43-55. (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1134/S1810232819010041

11. Копылов Н.П., Кузнецов А.Е., Кузнецов Г.В., Сушкина Е.Ю., Карпов В.Н. Аналитическое описание спектров капель воды, сбрасываемой с самолета при тушении пожара Пожарная безопасность, 2019, Т. 96, № 3. С.26-30. (год публикации - 2019)

12. Антонов Д.В., Кузнецов Г.В., Стрижак П.А. Определение условий микро-взрывного вторичного измельчения капель многокомпонентных жидкостных составов в потоке высокотемпературных газов -, 2019619753 (год публикации - )

13. Кузнецов Г.В., Стрижак П.А. Расчет характеристик испарения капель огнетушащего жидкостного состава в потоке дымовых газов -, 2019619754 (год публикации - )

14. Кузнецов Г.В., Стрижак П.А. Определение необходимых и достаточных размеров заградительной полосы и объема воды для локализации низовых, верховых и комбинированных очагов горения лесного массива -, 2019619752 (год публикации - )


Аннотация результатов, полученных в 2020 году
Все запланированные на 2020 г. работы по проекту выполнены в полном объеме. В частности: 1. Проведены экспериментальные исследования по локализации горения модельных низовых, верховых и комбинированных очагов лесных пожаров (на основе хвои, листьев, веточек, их смеси) с применением составов на основе воды и добавок антипиренов: (1) Лабораторные эксперименты по изучению локализации горения ЛГМ разными компонентными составами; (2) Лабораторные эксперименты по изучению движения капель, струй и не распыленных массивов жидкостей с разным компонентным составом; (3) Лабораторные эксперименты по изучению скоростей испарения и растекания капель жидкостей с разным компонентным составом; (4) Полевые испытания с крупногабаритными модельными очагами; (5) Математическое моделирование; (6) Прогнозирование условий применения авиационной техники для создания заградительной полосы. 2. Разработаны физические и прогностические математические модели для описания процессов подавления пламенного горения и прекращения термического разложения лесных горючих материалов в условиях низовых, верховых и смешанных пожаров при тушении по их кромке (распылении воды перед фронтом и во фронте горения). 3. Разработаны модели дробления капель воды и сжатия капельных потоков при их движении перед фронтом горения (в режиме нестационарного и стационарного высокотемпературного нагрева и интенсивной вынужденной конвекции в соответствии с реальными условиями тепломассопереноса перед фронтом лесного пожара различной категории). 4. Проведено численное моделирование исследуемых тепломассообменных процессов в условиях интенсивных фазовых превращений (во фронте горения, перед ним, а также на разных удалениях от него для определения условий эффективного снижения температуры в зоне пожара при достижении фронтом горения заградительной водоаэрозольной, пленочной или паровой полосы). 5. Выполнено тестирование предлагаемых подходов и методик с вычисленными параметрами подачи воды перед фронтом лесных пожаров (низовых, верховых, комбинированных) одиночными и группой установок, имитирующих работу воздушных судов (самолетов и вертолетов), для модельных очагов возгораний на полигоне ВНИИПО МЧС России и полигоне ТПУ в Томской области. 6. Определены границы применимости разработанных моделей и выделены корректирующие методы с целью анализа основных закономерностей исследуемых процессов и учета влияния значимых внешних и внутренних факторов. 7. Разработан комплекс технических решений для распределенной во времени и в пространстве подачи воды перед фронтом и во фронте горения в зависимости от основных характеристик лесного пожара (категория, площадь, высота пламени и др.). 8. Сформулированы практические рекомендации для специалистов пожарных служб по использованию результатов проекта 2018–2020 гг. 9. Разработаны совместные с сотрудниками ВНИИПО МЧС России программы обучения специалистов для эффективного тушения лесных пожаров в условиях ограниченных ресурсов (воды, времени, самолетов, их аэродинамических характеристик и др.). 10. Результаты исследований опубликованы в ведущих российских и международных рецензируемых изданиях (в соответствии с взятыми обязательствами), в том числе в журналах 1 квартиля по Web of Science. 11. Опубликована монография с результатами проектных исследований. 12. Получены 3 свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ. 13. Выполнена апробация результатов исследований на ведущих научных зарубежных и российских мероприятиях (в очном и дистанционном режиме, устные и постерные доклады). 14. Подготовлен итоговый отчет о выполнении проектных исследований. 15. Разработана программа продолжения исследований на 2021-2022 г. (подготовлена заявка на продление проекта). 16. Подготовлен комплект материалов в виде заявки на получение Премии Правительства РФ в области науки, техники и технологий за разработанные научные основы технологий тушения и локализации низовых, верховых и смешанных лесных пожаров при применении распределенных во времени и пространстве потоков огнетушащих жидкостей, позволяющих минимизировать время тушения, необходимый объем жидкости и вредное воздействие на окружающую среду.

 

Публикации

1. Антонов Д.В., Жданова А.О., Шлегель Н.Е., Войтков И.С., осипов К.Ю., Кузнецов Г.В., Волков Р.С. Features of propagation of droplets of water and special water-based compositions in a sample of forest fuel material Thermal Science, Vol. 23, P. 3339–3350 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.2298/TSCI181004027A

2. Волков Р.С., Кузнецов Г.В., Осипов К.Ю., Хасанов И.Р. Определение плотности и интенcивности орошения лесного горючего материала перед фронтом горения при создании эффективной заградительной полосы Журнал технической физики / Journal of Applied Physics, Т. 90, вып. 4. С. 581–585 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.21883/JTF.2020.04.49080.314-18

3. Волков Р.С., Кузнецов Г.В., Стрижак П.А. Подавление термического разложения и пламенного горения конденсированных веществ ... / Suppression of Flaming Combustion and Thermal Decomposition of Condensed Matter at Different Heights of the Beginning of Water Array Motion Физика горения и взрыва / Combustion, Explosion and Shock Waves, Т.56, №1. С. 95-104 https://doi.org/10.15372/FGV20200110 / Vol. 56 (1). P. 83-91 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1134/S0010508220010104

4. Г.В. Кузнецов, А.Г. Исламова, Е.Г. Орлова, П.А. Стрижак, Д.В. Феоктистов Physicochemical features of the effect of special water-based fire retardants on forest materials Fire Safety Journal, Vol. 123, 103371 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1016/j.firesaf.2021.103371

5. Жданова А.О., Войтков И.С., Кузнецов Г.В., Хасанов И.Р., Шлегель Н.Е., Копылов Н.П. Условия локализации низовых, смешанных и верховых лесных пожаров с применением заградительной полосы / Localization of Ground, Crown, and Combined Forest Fires with the Use of a Barrier Strip Инженерно-физический журнал / Journal of Engineering Physics and Thermophysics, Т. 93. № 3. С. 646–654 / 93(3). P. 626–634 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1007/s10891-020-02160-1

6. И.С. Войтков, Г.В. Кузнецов, П.А. Стрижак The critical atomization conditions of high-potential fire suppressant droplets in an air flow Powder Technology, Vol. 384, P. 505-521 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1016/j.powtec.2021.02.039

7. Исламова А., Кропотова С., Ткаченко П., Войтков И., Кузнецов Г. Transformation of initially unatomized fire extinguishing liquid arrays at free fall from different heights Atomization and Sprays, - (год публикации - 2020)

8. Копылов Н.П., Кузнецов А.Е., Кузнецов Г.В., Сушкина Е.Ю., Карпов В.Н. Моделирование авиационного способа тушения лесных пожаров Пожарная безопасность, № 4 (97). С. 32–41 (год публикации - 2019)

9. Кузнецов Г.В., Войтков И.С., Кралинова С.С., Атрошенко Ю.К. Heat transfer and phase transformations in the localization of forest fuel combustion Interfacial Phenomena and Heat Transfer, Vol. 7(2), P. 167–195 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1615/InterfacPhenomHeatTransfer.2019031564

10. Кузнецов Г.В., Жданова А.О., Стрижак П.А., Атрошенко Ю.К. Влияние способа подачи воды в зону лесного пожара на эффективность его тушения / Influence of the method of water supply to the zone of a forest fire on the efficiency of its extinguishing Инженерно-физический журнал / Journal of Engineering Physics and Thermophysics, - (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1007/s10891-020-02251-z

11. Кузнецов Г.В., Кралинова С.С., Войтков И.С., Исламова А.Г. Rates of High-Temperature Evaporation of Promising Fire-Extinguishing Liquid Droplets Applied Sciences (Switzerland), Vol. 9, Issue 23, 5190 (год публикации - 2019) https://doi.org/10.3390/app9235190

12. Кузнецов Г.В., Кропотова С.С., Исламова А.Г., Романов Д.С. Influence of forest fuel structure on thermophysical characteristics Powder Technology, Vol. 366. P. 832–839 (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1016/j.powtec.2020.03.031

13. Войтков И.С., Стрижак П.А., Кузнецов Г.В. Применение компонентных составов для локализации горения лесных массивов Тезисы докладов «XXXVI Сибирский теплофизический семинар, посвящённый 70-летию академика Алексеенко Сергея Владимировича», Новосибирск, - (год публикации - 2020)

14. Кондаков А.А. Numerical simulation of the heat transfer process in a layer of moist forest combustible material with radiant heating of its surface by sources of different heights AIP Conference Proceedings, - (год публикации - 2019) https://doi.org/10.1063/1.5120667

15. Кондаков А.А. Mathematical modeling of heat transfer in forestry combustible material with a water barrage AIP Conference Proceedings, - (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1063/5.0001265

16. Кондаков А.А., Кузнецов Г.В., Стрижак П.А. Математическое моделирование тепломассопереноса в области перед фронтом лесного пожара Материалы XIII Международной конференции по прикладной математике и механике в аэрокосмической отрасли (AMMAI'2020), Крым, - (год публикации - 2020)

17. Кузнецов Г.В., Войтков И.С., Волков Р.С., Атрошенко Ю.К., Стрижак П.А. Experimental studies of the localization of combustion of forest fuel material using a water barrier line International Scientific Conference on Woods & Fire Safety, - (год публикации - 2020) https://doi.org/10.1007/978-3-030-41235-7_49

18. Кондаков А.А., Кузнецов Г.В., Исламова А.Г. Прогностическое моделирование времени полного испарения огнетушащих жидкостей из заградительной полосы лесного горючего материала при разной высоте пламени -, 2020614826 (год публикации - )

19. Кондаков А.А., Кузнецов Г.В., Исламова А.Г. Расчет минимальной протяженности заградительной полосы в лесном горючем материале, обеспечивающей локализацию горения низового пожара -, 2020614651 (год публикации - )

20. Кондаков А.А., Кузнецов Г.В., Исламова А.Г. Определение времени испарения огнетушащих жидкостей из заградительной полосы в условиях ветровой нагрузки -, 2020614623 (год публикации - )


Возможность практического использования результатов
Результаты исследований по проекту в 2018-2020 гг. могут (и определенная часть уже задействована) использоваться в нескольких направлениях: 1. При разработке методик, способов и подходов к локализации и тушению лесных пожаров специалистами МЧС России (получены соответствующие акты о внедрении и использовании). 2. При обучении специалистов МЧС России и других ведомств в области локализации и тушению лесных пожаров. 3. В вузах при обучении студентов, магистрантов и аспирантов по группе направлений и специальностей, связанных с физикой горения и взрыва, теплофизическими процессами и превращениями, лесным хозяйством и др. 4. При проведении фундаментальных и прикладных исследований в области взаимодействия капель и пленок жидкости с пиролизующимися материалами. 5. При развитии отечественных технологий создания специализированных добавок к воде для локализации и тушения низовых, верховых и комбинированных лесных пожаров.