Экспериментально-теоретическое исследование процессов формирования, динамики и тепломассообмена облака капель в поле силы тяжести

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 проекта 22-19-00307

НазваниеЭкспериментально-теоретическое исследование процессов формирования, динамики и тепломассообмена облака капель в поле силы тяжести

Руководитель Архипов Владимир Афанасьевич, Доктор физико-математических наук

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

Конкурс №68 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-105 - Газо- и гидродинамика технических и природных систем

Ключевые слова двухфазный поток, объем жидкости, жидко-капельное аэрозольное облако, гравитационное осаждение, коэффициент сопротивления, высокотемпературная среда, авиационное пожаротушение, экспериментальное исследование, численное моделирование

Код ГРНТИ30.17.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Формирование, гравитационное осаждение и тепломассообмен жидких частиц дисперсной фазы являются ключевыми процессами в целом ряде практических задач, связанных с двухфазными течениями. В частности, к ним относятся задача оценки и прогнозирования загрязнения окружающей среды при аварийном сбросе ракетного топлива, задача моделирования процесса получения и движения частиц в плазменном потоке, задача моделирования процесса сброса хладагента в очаг пожара при авиационном пожаротушении с целью повышения экономической эффективности технологии процесса. Разработка оптимальных режимов использования средств авиации для тушения пожаров с учетом реальных условий на основе закономерностей осаждения жидко-капельного облака и его взаимодействия со средой вблизи очага пожара является актуальной научно-практической задачей. Ввиду сложности процесса разрушения объема жидкости теоретическое описание не позволяет получить приемлемых для практики рекомендаций по высоте образования и характеристикам первичного облака капель. Перспективным подходом является моделирование на основе экспериментальных исследований на специальных установках с последующим обобщением результатов в виде критериального уравнения, включающего числа Рейнольдса, Вебера, Бонда, Фруда и соответствующие симплексы. Целью проекта является получение новых фундаментальных знаний о формировании, динамике и тепломассообмене при гравитационном осаждении жидко-капельного облака в высокотемпературной среде, образованного при разрушении жидкостного ядра, и создание на основе эмпирических соотношений программного комплекса, предназначенного для расчета параметров осаждения жидкостного ядра в атмосфере с заданными начальными условиями и параметрами внешнего потока с возможностью его применения к практической задаче повышения эффективности технологии тушения пожаров сбросом тушащего хладагента с авиационного судна и другим прикладным задачам. В заявленном проекте будет проведено комплексное исследование, предполагающее проведение как экспериментального, так и численного моделирования изучаемого процесса. При этом впервые при моделировании будут исследованы и обобщены одновременно три стадии процесса осаждения жидкостного ядра в двухфазном потоке: формирование первичного аэрозольного облака, осаждение облака капель в изотермических условиях и взаимодействие жидко-капельного облака с высокотемпературной средой. Для реализации проекта будут использованы разработанные и запатентованные заявителями проекта методики и установки: 1. для создания группы капель будет использовано оригинальное устройство: Архипов В.А., Коноваленко А.И., Маслов Е.А., Перфильева К.Г., Поленчук С.Н., Золоторев Н.Н. Способ получения потока капель с регулируемым дисперсным составом: Патент РФ 2690802 // 2019. Бюл. № 16. С.11. 2. для исследования влияния неизотермичности на динамику облака капель будет использован способ определения скорости испарения группы капель, включающий измерение изменения размера капель при их прохождении через вертикально расположенный полый цилиндрический нагреватель (Архипов В.А., Коноваленко А.И., Басалаев С.А., Золоторев Н.Н., Перфильева К.Г., Усанина А.С. Способ определения скорости испарения группы капель: Патент РФ 2724140 // 2020. Бюл. № 18). 3. для исследования динамики разрушения объема жидкости при свободном падении в воздухе будет использована специальная установка: Архипов В.А., Басалаев С.А., Булавко А.М., Перфильева К.Г., Поленчук С.Н., Золоторёв Н.Н. Установка для исследования динамики разрушения сферического макрообъема жидкости при свободном падении в воздухе: Патент РФ 2705965 // 2019. Бюл. № 32. Научная новизна предлагаемого проекта заключается в следующем. Во-первых, проект направлен на получение новых знаний о закономерностях гравитационного осаждения жидко-капельного аэрозоля в изотермических и усложненных условиях с учетом закономерностей формирования начального облака полидисперсных капель. Во-вторых, проблема, на решение которой направлен проект, исследуется комплексно – экспериментально и численно. В-третьих, впервые при моделировании будут исследованы и обобщены одновременно три стадии процесса гравитационного осаждения жидкостного ядра в двухфазном потоке. Наконец, в-четвертых, решение поставленных задач проекта расширит представления о динамике двухфазных потоков в области газо- и гидродинамики технических и природных систем.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Матвиенко О.В., Архипов В.А., Данейко О.И., Усанина А.С., Басалаев С.А., Булавко А.М. МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ОРОШЕНИЯ ПОДСТИЛАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ АВИАЦИОННОМ ТУШЕНИИ ПОЖАРОВ JOURNAL OF ENGINEERING PHYSICS AND THERMOPHYSICS (год публикации - 2023)

2. Архипов В.А., Басалаев С.А., Золоторёв Н.Н., Перфильева К.Г., Усанина А.С. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОРОШЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ СБРОСЕ ХЛАДАГЕНТА В ОЧАГ ПОЖАРА XXVI Всероссийский семинар с международным участием по струйным, отрывным и нестационарным течениям: Материалы докладов. Санкт-Петербург, 27 июня – 1 июля 2022 года., стр. 27-28 (год публикации - 2022)

3. Архипов В.А., Басалаев С.А., Золоторёв Н.Н., Перфильева К.Г., Усанина А.С. ВЛИЯНИЕ ВНЕШНЕГО ВОЗДУШНОГО ПОТОКА НА ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОСАЖДЕНИЯ И ИСПАРЕНИЯ МОНОДИСПЕРСНОГО КЛАСТЕРА КАПЕЛЬ Тезисы докладов Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодых учёных XXXVIII «Сибирский теплофизический семинар», посвящённой 65-летию Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН. 29–31 августа 2022 г., Новосибирск., стр. 10 (год публикации - 2022)

4. Архипов В.А., Матвиенко О.В., Басалаев С.А., Золоторёв Н.Н., Перфильева К.Г., Усанина А.С. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ОРОШЕНИЯ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ ГРАВИТАЦИОННОМ ОСАЖДЕНИИ ЖИДКО-КАПЕЛЬНОГО АЭРОЗОЛЯ Тезисы докладов VII Всероссийской научной конференции с элементами школы молодых ученых «Теплофизика и физическая гидродинамика» и научной молодёжной школы «Теплофизика и физическая гидродинамика: современные вызовы».5-14 сентября 2022г, Сочи., стр. 57 (год публикации - 2022)

5. Архипов В.А., Басалаев С.А., Золоторёв Н.Н., Перфильева К.Г., Усанина А.С. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ ОСАЖДЕНИЯ ЖИДКО-КАПЕЛЬНОГО АЭРОЗОЛЬНОГО ОБЛАКА Тезисы докладов VII Всероссийской научной конференции с элементами школы молодых ученых «Теплофизика и физическая гидродинамика» и научной молодёжной школы «Теплофизика и физическая гидродинамика: современные вызовы».5-14 сентября 2022г, Сочи., стр. 58 (год публикации - 2022)

6. Архипов В.А., Басалаев С.А., Золоторёв Н.Н., Перфильева К.Г., Усанина А.С. ДИНАМИКА ОСАЖДЕНИЯ МОНОДИСПЕРСНОГО КЛАСТЕРА КАПЕЛЬ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ВНЕШНЕГО ВОЗДУШНОГО ПОТОКА Аэрозоли Сибири. XXIX Конференция : Тезисы докладов., стр. 30 (год публикации - 2022)

7. Архипов В.А., Басалаев С.А., Матвиенко О.В., Перфильева К.Г., Усанина А.С. Генерация и эволюция жидко-капельного аэрозольного облака в поле силы тяжести Томск: Издательство Томского государственного университета., 264 с. (год публикации - 2022)

8. Архипов В.А., Басалаев С.А., Золоторёв Н.Н., Перфильева К.Г., Усанина А.С. Влияние коэффициента поверхностного натяжения на динамику осаждения кластера капель XХIII Зимняя школа по механике сплошных сред Пермь, 13 – 17 февраля 2023г. Тезисы докладов., стр. 30 (год публикации - 2023)

9. Архипов В.А., Басалаев С.А., Золоторёв Н.Н., Перфильева К.Г., Усанина А.С. Влияние восходящего потока воздуха на гравитационное осаждение кластера капель Проблемы механики: теория, эксперимент и новые технологии : Тез. докл. XVII Всерос. конф. молодых ученых 26 февраля — 6 марта 2023 г., Новосибирск — Шерегеш / под ред. Е. И. Крауса; Новосиб. гос. ун-т., стр. 18 (год публикации - 2023)

10. Архипов В.А., Басалаев С.А., Золоторёв Н.Н., Перфильева К.Г. Исследование гравитационного осаждения монодисперсного кластера капель Задачи со свободными границами: теория, эксперимент и приложения: тезисы докладов VIII Всероссийской конференции с международным участием (3–7 июля 2023 г.)., стр. 47-49 (год публикации - 2023)

11. Архипов В.А., Басалаев С.А., Золоторев Н.Н., Перфильева К.Г., Усанина А.С. Экспериментальное исследование процесса осаждения монодисперсного кластера капель при воздействии восходящего потока воздуха Сборник докладов Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодых учёных «XXXIX Сибирский теплофизический семинар», посвящённой 90-летию академика А.К. Реброва, которая проводилась 28–31 августа 2023 года в Новосибирске., стр. 123 (год публикации - 2023)

12. Архипов В.А., Басалаев С.А., Золоторёв Н.Н., Перфильева К.Г., Усанина А.С. Метод экспериментального исследования скорости испарения монодисперсного кластера капель Сборник докладов Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодых учёных «XXXIX Сибирский теплофизический семинар», посвящённой 90-летию академика А.К. Реброва, которая проводилась 28–31 августа 2023 года в Новосибирске., стр. 124 (год публикации - 2023)

13. Архипов В.А., Басалаев С.А., Золоторёв Н.Н., Матвиенко О.В., Перфильева К.Г., Усанина А.С. Моделирование эволюции облака капель при свободном падении в поле силы тяжести Материалы XXIII Международной конференции по вычислительной механике и современным прикладным программным системам (ВМСППС’2023), 4–10 сентября 2023 г., Дивноморское, Краснодарский край, стр. 294-295 (год публикации - 2023)

14. Архипов В.А., Басалаев С.А., Золоторёв Н.Н., Матвиенко О.В., Перфильева К.Г., Усанина А.С. Modeling of the droplets cluster parameters at suppression fire by aviation technology Book of Abstracts of the 10th International Seminar on Flame Structure, Novosibirsk, Russia, October 9-13, 2023., стр. 21. (год публикации - 2023)

15. Архипов В.А., Басалаев С.А., Перфильева К.Г., Поленчук С.Н., Романдин И.В., Усанина А.С. Влияние концентрации капель на коэффициент сопротивления жидко-капельного аэрозольного облака Аэрозоли Сибири. Юбилейная XXX конференция: Тезисы докладов., стр. 26 (год публикации - 2023)

16. Архипов В.А., Костюшин К.В., Матвиенко О.В., Перфильева К.Г. Плотность орошения подстилающей поверхности при сбросе жидко-капельного аэрозоля Аэрозоли Сибири. Юбилейная XXX конференция: Тезисы докладов., стр. 27 (год публикации - 2023)

17. Архипов В.А., Басалаев С.А., Золоторев Н.Н., Перфильева К.Г., Усанина А.С. Experimental study of the process of gravitational settling of a monodisperse cluster of drops under the influence of an external air flow E3S Web of Conferences, Vol. 459, 04003 (год публикации - 2023)
10.1051/e3sconf/202345904003

18. Архипов В.А., Басалаев С.А., Золоторёв Н.Н., Перфильева К.Г., Усанина А.С. Динамика осаждения кластера монодисперсных капель ПИСЬМА В ЖУРНАЛ ТЕХНИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ (год публикации - 2024)

19. Архипов В.А., Басалаев С.А., Перфильева К.Г., Поленчук С.Н., Романдин В.И. Экспериментальное исследование распада вертикальной жидкой струи «Вестник Томского государственного университета. Математика и механика» («Vestnik Tomskogo Gosudarstvennogo Universiteta, Matematika i Mekhanika») (год публикации - 2024)

20. В.А. Архипов, К.В. Костюшин, В.И. Романдин, К.Г. Перфильева, А.В. Юстус METHOD FOR SIMULATION OF DISCHARGE OF COOLING AGENT DURING FIRE EXTINGUISHING International Conference on the Methods of Aerophysical Research, Novosibirsk, Russia, July, 1 – 5, 2024: Abstracts. Pt. II / Ed. E.I. Kraus; Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation: on [et al.]. – Novosibirsk: SB RAS, 2024.– 215 p., Т. 2., стр. 12-13 (год публикации - 2024)
10.53954/9785604990148_12

21. Архипов В.А., Басалаев С.А., Золоторёв Н.Н., Перфильева К.Г., Романдин В.И. Стенд для экспериментального исследования динамики осаждения облака бидисперсных капель Приборы и техника эксперимента (год публикации - 2025)

22. Чадин Ю.М., Марунченко Л.Ю., Костюшин К.В., Петров Д.С., Юстус А.В. Разработка экспериментальной БАС для моделирования сброса хладагента при тушении пожаров Беспилотные аппараты "БПЛА-2024" : сборник статей Международного молодежного форума, Минск, 22-26 апреля 2024 г. / Белорусский государственный технологический университет; от. за изд. И.В. Войтов. Минск : БГТУ, 2024. - 294 с., стр. 66-70 (год публикации - 2024)

23. Архипов В.А., Золоторёв Н.Н., Матвиенко О.В., Перфильева К.Г., Романдин В.И. Исследование процесса испарения бидисперсного облака капель Сборник докладов Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодых учёных "XL Сибирский теплофизический семинар", посвященной 110-летию со дня рождения С.С. Кутателадзе и 300-летию Российской академии наук, которая проводилась 20–23 августа 2024 года в Новосибирске., стр. 253 (год публикации - 2024)

24. Ю.М. Чадин, Л.Ю. Марунченко, Д.С. Петров Методика моделирования сброса хладагента при тушении пожаров Перспективы развития фундаментальных наук : сборник трудов XХI Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Томск, 23–26 апреля 2024 г.) : в 7 томах. Том 1. Физика / под ред. И.А. Курзиной, Г.А. Вороновой. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2024., Том 1, стр. 347-349. (год публикации - 2024)

25. В.А. Архипов, С.А. Басалаев, К.В. Костюшин, Е.Л. Лобода, О.В. Матвиенко, К.Г. Перфильева, В.И. Романдин, А.С. Усанина Моделирование сброса жидкого хладагента при авиационном тушении пожаров «ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. ФИЗИКА» (год публикации - 2024)

26. В.А. Архипов, С.А. Басалаев, О.В. Матвиенко, К.Г. Перфильева, В.И. Романдин METHOD FOR STUDYING THE LAWS OF THE DROPS EVAPORATION IN CONVECTIVE AIR FLOW International Conference on the Methods of Aerophysical Research, Novosibirsk, Russia, July, 1 – 5, 2024: Abstracts. Pt. II / Ed. E.I. Kraus; Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation: on [et al.]. – Novosibirsk: SB RAS, 2024. – 215 p., Т. 2, стр. 14-15 (год публикации - 2024)
10.53954/9785604990148_14

27. В.А. Архипов, К.В. Костюшин, Е.Л. Лобода, О.В. Матвиенко, Л.Ю. Марунченко, К.Г. Перфильева, Ю.М. Чадин, А.В. Юстус Отработка методики моделирования технологии авиационного тушения пожаров Аэрозоли Сибири. XXXI конференция: Тезисы докладов. — Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2024. — 73 с., стр. 21-22 (год публикации - 2024)

28. В.А. Архипов, С.А. Басалаев, Н.Н. Золоторёв, К.Г. Перфильева, В.И. Романдин Исследование процессов каплеобразования при распаде вертикальной жидкой струи Аэрозоли Сибири. XXXI конференция: Тезисы докладов. — Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2024. — 73 с., стр. 22 (год публикации - 2024)

29. Архипов В.А., Басалаев С.А., Борзенко Е.И., Золоторёв Н.Н., Перфильева К.Г., Усанина А.С., Чуркин Р.А., Шрагер Г.Р. Динамика кластера деформируемых дисперсных частиц Архипов В.А., Басалаев С.А., Борзенко Е.И., Золоторёв Н.Н., Перфильева К.Г., Усанина А.С., Чуркин Р.А., Шрагер Г.Р. Динамика кластера деформируемых дисперсных частиц. – Томск : Издательство Томского государственного университета, 2024., 192 с. (год публикации - 2024)

30. В.А. Архипов, С.А. Басалаев, Н.Н. Золоторёв, К.Г. Перфильева, А.С. Усанина Испарение кластера жидкости в высокотемпературной среде Сборник материалов XVII Минского международного форума по тепло- и массообмену. 20-24 мая 2024 г., Республика Беларусь, г. Минск., 163-165 с. (год публикации - 2024)

31. Золоторев Н.Н., Архипов В.А., Басалаев С.А., Матвиенко О.В., Перфильева К.Г. Метод исследования скорости испарения кластера капель в конвективном потоке нагретого воздуха Проблемы механики: теория, эксперимент и новые технологии : Тез. докл. XVIII Всерос. конф. молодых ученых 10–18 марта 2024 г., Новосибирск — Шерегеш / под ред. Е.И. Крауса; Ин-т теор. и прикл. механики им. С.А. Христиановича СО РАН ; Центр. аэрогидродинам. ин-т им. проф. Н.Е. Жуковского ; Кузбасский гос. техн. ун-т им. Т.Ф. Горбачева. – Новосибирск : ИПЦ НГУ, 2024., с. 61-62 (год публикации - 2024)
10.25205/978-5-4437-1597-1-61-62

32. В.А. Архипов, С.А. Басалаев, Н.Н. Золоторёв, К.Г. Перфильева, В.И. Романдин Settling and evaporation of a cloud of bidispersed drops in heated air TECHNICAL PHYSICS LETTERS (год публикации - 2025)

33. Матвиенко О.В., Архипов В.А., Романдин В.И., Данейко О.И., Басалаев С.А., Золоторев Н.Н. Динамика и испарение капель в восходящем конвективном потоке нагретого воздуха ИНЖЕНЕРНО-ФИЗИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ (год публикации - 2025)

34. Матвиенко О.В., Архипов В.А., Данейко О.И., Усанина А.С., Басалаев С.А., Булавко А.М. Mathematical Model of Calculation of the Surface Intensity of Feed of a Coolant in Aviation Extinguishing of Ground Forest Fires Journal of Engineering Physics and Thermophysics, Vol. 97, No. 4, July, 2024. Pp. 973-984. (год публикации - 2024)
10.1007/s10891-024-02967-2

35. Архипов В.А., Басалаев С.А., Золоторёв Н.Н., Перфильева К.Г., Романдин В.И. Закономерности гравитационного осаждения и испарения одиночной капли Сборник докладов Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодых учёных "XL Сибирский теплофизический семинар", посвященной 110-летию со дня рождения С.С. Кутателадзе и 300-летию Российской академии наук, которая проводилась 20–23 августа 2024 года в Новосибирске., стр. 68 (год публикации - 2024)

36. Архипов В.А., Басалаев С.А., Золоторёв Н.Н., Перфильева К.Г., Усанина А.С., Романдин В.И. Метод экспериментального исследования динамики осаждения и испарения бидисперсного кластера капель Сборник тезисов докладов IX Всероссийской конференции «Теплофизика и физическая гидродинамика» (ТФГ2024) и научной молодёжной школы «Теплофизика и физическая гидродинамика: современные вызовы» (ТФГСВ2024), 8-15 сентября 2024 г, г. Сочи. - 2024., с. 37 (год публикации - 2024)

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Проведена адаптация физико-математической модели эволюции жидко-капельного облака в поле силы тяжести к практической задаче повышения эффективности технологии авиационного пожаротушения. Адаптация модели включает: 1. уточнение модели турбулентной диффузии атмосферы и динамики переноса капель в результате турбулентных пульсаций; 2. детальный учет размеров и формы очага пожара, интенсивности горения и вида горючих материалов; 3. учет влияния высоты пламени на структуру тепловой колонки и испарение капель; 4. проведение параметрических расчетов с целью оценки значимости влияния отдельных «элементарных» процессов и параметров на конечный результат расчетов; 5. модификация модели с учетом результатов проведенных оценок с целью возможности проведения расчетов в режиме реального времени. Разработана модифицированная программа расчета пространственного распределения плотности орошения с учетом физико-математической модели эволюции жидко-капельного облака в поле силы тяжести. Результаты параметрических расчетов показали хорошее соответствие с данными, приведенными в научных публикациях, а также с экспериментальными результатами, полученными при выполнении данного проекта. Критерием эффективности численной модели является хорошее согласие данных о плотности орошения по центру смоченной полосы с данными полевых исследований. Разработана методика моделирования технологии авиационного тушения пожаров путем использования беспилотного летательного аппарата (БПЛА), снабженного модельным водосливным устройством (МСУ). Данная методика предназначена для верификации разрабатываемых физико-математических моделей расчета пространственного распределения плотности орошения при сбросе хладагента с борта летательного аппарата, а также для тушения небольших очагов возгорания. Разработана экспериментальная беспилотная авиационная система, включающая в себя БПЛА с системой сброса жидкости, станцию внешнего пилота, линии управления и контроля, систему передачи телеметрии и систему фиксации необходимых для использования в расчетах исходных данных. Разработана методика, алгоритм и программно-аппаратная система управления БПЛА в автономном режиме при проведении экспериментов по определению плотности орошения подстилающей поверхности. Разработана методика, алгоритм и программно-аппаратная система управления сбросом жидкости с МСУ по командам, поступающим от оператора БПЛА. Разработано и изготовлено МСУ применительно к использованию на БПЛА для проведения модельных экспериментов Проведена отладка методики сброса жидкости с БПЛА с использованием МСУ. Система сброса жидкости с МСУ состоит из цилиндрического стакана, заполненного хладагентом, запорного клапана и тяги для открытия клапана, соединенной с сервоприводом. Цилиндрический стакан заполняется жидкостью. При передаче сигнала со станции внешнего пилота и срабатывании управляющего сервопривода происходит подъем запорного клапана и истечение жидкости. С целью выбора диаметра сливного отверстия МСУ проведена серия экспериментов по исследованию влияния начальных значений диаметра и скорости вертикальной струи жидкости на закономерности ее разрушения с образованием капельного облака. Разработана и отлажена методика экспериментального определения пространственного распределения плотности орошения при сбросе жидкости МСУ. Разработано и изготовлено уникальное экспериментальное оборудование для измерения плотности орошения, включающая секционную приемную емкость с ячейками, заполненными специально подобранным пористым материалом. На территории Томского аэроклуба ДОСААФ проведены полевые испытания МСУ для оценки плотности орошения заданного участка подстилающей поверхности. Сброс жидкости при полевых экспериментах осуществлялся с трех высот: 10, 12 и 14 метров. На каждую высоту проводилось от 3 до 5 дублирующих опытов для повышения надежности результатов. Анализ результатов полевых исследований показал, что по мере увеличения высоты сброса максимальная плотность орошения уменьшается, а радиус зоны орошения увеличивается. На Базовом экспериментальном комплексе Института оптики атмосферы СО РАН г. Томска для отладки разрабатываемой в рамках проекта численной модели эволюции жидко-капельного облака в поле силы тяжести проведены модельные эксперименты по тушению очага возгорания с применением БПЛА и при жестком креплении МСУ на ограждении неподвижной автовышки. Высота сброса в экспериментах составляла 10, 15 и 20 м. В качестве горючих материалов использовалась типичная полевая растительность Томской области. Масса растительных горючих материалов составляла ~ 1 кг. Экспериментально обнаружено, что при сбросе 2.5 л жидкости модельный очаг пожара полностью гасится без повторных возгораний, что подтверждает эффективность выбранных методов тушения. Методом тепловизионной съемки получены данные о динамике изменения характеристик пламени при тушении пламенного горения растительных горючих материалов в результате орошения очага модельного пожара. Полученные данные могут быть использованы для оптимизации технологий тушения пожаров и разработки более эффективных, по сравнению с существующими, систем управления процессами тушения. На основании проведенных экспериментальных исследований и разработанного экспресс-метода создан программный комплекс, предназначенный для поддержки принятия решений летчиком-наблюдателем при авиационном тушении пожаров. Программный комплекс позволяет: визуализировать аэронавигационные и физико-географические данные, сохранять путевые точки, координаты пожара, полетные треки, области сброса жидкости и рассчитывать оптимальные параметры сброса жидкости. Графический интерфейс и функциональные части программного комплекса разрабатывались с привлечением летчика-наблюдателя Томской базы авиационной охраны лесов. На основании текущего опыта применения существующих гео-информационных систем скорректирована эргономика пользовательского интерфейса программного комплекса, реализованы функции обновления аэронавигационных материалов без использования сети интернет и сохранения истории полетов. Разработанный программный комплекс адаптирован для работы на базе защищенного планшетного компьютера DURABOOK R11, используемого летчиками-наблюдателями Томской базы авиационной охраны лесов, и протестирован на других устройствах под управлением операционных систем Windows 10/11 и Android 13.

Публикации

Возможность практического использования результатов
Результаты проекта представляют интерес при решении практической задачи повышения эффективности авиационного пожаротушения сбросом жидкости в очаг возгорания. Полученные в рамках выполнения проекта результаты позволяют повысить эффективность технологии авиационного тушения пожаров сбросом хладагента. На основе экспериментально-теоретических исследований, проведенных в рамках данного проекта, разработана программа оперативного расчета параметров сброса жидкости при авиационном тушении пожаров, которая позволит летчику-наблюдателю авиа судна в режиме реального времени «вслепую» (в условиях отсутствия видимости из-за задымления горящей территории) рассчитать оптимальные параметры сброса жидкого хладагента с точки зрения безопасности пилота и эффективности технологии авиа тушения.