Материалы портала «Научная Россия»

Ученые ТПУ предложили новый подход к тушению лесных пожаров

Ученые ТПУ предложили новый подход к тушению лесных пожаров
В основе метода - взрывное дробление капель жидкости с включениями в виде твердых непрозрачных частиц

Ученые Томского политехнического университета предложили новый подход к тушению и локализации лесных пожаров, позволяющий эффективнее расходовать воду, рассказал ТАСС один из авторов исследования, ассистент кафедры автоматизации теплоэнергетических процессов ТПУ, кандидат физико- математических наук Максим Пискунов. В основе метода - взрывное дробление капель жидкости с включениями в виде твердых непрозрачных частиц. Результаты экспериментов опубликованы в международном журнале International Journal of Thermal Sciences.

"В небольшой неоднородной капле на границе между жидкостью и твердой частицей при высокотемпературном нагреве происходит практически мгновенное парообразование, которое провоцирует маленький взрыв. Образуются десятки мелких капелек, увеличивается площадь поверхности испарения, а значит - больше тепловой энергии пламени преобразуется в пар. Снижается время тушения пожара и объем использованной воды", - поясняет Пискунов.

На тушении крупных лесных пожаров традиционно работает авиация: воздушное судно забирает воду и сбрасывает ее, что приводит к заливанию территории при минимальном эффекте подавления горения в целом. Падающий поток состоит из крупных капель, которые не успевают преобразовать тепловую энергию пламени в пар, до 90% доставленной воды уходит в почву, а противопожарный эффект от сброшенного объема, как правило, не оправдывает затраты на его транспортировку в места ЧС. Улучшить результат можно, подав воду в виде капель: поверхность испарения увеличится, это ускорит парообразование. Однако мелкие капли уносит потоком нагретого воздуха, так что они просто не долетают до очага возгорания.

"Нужно, чтобы достаточно большая капля, попав в пламя, раздробилась до определенного размера и испарилась. Добиться этого можно с помощью взрывной фрагментации жидкости, которая обволакивает твердую частицу в капле", - добавил ученый.

"Взрывоопасный" графит

Во время экспериментов ученые добавили в капли частицы графита размером от 1 до 3 мм, которые занимали 50-70% объема капли. При высокотемпературном нагреве (от 500 до 900 градусов Цельсия, что соответствует типичным очагам горения) минерал прогревается быстрее в силу своих теплофизических и оптических свойств. Поэтому на границе между частицей и водой образуется пар. При этом площадь поверхности воды увеличивается в 3-15 раз, а значит, увеличивается и поверхность испарения. По словам ученых, это позволит снизить время тушения пожара и необходимый объем жидкости минимум на треть по сравнению с использованием воды без примесей.

"Сейчас мы продолжаем исследования, изучая, как влияет состав, форма и размер включений на поведение капли. Явление взрывной фрагментации и интенсивного парообразования на границе частицы и жидкости, по нашим данным, происходит только с графитом натурального происхождения. Но схожими теплофизическими характеристиками обладает и другой природный материал - известняк. Он так же перспективен", - отметил Пискунов.

Главная задача исследования - найти решение, при котором дробление неоднородной капли будет происходить в полете в течение короткого промежутка времени - в районе 1 секунды. Сейчас минимальное время фрагментации при стационарном закреплении в высокотемпературной среде - 2-3 секунды, а образовавшиеся капли размером в микроны испаряются мгновенно. Для сравнения, чистая капля такого размера (5-15 микролитров) будет испаряться более 10 секунд: на практике за это время она пролетит через пламя и уйдет в грунт.

 

тушение лесных пожаров

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий