Исследование параметров зажигания и горения торфа с помощью физического и математического моделирования тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.14 ВАК РФ

□□34946^4

Па правах рукописи

Суков Ярослав Васильевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЗАЖИГАНИЯ И ГОРЕНИЯ ТОРФА С ПОМОЩЬЮ ФИЗИЧЕСКОГО И МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

01.04.14 — Теплофизика и теоретическая теплотехника по физико-математическим наукам

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Томск-2010

2 5 МДР 2010

003494624

Работа выполнена на кафедре физической и вычислительной механики Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Томский государственный университет» и в Учреждении Российской академии наук «Институт Мониторинга Климатических и Экологических систем» Сибирского Отделения РАН, г. Томск

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Голованов Александр Николаевич

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Якимов Анатолий Степанович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, доцент

Буркина Роза Семеновна

доктор физико-математических наук, профессор Троицкий Олег Юрьевич

Ведущая организация: Учреждение Российской академии

сельскохозяйственных наук «Сибирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства и торфа», г. Томск

Защита состоится 2 апреля 2010 г. в 10.00 час. на заседании диссертационного совета Д 212.267.13 при ГОУ ВПО «Томский государственный университет» по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина, 36.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке ГОУ ВПО «Томский государственный университет» по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина, 34а.

Автореферат разослан 2 марта 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, д.т.н. / Ю.Ф. Христенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы

Лесные и торфяные пожары принципиально отличаются от бытовых и производственных количеством горючего материала и площадями горения, протяженностью и скоростью перемещения фронта огня. Специальные подразделения МЧС требуют больших затрат и являются малоэффективными. Экстремальные ситуации могут охватывать большую часть Средней и Западной Сибири. Лесные и торфяные пожары могут возникать на одной и той же территории несколько лет подряд и оказывать глобальное влияние на окружающую среду. Следовательно, актуальность решаемой задачи в данной работе определяется исследованием параметров зажигания и горения торфа с помощью физического и математического моделирования. Результаты такого рода в дальнейшем позволят прогнозировать условия возникновения и распространения фронта торфяных пожаров. Объект и предмет исследования

Объектом исследования диссертационной работы являются теплофизические, термокинетические и термодинамические свойства различных видов торфа. Предмет исследования - анализ механизмов зажигания и горения торфа, выяснение предельных условий воспламенения в торфяных залежах.

Цель и задачи исследования

Цели исследований, результаты которых излагаются в данной работе, состоят в следующем:

1. Проведение комплексного экспериментального исследования процессов горения торфа.

2. Определение теплофизических, термокинетических и термодинамических характеристик торфа, его скорости горения с учетом влагосодержания, зольности, пористости, плотности, степени разложения и ботанического состава.

3. Исследование предельных условий зажигания торфа.

4. Анализ и сравнение полученных результатов с натурными явлениями.

Для достижения поставленной цели в работе были определены следующие задачи:

1. Обзор публикаций по данной тематике, разработка стендов и создание экспериментальных установок для моделирования процессов зажигания и горения различных видов торфа в лабораторных условиях.

2. Проведение экспериментальных исследований по определению теплофизических, термокинетических и термодинамических характеристик торфа.

3. Экспериментальное исследование процессов зажигания и горения торфа в зависимости от его влагосодержания, зольности, плотности, пористости и степени разложения.

4. Использование полученных выше указанных характеристик в качестве базы данных для математической модели по исследованию процессов зажигания и горения торфа.

Научная новизна данной работы заключается в ниже следующем:

1. Экспериментально найдены теплофизические, термокинетические и термодинамические характеристики торфа различными независимыми способами.

2. Определены критические условия зажигания и режимы горения торфа в лабораторных условиях.

3. Исследован механизм процесса формирования торфяного пожара в зависимости от начальных условий.

4. Впервые обнаружен режим пламенного горения торфа в узком диапазоне скоростей в потоке воздуха.

На защиту выносится следующее:

1. Результаты экспериментальных исследований теплофизических, термокинетических и термодинамических характеристик, а также процессов сушки, пиролиза, зажигания и горения различных видов торфа.

2. Механизм зажигания и горения торфа.

3. Методики определения минимальной энергии зажигания, скорости горения торфа, коэффициентов удельной теплоемкости, теплопроводности, температуропроводности, а также коэффициента фильтрации.

Достоверность результатов в работе

Достоверность полученных экспериментальных результатов в данной работе обеспечена использованием различных независимых методик определения теплофизических параметров торфа, статистической обработкой результатов измерений и их сравнением с экспериментальными данными других авторов, опубликованными в научной литературе.

Практическая значимость полученных результатов

1. Полученные в работе результаты вошли в базу данных для математических моделей процессов тепломассообмена, зажигания и горения торфа, которые в дальнейшем будут использоваться для разработки новых способов и устройств пожаротушения.

2. Получен патент №76808 «Устройство для определения пожароопасности хвойного лесного массива».

Апробация работы

Основные результаты исследований, представленных в диссертации, апробировались на 12 международных и региональных конференциях:

1. 5 Международная конференция «Природные пожары: возникновение, распространение, тушение и экологические последствия» (г. Красноярск, 2003 г.);

2. Международная конференция «Сопряженные задачи механики, информатики и экологии» (г. Горно-Алтайск, 2004 г.);

3. XIII Симпозиум по горению и взрыву (г.Черноголовка, 2005 г.);

4. XXVIII Сибирский теплофизический семинар (г. Новосибирск, 2005г.);

5. Международный научно-технический семинар «Образование через науку» (Калуга, 2005 г.);

6. IX Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученных «Наука и образование» (г. Томск, 2005 г.);

7. Международная конференция «Лесные и степные пожары: возникновение, распространение, тушение и экологические последствия» (Иркутск, 2005 г.);

8. Международная конференция «Пятые Окуневские чтения» (Санкт-Петербург, 200б г.);

9. Международная конференция «Сопряженные задачи механики реагирующих сред» (г. Томск, 2007 г.);

10.7-я Международная конференция «Математическое моделирование опасных природных явлений и катастроф» (г. Томск, 2008 г.);

11. Международная конференция по измерениям, моделированию и информационным системам для изучения окружающей среды (г. Томск, 2008 г.);

12.8-я Всероссийская конференция с участием зарубежных ученых «Сопряженные задачи механики реагирующих сред, информатики и экологии» (г. Томск 2009 г.).

По теме диссертации опубликовано 19 работ, в том числе 2 статьи в центральной печати в журналах, рекомендованных ВАК.

Автор являлся исполнителем НИР: 2003 г. - базовое финансирование № 1.5.03 «Математическое и физическое моделирование природных (лесных, степных и торфяных) пожаров, оценка вероятности их возникновения и разработка методов прогнозирования их экологических последствий», 2004 г. - базовое финансирование № 1.5.03 «Математическое и физическое моделирование природных (лесных, степных и торфяных) пожаров, оценка вероятности их возникновения и разработка методов прогнозирования их экологических последствий». Стал победителем Всероссийского конкурса на лучшие научно-технические инновационные работы по естественным наукам, г. Саратов, 2004 г. Награжден Дипломом авторского коллектива за победу в 1 туре Всероссийского конкурса инновационных пректов по приоритетному направлению «Рациональное природопользование» 2005 г., Ярославский государственный университет имени П.Г. Демидова.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы. Работа содержит 140 страниц текста, 24 рисунка и 14 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении изложены актуальность работы, цель и задачи исследования, а также краткое содержание работы. Отражена научная новизна работы и практическая значимость результатов, сформулированы положения, выносимые на защиту.

В первой главе дан краткий литературный обзор и постановка задачи. Обобщена проблема исследований торфяных пожаров. Проведено сравнение математической модели и экспериментальных данных с результатами работ других авторов. Приведена классификация торфяных грунтов, описаны физико-механические и физико-химические свойства торфа, а также его ботанический состав и степень разложения. Проведена оценка влажности и потенциала влаги в торфе в зависимости от плотности и зольности.

Исследовано влияние процесса разложения торфов на выбор методик лабораторных исследований их деформационных и фильтрационных свойств.

Во второй главе описаны экспериментальные установки и методы исследования различных характеристик торфа: коэффициенты удельной теплоемкости, теплопроводности, температуропроводности, фильтрации, а также характеристики зажигания и горения, степень разложения и ботанический состав различных видов торфа с учетом влагосодержания, плотности, пористости и зольности.

Метод стационарного калориметра по определению коэффициента удельной теплоемкости торфа

Удельную теплоемкость Ср образцов торфа определяли из условия теплового баланса:

с - + ~ т° , Е = К<,<~] ^—_ м где М, - масса эталона,

Сх{тр-та) -

Сэ - удельная теплоемкость материала эталона, Тр - равновесная температура калориметра, Е — значение водяного эквивалента калориметра, Т0 -температура калориметра в момент погружения эталона, Мж - масса дистиллированной воды, Мо - масса образца, Ть — температура образца. Удельную теплоемкость образца материала вычисляли в интервале температур (Ть - Тр) как среднее арифметическое результатов трех определений, произведенных на данном образце.

Стационарный метод определения коэффициента теплопроводности торфа

При исследовании коэффициентов теплопроводности в стационарном режиме нагрева тел использовался закон Фурье:

Существенным условием правильности определения X являлось отсутствие воздушных зазоров между поверхностями исследуемых образцов и плоскими поверхностями нагревателя. Суммарное количество теплоты, выделяемое электрическим нагревателем определялось из закона Джоуля-Ленца:

<3 = ШЛ, (2)

Уравнение теплового баланса представлено в виде:

<з=2р„+дп, (з)

где О0 - количество тепла, поступающего через площадь основания нагревателя 8 к исследуемому образцу, <3„ - теплопотери через боковую поверхность нагревателя. Тогда искомый коэффициент теплопроводности с учетом формул (1-3) определялся как

2\ ми-вл^Ла

^ У'Е или я -А__' ■ ^ ) ; (4)

2ДТБ *ДТО2

Метод динамического калориметра по определению коэффициентов удельной теплоемкости и теплопроводности торфа

В качестве исследуемых образцов брался торф различного типа: 1 -сосново-пушицевый тип торфа, W = 5.5%, зольность Z = 19%, степень разложения R = 20%, 2 - сосново-пушицевый верховой тип торфа, W = 6.3%, зольность Z = 18%, степень разложения R = 25%; 3 - травяно-сфагновый переходный тип торфа, W = 7.7%, зольность Z = 22%, степень разложения R =25%; 4 - шейхцериево-сфагновый переходный тип торфа, W = 15.6%, зольность Z = 24%, степень разложения R = 5%.

Продолжительность измерений в температурном диапазоне до 400 К достигала ~ 2,5 ч. Ввиду наличия микропор на поверхности материала для обеспечения контакта применялась алюминиевая пудра ГОСТ 5494-71. Систематическая ошибка измерений, обусловленная различной толщиной смазки, переводилась в разряд случайной.

Коэффициент температуропроводности торфа

Экспериментальная установка:

Рисунок 1 - Экспериментальная установка для определения коэффициента температуропроводности: 1 - исследуемый образец торфа, помещался в теп-логооляционную оболочку - 2; 3 - электрический нагреватель; 4 - автоматический регулятор JIATP; 5 - термопара, установленная на поверхности образца; 6 - термопара, заделашия в исследуемый образец на известную глубину - у; 7 - мультиметр LINI-T; 8 - цифровой запоминающий осциллограф TDS 1000 Tektronix; - расширительный модуль TDS 200; 10 - персональный компьютер.

Определение коэффициента температуропроводности торфа методом неограниченного плоского слоя с граничными условиями первого рода

Метод неограниченного плоского слоя основан на температурном перепаде по толщине образцов торфа. В этом случае нестационарное одномерное уравнение теплопроводности записывается в виде:

д2Т

............(5)

дТ

— = а^—-, t > 0,0 < у < ю dt 8у2

с начальным и граничными условиями Tt = 0 - Т0

лу0

"

Ol ь=о

(6),

где Тс = const - температура на верхней границе исследуемого образца, Т0 начальная температура образца, а - коэффициент температуропроводности. Решение краевой задачи (5- 6) имеет вид:

(

1

О = тс~т = erfí-У-1 = erff—L_

тс-т0 UV^t;

где f, =— - число Фурье, erf(z)=-i ¡V'"dt - функция ошибок или интеграл

' У2 Vit О

вероятностей.

Метод определения коэффициента температуропроводности торфа при изменении температуры поверхности образца по линейному закону

Метод неограниченного плоского слоя в математической теории теплопроводности позволяет определять коэффициент

температуропроводности материала на верхней границе исследуемого образца ТУ=ТС, когда ее значение изменялось по линейному закону Тс = Т0 + Ы, где

u dTs

b = -jjp - скорость нагрева поверхности исследуемого ооразца, Г0 - начальная

температура, равная температуре окружающего воздуха. В этом случае нестационарное одномерное уравнение теплопроводности записывается в виде:

ат а2т

— = а-:

а дх

-Л >0,0 < у <оо,

7L

дТ dt

= 0 (8)

Решение краевой задачи (8) находилось при помощи операционного метода Лапласа.

Для удобства расчетов при определении коэффициента температуропроводности, полученное решение записывается как:

Т~т„

4 Ы

S- = i2erfc

1

= Геф(х)

(9),

где специальная функция erfc определялась как erfc(z) = 1 - erf(z) искомый

У2

коэффициент температуропроводности рассчитывался по формуле а =

4tz'

Коэффициент фильтрации Экспериментальная установка

Рисунок 2 - Эксперимеотальная установка для определения коэффициентов фильтрации воздуха в торфе: 1 - стеклянная цилиндрическая трубка, 2 - исследуемый образец торфа, 3 - компрессор для подачи, 4 - вентилем для регулировки подачи воздуха, 5 -ротаметр типа РС-3 для контроля величины расхода газа, 6 — микроманометры.

Методика определения фильтрационных характеристик торфа

Методика по определению фильтрационных характеристик различных видов торфа заключалась в следующем: в стеклянную цилиндрическую трубку помещали исследуемый образец торфа. Компрессором подавали воздух во внутренний объем трубы, величина расхода газа (7 регулировалась вентилем,

скорость фильтрации и контролировалась ротаметром типа РС-3. В процессе проведения экспериментов измерялся перепад давления газа дг с помощью микроманометра 6 типа ММН-240.

Коэффициент фильтрации К рассчитывался из закона фильтрации Дарси по формуле:

К йР

" =---г (10),

ц ах

здесь Р- давление, Ц - коэффициент динамической вязкости, К - коэффициент проницаемости, и - скорость фильтрации, - газовая постоянная, Т-

температура. Формула, для определения параметра проницаемости (—)

выражается через массовый расход С газа и перепад давления:

К 2ЯгТСИ

(И)

И (Р?-Р?)'

Во время проведения экспериментов по определению коэффициента фильтрации суммарные погрешности не превышали 8С <5/2%, вр<3.8 %. Минимальная энергия зажигания и скорость горения торфа Экспериментальная установка

Рисунок 3 - Экспериментальная установка для исследования процессов зажигания и горения торфа: 0 - источник зажигания, 1 - образцы торфа кубической формы, 2 - бетонное основание, 3 - кирпичная кладка, 4 - открытая верхняя поверхность образца торфа.

Методика определения минимальной энергии зажигания и скорости горения торфа в неподвижной атмосфере, а также в потоке воздуха

Эталонным источником зажигания, моделирующим реальные источники зажигания торфа, являлась спираль тонкой намотки из нихромовой проволоки диаметром 1.5 10~3л<, электрическое сопротивление 23 Ом. Под минимальной энергией зажигания ¡2 понималось значение тепловой энергии, выделяющейся с поверхности эталонного источника зажигания от момента его контакта с поверхностью торфа до момента начала горения образца 1Г.

Образцы торфа кубической формы 1 укладывались на бетонное основание 2, при этом боковые поверхности образцов были окружены кирпичной кладкой 3, верхняя поверхность 4 оставалась открытой. Зажигание образцов торфа осуществлялось в центре открытой поверхности образцов в точке 0 с помощью эталонного источника. Геометрические размеры образцов 1 выбирались из условия малости стока тепла через боковые поверхности

образцов: all« v, где a - коэффициент температуропроводности торфа, v -скорость распространения фронта торфяного пожара. В эксперименте задавалась сила тока J и падение напряжения на спирали Д U, контролировалось ее сопротивление при рабочей температуре. Время зажигания образцов торфа определялось с помощью электронного секундомера типа СЭЦ. Регистрировалась зольность, Z = т/т, и влагосодержание образцов IV, W = (т- т,)/тк, а также их плотность р.

Для моделирования действия ветра образцы горящего торфа обдувались однородным потоком воздуха (использовалась дозвуковая аэродинамическая

труба МТ-324), невозмущенная скорость которого ve была параллельна открытой поверхности образца торфа. Скорость горения, положения фронта пожара и температура торфа определялись с помощью хромель-алюмелевых термопар с диаметром спая 2Т0"4 м., расположенных по трем взаимно-перпендикулярным направлениям х, у, z, а положение фронта пожара, тип режима горения фиксировались на фотокамеру. Плотность теплового потока q измерялась экспоненциальным методом с помощью датчика теплового потока, скорость распространения фронта пожара v как отношение пути, пройденным фронтом пожара в единицу времени t.

Результаты экспериментальных данных, полученные методом стационарного калориметра

Таблица 1 -Экспериментальные данные зависимости коэффициентов удельной теплоемкости Ср и теплопроводности X образцов торфа от влагосодержания

Экспериментальные данные, полученные методом динамического калориметра

Полученные зависимости СР и ?.ef от температуры при различном влагосодержании торфа w = (т„-т,)/т1, где тк- конечная масса образцов, высушенных при температуре 373 К, показаны на рисунке 4. При этом плотности образцов составляли р = (351-453) кг/м3.

Обращает на себя внимание факт немонотонной зависимости ср и Xef от температуры. Следует отметить, что при температурах Т>А1Ж процесс практически завершался, оставался коксовый остаток в виде серого порошка. Немонотонность зависимостей ср и от температуры можно объяснить многокомпонентностью состава торфа (разными скоростями нагрева его составных компонентов).

№ п/п W, % М, кг Ть,С К Ср, Д ж/кг-К X, Вт/м К

1 5.5 0,03 353 1175,31 5.073

2 6.3 1720,51 5.11

3 7.7 1450,6 5.091

4 15.6 1624,37 5.018

Дж/кг.К

>.,В|/чК

Рисунок 4 - Зависимости удельной теплоемкости и теплопроводности образцов торфа от температуры. Кривая 1 - сосиово-пушицевый тип торфа, = 6.3%, 2 = 18%, Я = 25%; кривая 2 - травяно-сфагновый переходный тип торфа, = 7.7%, 2. = 22%, Я = 25%; кривая 3 - шейхцериево-сфагновый переходный тип торфа, V.' = 15.6%, Z = 24%, Я = 5%.

Суммарные коэффициенты теплоемкости и теплопроводности торфа

з

можно представить через объемные доли ф;: Ср = X с/>/ф. ДЕг= у Фи (12),

¡=1 Я

где 1 =1 для сухого торфа, 1 =2 для свободной влага, 1 = 3 для газовой фазы (для начальных условий - воздух). При нагревании торфа вследствие пиролиза

4

состав газовой фазы менялся: Ср3 = £ сра са, ^з = £ Хаса , (13),

а=I а=1

где са - массовые доли газовой фазы (а = 1 для 02, а = 2 для Лг2, а = 3 для паров N02, сс = 4 для С02). При полном двухфакторном эксперименте варьировались влагосодержание и температура, а величины Ср и Х^ были аппроксимированы следующими ниже формулами: Ср = (765.0 - 1577.8\У)ехр[(0.64 ■ 10'3 + 0.0175W)T],

Л = (0.585 - 0.495И7 + 0.987IV2) • Г0'2 (14), при 298 К < Т < 373 К, 0 < IV< 0.2, с погрешностью аппроксимации 5Ср< 9.7%, 5Х< 0.6%. Полученные экспериментальные данные по коэффициенту температуропроводности торфа приведены в таблице 2.

N2 п/п тс,к Тторф, К То, К 0 г, % а,10"6м2/с

1 325,27 279,67 296 0.459 19 0.0741

2 292,32 279,67 ГО.654 18 0.0630

3 319,59 286,33 0.654 22 0.0473

4 317,32 279,67 0.243 24 0.0413

Таблица 2 -

Экспериментальные данные по определению коэффициента температуропроводности торфа

Сравнение методик по определению коэффициентов удельной теплоемкости, теплопроводности и температуропроводности торфа дает

удовлетворительное согласование между собой, что подтверждает достоверность полученных результатов.

Экспериментальные данные для коэффициента фильтрации

Таблица 3 - Фильтрационные константы для различных образцов торфа с учетом плотности р и влагосодержания И'торфа

Из таблицы видно, что для сухого торфа увеличение плотности образцов приводит к увеличению коэффициента фильтрации К, причем эта зависимость близка к линейной. Торф большей плотности имеет меньшие диаметры пор, с чем и связано ухудшение фильтрации воздуха через поры торфа. Для образцов

К2

торфа примерно одинаковой плотности р = (350 -450)—г- увеличение

м

влагосодержания \У ухудшает фильтрационные процессы, коэффициент фильтрации воздуха возрастает в несколько раз. Анализ влажных и сухих образцов торфа показал, что влага закупоривала мелкие поры, препятствуя прохождению через них воздуха.

В третьей главе проводилось экспериментальное исследование процессов зажигания и горения торфа, определялись минимальная энергия зажигания и предельные условия потухания торфа. Рассматривалось горение торфа в потоке воздуха и в неподвижной атмосфере. Исследовались процессы сушки и пиролиза различных видов торфа.

Экспериментальное исследование процессов сушки и пиролиза торфа, определение термокинетических констант

Экспериментальные исследования процессов сушки и пиролиза торфа проводились в изотермических условиях при температурах 337, 363, 403 К. Изотермические условия создавались в сушильном шкафе. После установления заданной температуры образцы торфа помещались в сушильный шкаф и через определенные промежутки времени взвешивались на аналитических весах АДВ-200М. Контролировались: относительная влажность ф в объеме сушильного шкафа с помощью влагомера ВКФ-43 и психрометра аспирационного М-34, атмосферное давление Р с помощью барометра-анероида БАММ-1, температура Г окружающего воздуха в сушильном шкафу - ртутным лабораторным термометром. По результатам взвешивания были найдены влагосодержание IV и плотность образцов торфа р. Кроме того, контролировалась зольность, 2 = т/т, где т1 - масса сгоревшего остатка образца торфа. Суммарные погрешности определения параметров не превышали Ьт < 2.1%, 5Т < 4%, ор < 3.7%, 57 < 5.2%. Каждый опыт повторялся по 3-5 раз, после чего рассчитывались их среднеарифметические значения и доверительные интервалы с доверительной вероятностью 0.95. Для устранения систематической погрешности, связанной с нарушением процесса термостатирования образцов торфа при их выемке из сушильного шкафа и

№п/п IV кг Рг ' —Г м ' К, с

1 5.5 419.7 3.787

2 6.3 453.2 4.734

3 7.7 351.9 1.339

4 15.6 410.6 2.159

взвешивании на весах, сушке подвергались одновременно три образца, два из которых взвешивались в различные моменты времени через 5, 10, 20 мин. и т. д., а третий - в начале и в конце сушки. Систематическая погрешность при этом не превышала 4.3%. Зависимость убыли массы образцов торфа от времени для процессов сушки и пиролиза при различных плотностях р, влагосодержании IV и зольности 2торфа показаны на рисунке 5.

Рисунок 5 — Зависимость убыли массы образцов торфа от времени, т/шо- масса сухого образна к массе влажного торфа, I - время сушки образцов, мин. Кривые 1,2- травяно-сфагновый переходный тип торфа; кривая 3 - сосново-пушицевый верховой тип торфа; кривые 4, 6 -шейхцериево-сфагновый переходный тип торфа.

О 20 «О 60 60 100 | 120

Анализ полученных результатов

Полученные результаты свидетельствуют о сильной зависимости убыли массы образцов торфа от начального влагосодержания IV и плотности р для процесса пиролиза (кривая 3), при Т = 403 К. Так, при одинаковом влагосодержании увеличение плотности торфа в 2 раза приводит к более интенсивному пиролизу (кривые 1, 2), а увеличение влагосодержания в 3 раза -к более интенсивным процессам: сушке и пиролизу (кривые 1, 3). Унос свободной и связанной влаги при сушке происходит быстрее при меньшей плотности торфа (кривые 4, 5). Однако низкая зольность торфа может существенно изменить скорость сушки (кривые 4, 6), что свидетельствует о сложности процессов массообмена в торфе и его зависимости от структуры материала и ботанического состава. С помощью «формально-кинетического подхода», скорость испарения влаги и скорость образования продуктов пиролиза, описывалась уравнениями (15-16). Здесь использовался закон Герца-Кнудсена модифицированный проф. А.М.Гришиным.

= -К - т1К)К,, кх = кп ехр(-~) (15)

—г- = -{тг-тгк)К1, Кг=Кт схр(--М

ш ИТ

с начальными условиями т, (0) = тш те2(0) = тгн - т>к (16)

Так же необходимо отметить, что при сушке торфа в нормальных условиях, когда его температура значительно ниже температуры горения,

движущей силой процесса является разность между давлением насыщенного пара и парциальным давлением паров воды.

Для изотермического процесса интегрирование уравнений (15-16) даст

1г.(/Л] -тш) =1п(т,„ -т,„)-*■,(?)(, (17)

1п(т2 -т,0) = 1п(т2„ -ш30)-Кг(Т)1>

Эффективные константы и теплоты К0ь Кт, ¿ь ¿2 определялись методами

Таблица 4 -7ермокинетические характеристики торфа для процессов сушки и пиролиза

Анализ результатов, представленных в таблице 4, показывает, что на величины ¿, и Кщ в большей степени оказывала влияние зольность образцов торфа. Также нужно сказать о сильной зависимости макрокинетических параметров торфа от глубины залегания, степени разложения.

Определение минимальной энергии зажигания торфа, анализ полученных экспериментальных данных

Используя описанную выше методику при проведении экспериментов, была определена минимальная энергия зажигания образцов торфа, взятых с глубины (15-25)-1(Г2.н, результаты приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Зависимость минимальной энергии зажигания образцов торфа от влагосодержания, плотности, пористости и зольности_

№ п/и Г, % р_ кг/м3 П Д % адж + <52,Дж

1 5.5 419.7 0.44 19 20 142.5 41.2

2 6.3 453.2 0.75 18 25 243.8 51.9

3 7.7 351.9 0.57 22 25 181.25 37.3

4 15.6 410.6 0.42 24 5 162.5 41.2

Из таблицы видно, что с возрастанием плотности торфа минимальная энергия зажигания возрастает. Это связано с прогревом большей массы торфа до температуры зажигания. Зольность исследуемых образцов в опытах оставалась приблизительно одинаковой. Уменьшение зольности на 21% приводит к увеличению <2 на 13% при одинаковой плотности и пористости торфа, что свидетельствует о влиянии степени разложения образцов на значение минимальной энергии зажигания 0. Увеличение плотности и пористости торфа приводило к возрастанию минимальной энергии зажигания, однако и при низком значении р = 0.351-103кг/л<3 величина () возрастала до 181.25 Дж. Наличие в порах воздуха снижало эффективный коэффициент теплопроводности и увеличивало время прогрева образцов торфа, поэтому их зажигание наступало позже.

спрямления.

№ п/п Процесс 2, % Р, кг/м3 IV, % иЛг, Дж/моль Кт, Кц 2, с '

1 Сушка 19 419.7 5.5 47367 1.425-107

2 Сушка 22 453.2 6.3-7.7 8642.4 2.6 106

3 Пиролиз 24 410.6 15.6 6315.6 1.9 ТО6

Наличие влаги в торфе приводит к увеличению минимальной энергии зажигания <2 в связи с появлением дополнительных затрат энергии на испарение влаги. Обращает на себя внимание факт уменьшения минимальной энергии зажигания О при наличии небольшого количества влаги, что обеспечивает более благоприятные условия для прогрева образцов торфа за счет кондукции, передачи тепла вглубь образца.

Горение торфа в неподвижной атмосфере, определение предельных условий потухания

Из экспериментов видно, что в условиях естественной конвекции торф горит в беспламенном режиме, или режиме тления. После зажигания торфа фронт пожара самозаглублялся в нижние слои, что связано с различием плотности и условий фильтрации, соотношением между горючим и окислителем. Фронт горения неоднороден, цвет продуктов сгорания торфа серо-белый, сам процесс сопровождался дымообразованием. Серия экспериментов проводилась на установке 3. Полученные результаты по определению скорости горения торфа в зависимости от его плотности и влагосодержания в условиях естественной конвекции приведены в таблице 6.

Таблица 6 - Зависимости скорости горения торфа от влагосодержания, зольности и

плотности

№ IV, % Z, % р, кг/м3 г, 10''м V, мм/мин ±5v

ц/п

1 5.5 19 419.7 0 0.6 0.12

2 6.3 18 453.2 0 0.1 0.10

3 7.7 22 351.9 2 0.8 0.15

4 15.6 24 410.6 8 0.7 0.21

Из таблицы видно, что влияние этих показателей на скорость горения значительное. Зависимость скорости горения торфа от плотности немонотонно. Существует оптимальное значение р.=0.3 52-103кг/м;1, при котором скорость горения максимальна. При низкой плотности скорость горения мала из-за недостатка горючего материала и низкого коэффициента теплопроводности торфа. Высокие значения плотности р препятствуют фильтрационным процессам в порах торфа, связанным с притоком окислителя и уносом продуктов сгорания. Присутствие влаги увеличивает скорость горения на 30%, что можно объяснить возрастанием эффективного коэффициента теплопроводности аналогично влиянию малых значений влагосодержания на минимальную энергию зажигания. Однако дальнейшее увеличение ^приводит к резкому снижению скорости горения, связанному с затратами тепла на испарение влаги. Скорость горения торфа на глубине ; = 2 10"2м такая же, как на поверхности, а при г г- 8 10"2м скорость на 20% ниже, чем на поверхности, что объясняется увеличением р и затруднением поступления окислителя к горючему материалу через поры образцов торфа. Полученные данные удовлетворительно согласуются с результатами Ан.А. Борисова и Ал.А. Борисова, Горелика P.C. (Экспериментальное исследование и математическое моделирование торфяных пожаров// Теплофизика лесных пожаров. Новосибирск: ИТФ СО АН СССР, 1984 г., С. 5-22).

Механизм горения торфа можно определить как беспламенный диффузионный, при котором скорость горения будет определяться фильтрационно-диффузионными процессами подвода окислителя (воздуха) через пористую структуру торфа к сухому горючему. В пользу предложенного механизма свидетельствует немонотонная зависимость скорости горения торфа от его плотности, а также специальные эксперименты по зажиганию торфа в инертной среде. Образцы торфа помещались в сосуд, заполненный инертным газом - аргоном. На поверхность образца устанавливался эталонный источник зажигания, при этом процесс зажигания торфа не происходил.

При анализе полученных результатов было выявлено, что существуют критические значения плотности р, = 0.352-103кг/м"' и влагосодержания IV,-7.7%, при которых минимальная энергия зажигания резко возрастает. Такое явление можно объяснить условиями переноса тепла вглубь образцов торфа и значением эффективного коэффициента теплопроводности.

Горение образцов торфа в потоке воздуха

Исследования горения торфа проводились на экспериментальной установке, схема которой показана на рисунке 3. Для моделирования действия ветра образцы горящего торфа обдувались однородным потоком воздуха, невозмущенная скорость которого была параллельна открытой поверхности образца торфа. Скорость горения, положения фронта пожара и температура торфа определялись с помощью хромель-алюмелевых термопар, расположенных по трем взаимно-перпендикулярным направлениям. Положение фронта пожара и тип режима горения фиксировались на фотокамеру, снимки приведены на рисунке 6.

»mini ..дет ■■импьимшц —

образец № ] образец №2

Рисунок 6. №1 - травяно-сфагновый переходный тип торфа,

№2 - сосново-пушицевый верховой тип торфа.

Скорость пламенного горения на поверхности образцов торфа возрастала, а в глубине замедлялась, это связано с притоком окислителя при действии ветра и сменой кинетики процесса горения. Скорость горения на поверхности торфа была выше для пламенного режима горения в потоке воздуха, чем при беспламенном режиме из-за интенсификации диффузионных потоков окислителя вглубь образцов.

По мере приближения фронта пожара температура торфа повышалась и в зоне горения достигала максимальных значений Ттах = (683 - 873) К. Полученные значения скоростей горения торфа на поверхности образцов V]

вдоль координаты ОХ и в глубине вдоль координаты ОЪ приводятся в таблице 7. В зависимости от скорости ламинарного потока воздуха V,,, был обнаружен пламенный режим горения торфа, который наблюдался в узком диапазоне

м м

скоростей 2.5— < ус, < 3.0—. г с с

Таблица 7 - Скорость горения торфа на поверхности и в глубине образцов в

N2 11/11 ve , м/с V], м/с vj, м/с Примечания

1 0 9.69 • 10~6 9.4 MO"6 Беспламенное горение (режим тления)

2 2.5 5.38 ■ 10"5 15 10"5 Пламенное горение

3 3.0 4.77 ■ 10 5 4.8S • 10-5 Беспламенное горение в потоке газа (режим тления)

В четвертой главе исследовались процессы зажигания и горения торфа. Описывалась постановка задачи математического моделирования процессов зажигания торфа, а так же методика расчетов. В математической модели, разработанной проф. A.M. Гришиным, рассматривалась однотемпературная, одномерная, нестационарная задача. Считалось, что в самом слое торфа имело место испарение свободной влаги, экзотермическая реакция горения коксика, а также гомогенные реакции пиролиза торфа и горение оксида углерода. Следовательно, в процессе зажигания торф считался многофазной средой, состоящей из сухого органического вещества, гигроскопической воды, прочно связанной с этим органическим веществом, продукта пиролиза органического вещества - коксика, а также конденсированного и газообразного продуктов горения.

Газовая фаза в слое торфа состоит из шести компонентов: СО, Н20, 02, СОг, СН4 и N2. Влияние тепловыделения от горения компонента Н2 невелико в силу незначительной начальной концентрации его и низких температур, которые имели место в процессе тления проницаемого слоя торфа. Рассматривался слой торфа, у которого начальная объемная доля газовой фазы Ф5Н (0.1 < tpia < 0.2) невелика по сравнению с объемными долями конденсированной фазы. Процессы зажигания и тления торфа для простоты анализа считались одномерными. При горении слоя торфа в результате процесса пиролиза образовывался кокс, который затем тлел в ходе экзотермической реакции. Математически сформулированная выше задача сводится к решению следующей системы уравнений: дРьФь | dp5<p5v = BP _ _ £_у

dt dz 8z £

(A'f,]+9i'i -iiA +<h& +?<Л +ЧЛ,

N 4

Систему уравнений (18) необходимо решать при использовании следующих начальных и граничных условий:

=?>ди ?>Ц=я,.»=1.-..4,

= (20)

Используя аналогию процессов тепло- и массообмена (/?, = а, /ср5), имеем граничные условия:

РМш - = <РъРь£>а ^Ц , = Ре ,

с„|1.«=с(В,у = 0,а=1,2,....,Л'-1, (21).

Итоговые гомогенные химические реакции в проницаемом слое торфа имеют вид: С0+^02=С0г,

СН, + 20г = С0г + 2Нг0 (22),

а уравнения химической кинетики:

— = -А,*,*" 257"3 25 ехр(——) = г, = 5 — ехр(——) = г2 Л ^ 1 ЛГ Л 2 5 3 Г ДГ 2

Будем считать, что в результате зажигания торфа образуется фронт горения, который состоит из зон прогрева, сушки и пиролиза торфа, а также зон горения газообразных и конденсированных продуктов пиролиза с последующим образованием слоя пепла.

Для испарения свободной влаги в объеме конденсированной фазы торфа использовался закон Герца-Кнудсена. Для нахождения парциального давления паров воды в слое торфа использовался закон Дальтона. Эффективный коэффициент диффузии брался по формуле Фристрома-Вестенберга. Источники и стоки из (18), (19) имеют вид: Я,=т12^-1{21+2М2г2, Л} !2-2Мъгг, Л4 = Л/4(г, +г2),

Е Л/ Е

к, = ПА,-М5г2, Яи ехр(—-рУ, ехр(--^),

1и т, КТ

Точное аналитическое решение задачи о прогреве полубесконечного сплошного инертного тела при граничных условиях третьего рода имеет вид:

дТ д^Т ЯТ

— = а—г, Г > 0,0 < 2 < со,Т1шЛ = Т„ , Я~|^ + в.(Г.- 7]^) = = Т„,

о! ог се

Т = - (Те - 1Т)

ф

+ ехр(уг + у/)Ф'

,2 -¡М) \l4al

2 *

Ф(г) = (ехр^у^^Ф * (г) = 1 - Ф{г),у = а, I Л,у = а¡у1 о

Оказалось, что для малых моментов времени I < 1 мин. точность численного решения не превышала аналитического с погрешностью меньше 1%. Система уравнений (18), (19) с начальными и граничными условиями (20), (21) решалась итерационно-интерполяционным методом. На рисунке 7 зависимость времени зажигания реагента от коэффициента теплообмена представлена для внешнего источника при ф1Н = 0.7, <р2Н = 0.2, рь = 923 кг/м3, Сзн = 0.23. С увеличением интенсивности внешнего воздействия: Те , Ое время зажигания сокращается. При уменьшении величины коэффициента теплообмена до а, <0.5Вт/(м2 К) для 800А.' < Г < 900К скорость тления не превышает скорости пиролиза торфа и зажигание образца отсутствует. Это связано, как с уменьшением массообмена с внешней средой (недостаточно кислорода в порах реагента), так и с ростом теплоотвода во внешнюю среду, который становится большим и превышает теплоприход от экзотермической реакции окисления кокса.

0.10 0.15

Рисунок 7 - Зависимость времени зажигания торфа от коэффициента теплообмена для внспшего источника с температурой Те: 1 - 700 К, 2-800 К, 3-900 К, при фШ = 0.7, ф2н = 0.2, сзн = 0.23.

Рисунок 8 - Зависимость температуры от пространственной перемешюй в различные моменты времени: 1-5; 2- 10; 3 - 15; 4 - 20; 5-22.16 час.; Те = 800 К; а, =\ЛВт!(м2-ку, ерш = 0.7, ф2Н = 0.2, сзн = 0.23.

На рисунке 8 изображены поля температур конденсированной фазы, а на рисунке 9 - концентрации компонентов в проницаемой среде (торфе) по пространству для режима тления в различные моменты времени при фш = 0.7, фа, = 0.2, сзн = 0.23, Т, =Ш0К, а, =1.оВт/(м2К).

Объемные доли компонентов пористой среды по пространству приведены на рисунке 10, где сплошные кривые отвечают исходному реагенту

(ф,), штриховые - связаной влаге (ф2), штрихпунктирные - коксу (ф3), штрихпунктирную с двумя точками - золе (ф4).

0,4 "Т__________

_1__1__I

П 0.125 г

Рисунок 9 - Распределение концентраций компонент по глубине образца для опорных входных данных и в те же самые моменты времени, что и на рисунке 8 - сплошные кривые отвечают Ог, штриховые - Н2О, штрихпунктирные - СО, штрнхпунктирные с двумя точками - СОг, б - сплошные линии - N2, штриховые - СН4.

Vi. Ч>2. Ч>) Ч><,10 3

Рисунок 10 - Зависимости объемных долей от пространственной переменной в те же самые моменты времени, что и на рисунке 8. Сплошные кривые соответствуют исходному реагенту (торфу), штриховые - свободной влаге, штрихпунктирные-коксу, штрихпункгирная с двумя точками - золе.

На рисунке 11 представлена величина Рисунок 12- Зависимость линейной

линейной скорости процесса тления торфа скорости тления торфа от времени при

от времени для ф|„ =0.7, ф2„ =0.2, pis = 923 входных данных рисунка 8.

кг/м3 , Те = 900 К, а, = 1. Кривая 1

отвечает начальной конпешрадии

кислорода езн =0.23,2 - сзн = 0.05,

3-сзн= 0.025.

Из анализа результатов задачи следует, что с ростом температуры проницаемого фрагмента среды сначала имеет место прогрев и испарение

связанной воды. При этом объемная доля свободной влаги при (>15 исчезает, превращаясь в концентрацию паров Н20. В области высокой температуры Г > 380/С начинается процесс пиролиза исходного реагента с появлением основной массы паров воды и кокса. Продукт пиролиза - кокс начинает выгорать (тлеть) в результате экзотермической реакции окисления вглубь фрагмента пористой среды с образованием золы. В то же время продукт пиролиза газообразный СО, который появляется при Т<700К и метан практически не окисляются в ходе гомогенных реакций с образованием С02 и Н20, т.к. концентрация последних мала или изменяется незначительно в силу низких температур реагирующей среды. Из рисунка 11 видно, что время зажигания реагента увеличивается с уменьшением концентрации кислорода. Этот эффект обусловлен лимитированием процесса тления торфа, содержанием окислителя в порах образца.

Данный результат качественно согласуется с экспериментальными данными работы Гундара C.B. (Определение минимальной концентрации кислорода при беспламенном горении почв // Лесное хозяйство.- 1976.- №5-С. 53-54), где одним из способов борьбы с торфяными пожарами был предложен метод, основанный на изоляции очагов горения от окружающего воздуха. На рисунке 12 представлена зависимость линейной скорости процесса тления торфа от времени. Зависимость ш = co(t) носит немонотонный характер. Вначале скорость тления возрастает от нуля до некоторого большого значения, что обусловлено воспламенением от внешнего очага горения. Затем скорость тления снижается. Этот эффект обусловлен сгоранием прогретого слоя торфа и формированием зоны нестационарного тления, представляющей собой совокупность области фильтрации, опережающей зону химического превращения.

В выводах сформулированы основные научные результаты, полученные при подготовке и написании настоящей диссертационной работы.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИИ

1. Получены теплофизические, термокинетические и термодинамические характеристики различных типов торфа в зависимости от степени разложения, зольности, плотности, влагосодержания с учетом его фильтрационных свойств.

2. С помощью полученной базы данных по теплофизическим свойствам торфа, модифицированной математической модели проф. A.M. Гришина, были рассмотрены процессы тепломассообмена, зажигания и горения в торфе.

3. Экспериментально исследованы режимы (беспламенного горения) тления и пламенного горения торфа в неподвижной атмосфере и в потоке воздуха.

4. Определены критические значения плотности р, = 0.352- 103кг/м3 и влагосодержания IV. -7.7%, при которых минимальная энергия зажигания торфа резко возрастает.

5. Найдена оптимальная скорость потока воздуха 2.5 м/с при которой наблюдается переход от режима тления к режиму пламенного горения торфа.

6. Выяснены механизмы зажигания и горения торфа.

7. Определена скорость горения торфа при беспламенном и пламенном режимах, как в условиях неподвижной атмосферы, так и в потоке воздуха, моделирующего ветер в природных условиях при торфяных пожарах.

8. Установлено, что с ростом объемной доли влаги при Ф|Н = 0,6 и повышением пористости торфа при ф2„ = 0,2 время зажигания реагента увеличивается. При снижении содержания кислорода в воздухе время зажигания торфа возрастает.

9. Проведен анализ влияния влагосодержания, зольности, пористости, плотности торфа на процессы тепломассообмена в образцах различного типа с учетом его степени разложения.

Список публикации по теме диссертации

1. Голованов А.Н. О математическом моделировании процессов зажигания и тления торфа / А.Н. Голованов, A.C. Якимов, A.A. Абрамовских, Я.В Суков И Теплофизика и аэромеханика. - 2008. - Т. 15, № 4.-С. 1-9.

2. Абрамовских A.A. Теплофизические свойства торфа / A.A. Абрамовских, А.Н. Голованов, Я.В Суков., Ю.И. Прейс // Известия высших учебных заведений. Физика. - 2009. - Т. 52, № 2/2. - С. 36-42.

3. Гришин A.M. Экспериментальное исследование теплофизических и термокинетических характеристик торфа / A.M. Гришин, А.Н. Голованов, Я.В. Суков // ИФЖ. - 2005. - № 10. - С. 42-48.

4. Гришин A.M. Экспериментальное исследование процессов зажигания и горения торфа / A.M. Гришин, А.Н. Голованов, Я.В. Суков, Ю.И. Прейс II ИФЖ. - 2005. - № 10. - С. 49-55.

5. Гришин A.M. Экспериментальное определение теплофизических, термокинетических и фильтрационных характеристик торфа / A.M. Гришин, А.Н. Голованов, Я.В. Суков И ИФЖ. - 2006. - Т. 79, №3.-С. 131-136.

6. Гришин A.M. Экспериментальное исследование процессов зажигания и горения торфа / А.М. Гришин, А.Н. Голованов, Я.В. Суков, Ю.И. Прейс // ИФЖ.-2006.-Т. 79, №3.-С. 137-142.

7. Гришин A.M. Экспериментальное исследование характеристик торфяников и торфяных пожаров / A.M. Гришин, А.Н. Голованов, Я.В. Суков // Мат-лы 5-ой междунар. конф. - Красноярск, 2003. - С. 92.

8. Гришин A.M. Экспериментальное исследование процессов зажигания и горения торфа и его фильтрационных теплофизических и термокинетических характеристик / A.M. Гришин, А.Н. Голованов, A.A. Абрамовских, Я.В. Суков II Мат-лы междунар. конф. - Горно-Алтайск, 2004. -С. 68.

9. Гришин A.M. О механизме зажигания и горения торфа / A.M. Гришин, А.Н. Голованов, Я.В. Суков, A.A. Абрамовских // Лесные и степные пожары: возникновение, распространение и экологический последствия : мат-лы 6-й междунар. конф. - Иркутск, 2005. - С. 38.

10. Гришин A.M. Зажигание торфа и его некоторые характеристики / A.M. Гришин, А.Н. Голованов, Я.В. Суков // XIII симпозиум но горению и взрыву. - Черноголовка, 2005. - С. 77-78.

П.Голованов А.Н. Экспериментальное исследование процессов зажигания и горения торфа / А.Н. Голованов, Я.В. Суков, Ю.И. Прейс // Образование через науку : мат-лы междунар. науч.-технич. симпозиума, посвященного 175-летию Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана : в 3 т.-Калуга, 2005. - Т. 1. - С. 319-322.

12. Гришин A.M. Пламенное горение торфа / A.M. Гришин, А.Н. Голованов, Я.В. Суков, А.А. Абрамовских // Пятые Окуневские чтения : тез. докл. Междунар. конф. - СПб., 2006. - С. 60-62.

13. Абрамовских А.А. Теплофизические свойства торфа различного ботанического состава / А.А. Абрамовских, А.Н. Голованов, П.А. Куприянов, Я.В. Суков // Сопряженные задачи механики реагирующих сред, информатики и экологии : мат-лы междунар. конф. - Томск, 2007. - С. 7.

14. Абрамовских А.А. Потенциал влагопереноса лесных горючих материалов / А.А. Абрамовских, А.Н. Голованов, Я.В. Суков II Сопряженные задачи механики реагирующих сред, информатики и экологии : мат-лы междунар. конф. - Томск, 2007. - С. 8.

15. Голованов А.Н. Теплофизические свойства разных видов торфа / А.Н. Голованов, А.А. Абрамовских, Я.В. Суков, Ю.И. Прейс // Математическое моделирование опасных природных явлений и катастроф : мат-лы 7-й междунар. конф. - Томск, 2008. - С. 32.

16. Sukov Ya. V. Thermal and physical properties of the peat with different botanical composition / Ya.V. Sukov, Yu.I. Preis, A.N. Golovanov, A.A. Abramovskikh // International conference on environmental observations, modeling and information systems. - Tomsk, 2008. - P. 79.

17. Sukov Ya. V. Mathematical modeling of process of ignition of peat / Ya. V. Sukov, A.S. Yakimov, A.N. Golovanov // International conference on environmental observations, modeling and information systems. - Tomsk, 2008. -P. 79-80.

18. Голованов А.Н. Теплофизические свойства различных видов торфа / А.Н. Голованов, Я.В. Суков, Ю.И. Прейс // Сопряженные задачи механики реагирующих сред, информатики и экологии : мат-лы 8-й всерос. конф. с участием зарубежных ученых. - Томск, 2009. - С. 34-35.

19. Голованов А.Н. Экспериментальное исследование процессов зажигания и горения торфяных залежей / А.Н. Голованов, Я.В. Суков, Ю.И. Прейс II Сопряженные задачи механики реагирующих сред, информатики и экологии : мат-лы 8-й всерос. конф. с участием зарубежных ученых. - Томск, 2009.-С. 36-37.

Тираж 100 экз. Отпечатано в ООО «Позитив-НБ» 634050 г. Томск, пр. Ленина 34а

Введение.

Цели и задачи исследований в работе, научная новизна.

Положения, выносимые на защиту, достоверность, практическая значимость полученных результатов, апробация работы.

Личный вклад автора.

Место выполнения работы, структура диссертации.

Глава 1. Краткий литературный обзор и постановка задачи.

1.1. Обзор литературных источников, посвященных торфяным пожарам.

1.2. Сравнение с данными других авторов.

1.3. Исследование строения торфяных массивов и классификация торфяных грунтов.

1.4. Исследование ботанического состава торфяных грунтов.

1.5. Характеристика степени разложения торфяных залежей Томской области.

1.6. Изученность фильтрационных свойств торфов.

1.7. Оценка влажности торфа.

1.8. Плотность торфа.

1.9. Потенциал влаги в торфе.

1.10. Зольность торфов.

1.11. Влияние процесса разложения торфов на выбор методик лабораторных исследований их деформационных и фильтрационных свойств.

Выводы.

Глава 2. Описание экспериментальных установок и методов исследования различных характеристик торфа.

2.1. Коэффициент удельной теплоемкости.

2.1.1. Установка для определения удельной теплоемкости торфа.

2.1.2. Методы определения коэффициента удельной теплоемкости торфа.

2.1.2.1. Метод стационарного калориметра.

2.1.2.2. Метод динамического калориметра.

2.1.3. Результаты экспериментов.

2.1.3.1. Экспериментальные данные, полученные методом стационарного калориметра.

2.1.3.2. Экспериментальные данные, полученные методом динамического калориметра.

2.2. Коэффициент теплопроводности.

2.2.1. Установки для определения коэффициента теплопроводности • образцов торфа.

2.2.2. Методы определения коэффициента теплопроводности.

2.2.2.1. Стационарный метод определения коэффициента теплопроводности торфа.

2.2.2.2. Метод динамического калориметра.

2.2.3. Результаты экспериментов.

2.2.3.1. Экспериментальные данные, полученные стационарным методом.

2.2.3.2. Экспериментальные данные, полученные методом динамического . калориметра.

2.3. Коэффициент температуропроводности.

2.3.1. Экспериментальная установка.

2.3.2. Методы определения коэффициента температуропроводности.

2.3.2.1. Определение коэффициента температуропроводности торфа методом неограниченного плоского слоя с граничными условиями первого рода.

2.3.2.2. Определение коэффициента температуропроводности торфа при изменении температуры поверхности образца по линейному закону.

2.3.3. Результаты экспериментов.

2.3.3.1. Экспериментальные данные по температуропроводности различных образцов торфа, полученные с помощью метода неограниченного плоского слоя с граничными условиями первого рода.

2.3.3.2. Экспериментальные данные по температуропроводности различных образцов торфа, полученные при изменении температуры поверхности образца по линейному закону.

2.4. Коэффициент фильтрации торфа.

2.4.1. Экспериментальная установка.

2.4.2. Методика определения фильтрационных характеристик торфа.

2.4.3. Результаты эксперимента.

2.5. Минимальная энергия зажигания и горение торфа в потоке воздуха.

2.5.1. Экспериментальная установка.

2.5.2. Методики определения характеристик зажигания и горения торфа.

2.6. • Метод определения степени разложения образцов торфа.

2.7. Метод определения ботанического состава различных видов торфа.

Выводы.

Глава 3. Экспериментальное исследование процессов зажигания и горения торфа.

3.1. Экспериментальное исследование процессов сушки и пиролиза торфа, определение термокинетических констант.

•3.2. Определение минимальной энергии зажигания торфа.

3.3 Горение торфа в неподвижной атмосфере, определение предельных условий потухания торфа.

3.4. Горение образцов торфа в потоке воздуха.

Глава 4. Математическое моделирование процессов зажигания и горения торфа.

4.1. Постановка задачи математического моделирования процесса зажигания торфа.

4.2. Методика расчета и исходные данные.

4.3. Аналитическое решение задачи о прогреве инертного слоя торфа и проверка численного решения.

4.4. Результаты численного решения и их анализ.

Выводы.

Сегодня, в век технического прогресса, развития науки и технологии в мире происходит множество различного рода аварий, катастроф, непременно связанных с гибелью людей, с разрушением материальных ценностей, с возникновением серьезных нарушений экологии и. т. д. Все более актуальной становиться тема чрезвычайных ситуаций природного характера[1].

К чрезвычайным ситуациям природного характера относятся лесные и торфяные пожары. Российская Федерация славится своими лесами, она -один из крупнейших во всем мире экспортер древесины. Но в последнее время общая площадь лесов несоизмеримо сокращается. И одна из причин такого сокращения - лесные и торфяные пожары. В настоящее время ежегодно возникает множество лесных пожаров и торфяных пожаров. Вред, который они приносят человечеству, огромен, особенно если учитывать не только прямой, но и косвенный ущерб, В первой половине двадцатого столетия на территории России было 46 типов леса, из них до наших дней сохранилось только 25. Причем, некоторые из них лишь в виде небольших островов и им грозит уничтожение [2].

Чрезвычайные ситуации природного характера могут быть вызваны как естественными, так и искусственными источниками. Естественные источники существуют тысячи лет и существенного влияния на дисбаланс в природе не оказывают. Для людей, населяющих ту или иную местность, они носят, как правило, чрезвычайный, катастрофический характер, так как, во-первых, они практически непредсказуемы, во-вторых, - это довольно грозные явления, которые, возникая в населенной местности, приводят к человеческим жертвам. Учитывая, что за последнее столетие численность населения планеты почти утроилась, возросла и его плотность, а значит, и последствия этих катаклизмов будут более ощутима [2].

Несколько иначе обстоит дело с искусственными источниками, вызванными деятельностью человека [2]. За последние 100-150 лет они все 6 больше и больше влияют на экологию земли и природы, все сложнее приходится в плане ее восстановления. Имеется в виду вырубка лесов, перепахивание степей, задымленность воздуха, выпуск нефти на континентах, в морях и океанах, сбросы различных шлаков в воду рек, морей и океанов.

Болота — элемент ландшафта. Занимая такую огромную площадь, они обеспечивают экологическое равновесие в биосфере с позиций генофонда флоры и фауны, с позиций ее климата, что представляет собой очень актуальную проблему. Приоритетное значение имеет учет функций экосистем, среди которых наблюдается увеличение поглощения важнейшего парникового газа диоксида углерода. Отсюда важна роль природных поглотителей оксида углерода. Запасы углерода в торфах мира достигают 230 млрд. т. Из них 116 млрд. располагаются в России. Площадь торфяных болот в нашей стране составляет около 2/5 от мировой. Крупнейшим торфяным регионом планеты является Западно-Сибирская равнина. Здесь сосредоточено около 70% от всех торфяных ресурсов РФ. Свыше 50% располагаются в Тюменской области и около 30% - в Томской [1].

Катастрофические лесные и торфяные пожары в Сибири, дым от которых перемещается над всей планетой, участились ввиду изменений климата и активной деятельности человека, что в свою очередь также служит катализатором глобального потепления. Только в последние пять лет в Центральной Сибири пожары опустошили десятки тысяч квадратных километров и повлекли за собой выбросы дыма, которые повлияли на загрязнение воздуха [2].

Лесные и торфяные пожары принципиально отличаются от бытовых и производственных количеством горючего материала и площадями, протяженностью и скоростью перемещения фронта огня. К этому добавляется отсутствие воды и дорог, что не позволяет использовать для их тушения штатные подразделения и их оборудование. Специальные подразделения МЧС требуют больших затрат и являются малоэффективными.

Торфяные пожары охватывают большие площади и трудно поддаются тушению, особенно, когда горит слой торфа значительной толщины. Главным способом тушения подземного торфяного пожара является окапывание горящей территории торфа оградительными канавами. Канавы копают шириной 0,7— 1,0 м и глубиной до минерального грунта или грунтовых вод. При проведении земляных работ широко используется специальная техника: канавокопатели, экскаваторы, бульдозеры, грейдеры, другие машины, пригодные для этой работы. Окапывание начинается со стороны объектов и населенных пунктов, которые могут загореться от горящего торфа. Сам пожар тушат путем перекапывания горящего торфа и заливки его очень большим количеством воды, поскольку торф почти не намокает. Для тушения горящих штабелей, караванов торфа, а также тушения подземных торфяных пожаров используется вода в виде мощных струй. Водой заливают места горения торфа под землей и на поверхности земли [8].

Лесные и торфяные пожары чаще всего охватывают большую часть Средней и Западной Сибири и могут возникать на одной и той же территории несколько лет подряд, оказывая глобальное влияние на окружающую среду. Следовательно, актуальность решаемой задачи в данной работе определяется прогнозированием пожарной опасности заболоченных лесов и торфяных массивов Томской области.

Цели исследований, результаты которых излагаются в данной работе, состоят в следующем:

1. Проведение комплексного экспериментального исследования процессов горения торфа.

2. Определение теплофизических, термокинетических и термодинамических характеристик торфа, его скорости горения с учетом его влагосодержания, зольности, пористости, плотности, степени разложения и ботанического состава.

3. Исследование предельных условий зажигания торфа.

4. Анализ и сравнение полученных результатов с натурными явлениями.

Для достижения поставленной цели в работе были определены следующие задачи:

1. Обзор публикаций по данной тематике, разработка стендов и создание экспериментальных установок для моделирования процессов зажигания и горения различных видов торфа в лабораторных условиях.

2. Проведение экспериментальных исследований по определению , теплофизических, термокинетических и термодинамических характеристик торфа.

3. Экспериментальное исследование процессов зажигания и горения торфа в зависимости от его влагосодержания, зольности, плотности, пористости и степени разложения.

4. Использование полученных выше указанных характеристик в качестве базы данных для математической модели по исследованию процессов зажигания и горения торфа.

Научная новизна данной работы заключается в ниже следующем:

1. Экспериментально найдены теплофизические, термокинетические и термодинамические характеристики торфа различными независимыми способами.

2. Определены критические условия зажигания и режимы горения торфа в лабораторных условиях.

3. Исследован механизм процесса формирования торфяного пожара в зависимости от начальных условий.

4. Впервые обнаружен режим пламенного горения торфа в узком диапазоне скоростей в потоке воздуха.

На защиту выносится следующее:

1. Результаты экспериментальных исследований теплофизических, термокинетических и термодинамических характеристик, а так же процессов сушки, пиролиза, зажигания и горения различных видов торфа.

2. Механизм зажигания и горения торфа.

3. Методики определения минимальной энергии зажигания, скорости горения торфа, коэффициентов удельной теплоемкости, теплопроводности, температуропроводности, а так же коэффициента фильтрации.

Достоверность результатов в работе.

Достоверность полученных экспериментальных результатов в данной, работе обеспечена использованием различных независимых методик определения теплофизических параметров торфа, статистической обработкой результатов измерений и их сравнением с результатами расчетов других авторов, опубликованными в научной литературе.

Практическая значимость полученных результатов.

1. Полученные результаты вошли в базу данных для математических моделей процессов тепломассообмена, зажигания и горения торфа.

2. Получен патент №76808 «Устройство для определения пожароопасности хвойного лесного массива».

Апробация работы.

Основные результаты исследований, представленных в диссертации, апробировались на 12 международных и региональных конференциях:

5 Международная конференция «Природные пожары: возникновение, распространение, тушение и экологические последствия» (г. Красноярск,

2003 г.); Международная конференция «Сопряженные задачи механики, информатики и экологии» (г. Горноалтайск, 2004 г.); XIII Симпозиум по Ю горению и взрыву (г. Черноголовка, 2005 г.); XXVIII Сибирский теплофизический семинар (г. Новосибирск, 2005 г.); Международный научно-технический семинар «Образование через науку» (г. Калуга, 2005 г.); IX Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученных «Наука и образние» (г. Томск, 2005 г.); Международная конференция «Лесные и степные пожары: возникновение, распространение, тушение и экологические последствия» (г. Иркутск, 2005 г.); Международная конференция «Пятые Окуневские чтения» (г. Санкт-Петербург, 2006 г.); Международная конференция «Сопряженные задачи механики реагирующих сред» (г. Томск, 2007 г.); 7-я Международная конференция «Математическое моделирование опасных природных явлений и катастроф» (г. Томск, 2008 г.); Международная конференция по измерениям, моделированию и информационным системам для изучения окружающей среды ЕЫУНЮМК (г. Томск, 2008 г.); 8-я Всероссийская конференция с участием зарубежных ученых «Сопряженные задачи механики реагирующих сред, информатики и экологии» (г. Томск, 2009 г.).

По теме диссертации опубликовано 19 работ, в том числе 2 статьи в центральной печати в журналах, рекомендованных ВАК.

Автор являлся исполнителем НИР: 2003 г. - базовое финансирование № 1.5.03 «Математическое и физическое моделирование природных (лесных, степных и торфяных) пожаров, оценка вероятности их возникновения и разработка методов прогнозирования их экологических последствий», 2004 г. - базовое финансирование № 1.5.03 «Математическое и физическое моделирование природных (лесных, степных и торфяных) пожаров, оценка вероятности их возникновения и разработка методов прогнозирования их экологических последствий». Стал победителем Всероссийского конкурса на лучшие научно-технические инновационные работы по естественным наукам, г. Саратов, 2004 г. Награжден Дипломом авторского коллектива за победу в 1 туре Всероссийского конкурса инновационных пректов по приоритетному направлению «Рациональное природопользование» 2005 г., Ярославский государственный университет имени П.Г. Демидова.

Работа выполнена на кафедре физической и вычислительной механики Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Томский государственный университет» и в Учреждении Российской академии наук «Институт Мониторинга Климатических и Экологических систем» Сибирского Отделения РАН, г. Томск.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка литературы. Работа содержит 140 страниц текста, 24 рисунка и 16 таблиц.

Выводы

1. Дана постановка задачи о зажигании слоя торфа с базой данных, учитывающей процессы сушки, пиролиза и окисления газообразных и конденсированных продуктов.

2. При изменении Те и ае в пределах 800ЛГ < Те < 100(Ж и

0.5 < ае < 1.0 период зажигания торфа определяется интенсивностью внешнего очага горения (Те • ае), с начальным содержанием окислителя в порах реагента Сзц, процессами сушки, пиролиза торфа и экзотермической реакцией окисления прококсованного слоя.

3. Результаты расчетов по величине скорости тления торфа согласуются с экспериментальными данными [24, 53].

4. Установлено, что с ростом объемной доли влаги при ср1Н =0,6 и повышении пористости торфа при ср2Н =0,2 время зажигания реагента увеличивается. При снижении содержания кислорода в воздухе время зажигания торфа возрастает.

Заключение

Нужно отметить, что анализ результатов экспериментов по определению удельной теплоемкости и теплопроводности образцов торфа стационарным методом является не совсем достоверным. Это, в первую очередь, связано с малыми геометрическими размерами образцов торфа и техническими характеристиками измерителей ИТ-Ср-400 и ИТ-А.-400 позволяющими проводить измерения лишь твердых веществ, к которым торф в своем естественном состоянии не относится. Однако при определенном диапазоне варьируемых температур, не превышая 400 К, в процессе проведения экспериментов и, учитывая возможные явления термохимической деструкции образцов торфа, были выявлены наиболее достоверные результаты с учетом погрешностей не превышающих 8Ср < 10 %, 5к < 15 %. О чем свидетельствуют полученные результаты в таблицах 3.7.1, 3.8.2 и зависимости удельной теплоемкости и теплопроводности, показанные на рисунках 3.8.3 и 3.8.4 с учетом того же температурного диапазона. При повышении температуры более 400 К достоверность результатов при использовании стандартных измерителей ИТ-Ср-400 и ИТ-А.-400 является весьма сомнительной. Учитывая данное температурное ограничение для образцов торфа в этих приборах, можно сказать следующее, что наиболее удобными и достоверными способами по определению удельной теплоемкости и теплопроводности являются методы, описанные в п. 3.2 (метод стационарного калориметра) и в п. 3.7 (метод, основанный на наблюдении за температурным полем в исследуемом теле при его нагревании и использовании закона Фурье).

Определенные зависимости и полученные характеристики различных видов торфа, рассмотренные в данной диссертационной работе при указанных режимах горения, можно будет в дальнейшем учитывать при разработках общих математических моделей по прогнозированию развития торфяных пожаров.

На основании проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

1. Получены теплофизические, термокинетические и термодинамические характеристики различных типов торфа в зависимости от степени разложения, зольности, плотности, влагосодержания с учетом его фильтрационных свойств.

2. С помощью полученной базы данных по теплофизическим свойствам торфа, используя модифицированную математическую модель проф. Гришина A.M., были рассмотрены процессы тепломассообмена, зажигания и горения в торфе.

3. Экспериментально исследованы режимы (беспламенного горения) тления и пламенного горения торфа в неподвижной атмосфере и в потоке воздуха.

3 3

4. Определены критические значения плотности р* = 0.352-10 кг/м и влагосодержания W* -7.7%, при которых минимальная энергия зажигания торфа резко возрастает.

5. Найдена оптимальная скорость потока воздуха 2.5 м/с, при которой наблюдается переход от режима тления к режиму пламенного горения торфа.

6. Выяснены механизмы зажигания и горения торфа.

7. Определена скорость горения торфа при беспламенном и пламенном режимах горения, в условиях неподвижной атмосферы и в потоке воздуха, моделирующего ветер в природных условиях при торфяных пожарах.

8. Установлено, что с ростом объемной доли влаги при ср1н = 0,6 и повышении пористости торфа при ф2н = 0,2 время зажигания реагента увеличивается. При снижении содержания кислорода в воздухе время зажигания торфа возрастает.

9. Проведен анализ влияния влагосодержания, зольности, пористости, плотности торфа, с учетом его степени разложения, на процессы тепломассообмена в образцах различного типа.

1. М.А. Сафронов, А. Д. Вакуров. «Огонь в лесу» // Издательство «Наука».- Новосибирск. 1989.

2. Ефремов A.B. Проблемы природных (лесных и торфяных) пожаров горного Алтая и сопредельных регионов.

3. Анцышкин С.П. Противопожарная охрана леса / С. Анцышкин. В.: Гослесбумиздат. 1952. - 189 с.

4. Залесов С. Лесная пирология: учеб. Пособие / П. Вахрин. Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. Акад. 1998. - 135 с.

5. И.И. Лиштван, Е.Т. Базин, В.И. Косов Физические процессы в торфяных залежах. Минск «Наука и техника». 1989 г. - С. 109-110.7. «Гражданская оборона». Под редакцией А.Т. Алтунина Воениздат. -Москва. 1982.

6. В.Г. Атаманюк, Л.Г. Ширшев, Н.И. Акимов. «Гражданская оборона». Издательство «Высшая Школа». Москва. - 1986.

7. Ред. Н.С. Николаев, И.М. Дмитриев. «Гражданская оборона на объектах АПК». Агропромиздат. Москва. — 1990.

8. Гришин A.M. Математическое моделирование лесных пожаров и новые способы борьбы с ними. Новосибирск: Наука. - 1992. -407 с.

9. Иванова Г. А. Периодичность экстремальных пожароопасных сезонов в Средней Сибири. // Материалы международной конференции «Лесные пожары: возникновение, распространение и экологические последствия». Томск. - 1995.

10. Валендик Э.Н. Актуальные направления исследований по проблеме лесных пожаров в России. // Материалы международной конференции «Лесные пожары: возникновение, распространение и экологические последствия». — Томск. 1995.

11. A.M. Гришин Физика лесных пожаров. // Издательство Томского университета. Томск - 1994.

12. Алексеев Б.В., Гришин A.M. Введение в аэротермохимию. -Саратов: Изд-во Сарат. Ун-та 1978. -418 с.

13. Гришин A.M. Математические модели лесных пожаров. Томск: Изд-во Том. Ун-та. 1981. - 277 с.

14. Доррер Г.А. Математические модели динамики лесных пожаров. М.: Лесн. Пром-сть. 1979. - С. 99-125.

15. Воробьев О.Ю. Сет-суммирование. Новосибирск: Наука. - 1993. -137 с.

16. Марчук Г.И. Методы вычислительной математики. М.: Наука. -1989.-608 с.

17. Гришин А. М., Математические модели лесных пожаров. Томск: Изд-во Томского университета. - 1992.

18. Гришин A.M. Моделирование и прогноз катастроф. Томск: Изд-во Томского университета. - 2003. - Ч. 1.

19. Гришин A.M. Моделирование и прогноз катастроф. Кемерово: Изд-во Практика. - 2005. - Ч. 1.

20. Преображенский В.П. Теплотехнические измерения и приборы. М.: Энергия. 1978.

21. Борисов A.A., Борисов A.A., Горелик P.C. Экспериментальное исследование и математическое моделирование торфяных пожаров// Теплофизика лесных пожаров. Новосибирск (Редактор проф. В.Е. Накоряков): ИТФ СО АН СССР. - 1984. - С.5-22.

22. Осипова В. А. Экспериментальное исследование процессов теплообмена. М: Энергия. — 1979.

23. Каралоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел. М.: Наука, 1964, 487 с.

24. Лыков A.B. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа. 1967. — 600 с.

25. Гришин A.M. Общие математические модели лесных и торфяных пожаров и их приложения // Успехи механики. 2002. - Т.1. - №4. -С. 41-89.

26. Субботин А.Н. Математическое моделирование распространения фронта пожара на торфяниках // Сб. ст. Механика реагирующих сред и ее приложения. — Новосибирск. Наука — 1989. С.57-63.

27. Субботин А. Н. Закономерности развития подземного пожара при разных условиях тепло- и массообмена с внешней средой // Тепломассообмен ММФ-2000: Минск, IV Минский междунар. Форум. 2000. - Т. №4. - С. 224-231.

28. Субботин А. Н. О некоторых особенностях распространения подземного пожара// ИФЖ. 2003. - Т. 76. - №5. - С.159-165.

29. Полубаринова-Кочина П.Я. Теория движения грунтовых вод. М.: Наука. ГРФМН. 1977.

30. Гришин A.M., Фомин В.М. Сопряженные и нестационарные задачи механики реагирующих сред. — Новосибирск: Наука. СО АН СССР. 1984.

31. Щетинин Е.С. Физика горения газов. М.: Наука. 1965.

32. Алексеев Б.В., Гришин A.M. Физическая газодинамикареагирующих сред. М.: Высш. школ. 1985.127

33. Основы практической теории горения/ Под редакцией В.В. Померанцева. JL: Энергия. 1973.

34. Мищенко К.П., Равдель A.A. Краткий справочник физико-химических величин. JL: Химия. 1972.

35. Гришин A.M., Зинченко В.И., Ефимов К.Н., Субботин А.Н., Якимов A.C. Итерационно-интерполяционный метод и его приложения. Томск: Изд-во Томского ун-та. 2004.

36. Гришин A.M., Голованов А.Н., Суков Я.В., Прейс Ю.И. Экспериментальное определение характеристик зажигания и горения торфа // ИФЖ. 2006. - Т. 78. - № 1. - С. 137-142.

37. Гришин A.M., Голованов А.Н., Суков Я.В. Экспериментальное определение теплофизических, термокинетических и фильтрационных характеристик торфа // ИФЖ. 2006. - Т. 79. - №3.- С.131-135.

38. Гамаюнов С. И., Миронов В. А., Гамаюнов С. Н. Тепломассоперенос в органических материалах. Процессы обезвоживания. Тверь: ТГТУ.- 1998.

39. Справочник по торфу / Под редакцией A.B. Лазарева, С.С. Корчунова. М:. Недра. 1982.

40. Борисов A.A., Кисилев Я.С., Удилов В.П. Кинетические характеристики низкотемпературного горения торфа // Теплофизика лесных пожаров. (Редактор проф. В.Е. Накоряков). Новосибирск: ИТФ СО РАН СССР. - 1984. - С.23-30.

41. Вукалович М.П., Ривкин С.А., Александров A.A. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара. Изд. Стандартов. М.- 1969.

42. Лыков A.B. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа. 1967. -600 с.

43. Борисов A.A., Борисов A.A., Горелик P.C. и др.Экспериментальноеисследование и математическое моделирование торфяных128пожаров// Теплофизика лесных пожаров Новосибирск (Редактор проф. В.Е. Накоряков): ИТФ СО АН СССР. 1984. - С.5-22.

44. Материалы строительные. Метод определения удельной теплоемкости. ГОСТ 23250-78.

45. Гришин A.M., Голованов А.Н., Суков Я.В., Абрамовских A.A. О механизме зажигания и горения торфа. // Материалы 6 Международной конференции. — Иркутск, Изд-во Томского университета. 2005. - С.38.

46. Белихмайер Я. А., Смолянинова Н. М., Смолянинов С. И. Техника эксперимента. Учебное пособие. Томск, изд-во: Томский госуниверситет. 1983.

47. Гришин A.M., Голованов А.Н., Суков Я.В. Зажигание торфа и его некоторые характеристики. XIII симпозиум по горению и взрыву. -Черноголовка. 2005. - С.77.

48. Гришин A.M., Голованов А.Н., Суков Я.В. Экспериментальное исследование теплофизических и термокинетических характеристик торфа. // ИФЖ. 2005. -№10. - С.42.

49. А. М. Гришин, А. Н. Голованов, Я. В. Суков, Ю. И. Прейс. Экспериментальное исследование процессов зажигания и горения торфа. // ИФЖ. 2005. - №10. - С.49.

50. А. Н. Голованов, Я. В. Суков, Ю. И. Прейс. Экспериментальноеисследование процессов зажигания и горения торфа. // Материалы

51. Международного научно-технического симпозиума «Образованиечерез науку», посвященного 175-летию Московского129государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. -Калуга. 2005. -Т.№1.- С. 319-322.

52. H.H. Бамбалов Анализ гидротермической гипотезы разложения органического вещества. Болота и биосфера. // Материалы четвертой научной школы. Томск. - 2005. - С. 61.

53. Лиштван И.И Проблемы рационального использования и охраны торфяных ресурсов. Минск. — 1985. - 22 с.

54. Лиштван И.И., Король Н.Т. Основные свойства торфа и методы их определения. Минск. - 1975. — 318 с.

55. О.Г. Саивчева Биохимические свойства торфов западной Сибири. Болота и биосфера. // Материалы четвертой научной школы. — Томск 2005.-С. 89.

56. Крамаренко В.В. Формирование состава и физико-механических свойств торфов Томской области. Диссертация. — Томск. 2004.

57. Ткаченко A.A. Дорожно-строительная классификация болот // Лесной журнал. 1962. - № 5. - С. 55 - 62.

58. Грунтоведение / Под ред. Е.М.Сергеева.- М.: МГУ.- 1983.-384 с.

59. Сергеев А.И. Методика инженерно-геологического изучения торфяных массивов. М.: Наука. - 1974. - 135 с.

60. Коновалов П.А. Устройство фундаментов на заторфованных грунтах. — М.: Стройиздат- 1980.- 160 с.

61. Бондаренко Н.Ф, Коваленко Н.П. Водно-физические свойства торфяников. Л.: Гидрометеоиздат - 1979. - 160 с.

62. Жуков М.Н., Ларгин И.Ф. Влияние структурно-ботанических разностей на прочность слаборазложившихся торфов комплексной верховой залежи // Технология производства и переработки торфа. М.: Недра, 1970 - Вып. 5. - С. 21 - 24.

63. Базин Е.Т., Женихов Ю.Н., Косов В.И. Влияние структурно-биологических разностей на прочность слаборазложившихся торфов комплексной верховой залежи // Технология производства и переработки торфа. М.:Недра.1970. - Вып. 5. - С. 21 - 24.

64. Классификация торфов и торфяных залежей Западной Сибири / Р.Г. Матухин, В.Г. Матухина, И.П.Васильев и др. / Под ред. Н.Н.Уланова. -Новосибирск: СО РАН, НИЦ ОИГГИМ. 2000. - 90 с.

65. Лисс О.Л. Эволюционный принцип типологии Болот Западной Сибири // Природные условия Западной Сибири / Под ред. И.В.Попова и В.Т. Трофимова.-М.: МГУ. 1983.-209 с.

66. Лиштван И.И. Базин Е.Т. Косов В.И. Физические процессы в торфяных залежах. Минск: Наука и техника. - 1989. - 102 с.

67. Львов Ю.А. Болотные ресурсы // Природные ресурсы Томской области / Под ред. Дюкарева А.Г. Новосибирск: Наука. - 1991- С. 67 - 83.

68. Тюремнов С.Н. Районирование торфяных месторождений // Торфяные месторождения Западной Сибири. -М., 1957. С. 129 - 141.

69. Косов В.И. Статистическая оценка деформационных и фильтрационных характеристик торфов генетической классификации // Торфяная промышленность. -1983.

70. Пичугин A.B., Платон В.М. Торфяные месторождения и их разведка. -М.: Гос. энерг. изд-во. 1951.-496 с.

71. Тюремнов С.Н. Торфяные месторождении М.: Недра - 1976 - 487 с.

72. Сравочник по торфу / Под ред. В.А. Миненковой М.: Сельхозгиз. -1960.-320 с.

73. Бляхарчук Т.А. История растительности юго-востока Западной Сибири в голоцене: Дис. канд. биол. наук. Томск. - 1989. - 226 с.

74. Лисс О.Л., Абрамова Л.И., Березина Н.И. и др. Болотные системы Западной Сибири и их природоохранное значение / Под ред. В.Б. Куваева.-Тула: Гриф и КО. 2001 -584 с.

75. Физика и химия торфа: Учебное пособие для вузов / Лиштван И.И., Базин Е.Т., Гамаюнов Н.И., Терентьев A.A. М. Недра. - 1989. - 304 с.

76. Королев A.C., Ивкина Т.Н. Архангельский А.Н. Установление корреляционных связей между физико-механическими свойствами торфа // Труды СоюздорНИИ. 1973 - Вып. 64. - С. 78 - 89.

77. Лиштван И.И., Базин Е.Т. Косов В.И. Физические свойства торфа и торфяных залежей. Минск: Наука и техника. - 1985 - 240с.

78. Силкин A.M. Инженерные сооружения на осушительных системах в торфяниках М.: Колос. - 1974. - 110 с.

79. Силкин A.M. Сооружение мелиоративных систем в торфяных грунтах.-М.: Агропромиздат. 1986. - 136 с.

80. Шапошников М.А. Геотехнические исследования болотных грунтов для строительства. Л.: Стройиздат. - 1977. — 128 с.

81. Амарян. Л.С., Базин Е.Т., Чураев Н.В. Изучение процессов переноса влаги в деформируемых пористых телах // Инж.-физ. Журнал. 1965№5.-Т. №8. — С. 639-644.

82. Амарян Л. С. Свойства слабых грунтов и методы их изучения. М.: Недра.-1990.-220с.

83. Антропова H.A. Битуминозные торфа Томской области: геология, генезис, ресурсы и перспективы их использования: Дис. . .канд. геол-минер. наук Томск. - 2003. - 187 с.

84. Еркова Ю.В. Виды торфа. Стратиграфия торфяных залежей // Торфяной фонд РСФСР.- М. 1956. - С. 45 - 96.

85. Бондаренко Н.Ф, Коваленко Н.П. Водно-физические свойства торфяников. Л.: Гидрометеоиздат. - 1979. - 160 с.

86. Базин Е.Т, Косов В.И. Физика и химия торфа: Водно-физические и структурно-механические свойства торфа и торфяных залежей. -Калинин: КГУ. 1982. - 104 с.

87. Базин Е.Т., Иванов В.Н., Косов В.И. Физические и реологические процессы в торфе при осушении сильнообводненных торфяных месторождений Западной Сибири // Торфяная промышленность. 1992. -№ 1,- С.31-32.

88. Дубах А.Д. Гидрология болот. Свердловск. М.: Гидрометоиздат. -1955.-228 с.

89. Болота Западной Сибири, их строение и гидрологический режим / Под ред. К.Е. Иванова, С.М. Новикова. Л.: Гидрометеоиздат. - 1976. - 447 с.

90. Дрозд П.А. Сельскохозяйственные дороги на болотах. Мн.: Ураджай. -1966.- 167с.

91. Ильин Н.И. О характере аномалий при фильтрации воды в торфяныхпочвогрунтах. Почвоведение. - 1970. - № 7 — С. 116 - 123.133

92. Рассказов М.Н., Солодовникова P.C. и др. Микрокомпонентный состав торфов и торфяных вод Обского, Таганского и Южной части Васюганского торфяных месторождений // Изв. ТЛИ. — Томск. 1969. — Т.№178.-С. 84-91.

93. Рассказов Н.М., П.А. Удодов, А.Д. Назаров, Т.Я. Емельянова. Болотные воды Томской области // Изв. ТЛИ. Томск. - 1975. - С. 102 - 118.

94. Емельянова Т.Я., Крамаренко В.В. Фильтрационные свойства торфяных грунтов Томской области.// Обской вестник. 2001. - №1. - С. 36 - 40.

95. Емельянова Т.Я., Крамаренко В.В. Характеристика и прогнозирование деформационных свойств торфяных грунтов (на примере Томской области) // Геоэкология. -2004. № 3. - С. 6 - 9.

96. Крамаренко В.В., Степанов П.Н. Фильтрационные свойства торфов Томской области. Технология и комплексная механизация торфяного производства: Сборник научных трудов. -Тверь: ТГТУ. 2000. - Вып. 14.-С. 148- 152.

97. Торфяные месторождения Томской области: Справочник / Отв. ред.

98. B.Д. Марков. М.: Геолторфразведка. - 1971.- 306 с.

99. Пособие по проектированию земляного полотна автомобильных дорог на слабых грунтах (к СНиП 2.05.02-85) М.: Стройиздат. - 1989. - 192 с.

100. Кот H.A., Рахубо Т.А. Микрофлора затопленного верхового торфа // Торфяная промышленность 1981. - №6. — С. 24 — 25.

101. Савичева О. Г. Ферментативная активность торфов низинного типа. Торф в сельском хозяйстве: Сборник научных трудов / РАСХН. Сибирское отделение. ГНУ СибНИИТ. Томск. - 2002.- С. 49 - 57.

102. Пьявченко Н.И. Торфяные болота, их природное и хозяйственное значение. М.: Наука. 1985. - 152 с.

103. Нейштадт М.И. Характеристика болот важнейшего современного ландшафта северной части Западно-Сибирской равнины / Научные предпосылки освоения болот Западной Сибири. М.: Наука. - 1977. - С. 48-67.

104. Воларович М.П. Чураев Н.В. Минков Б.А. Исследование водных свойств торфа при помощи радиоактивных изотопов // Коллоидный журн. 1957. - Т. №19. - Вып. 2 - С. 159 - 165.

105. Воларович М.П., Чураев Н.В. Изучение процессов передвижения воды в торфяной залежи методом радиоактивных индикаторов // Новые физические методы исследования торфа. М., Л.: 1960. - С. 192 -204.

106. Евстафьев B.C. Водопроницаемость торфа естественной влажности // Сушка, качество и физико-механические свойства торфа— М., Л., 1939 —1. C. 26-57.

107. Печкуров А.Ф. Устойчивость русл рек и каналов- Мн.: Ураджай. -1964.-412 с.

108. Назаров A.A., Рассказов Н.М., Удодов П.А., Шварцев С. Л.

109. Гидрогеологические условия формирования болот / Научныепредпосылки освоения болот Западной Сибири. М.: Наука. - 1977. - С.13593 -104.

110. Кадастр возможностей / Под редакцией Б.В. Лукутина. — Томск: ТЛ. 2002.-280 с.

111. Горячкин В.Г. Технология добычи торфа. М.; Л.: Госэнергоиздат. 1948.-488 с.

112. Семенский Е.П. Технический анализ торфа. М.: Недра. - 1966.-232 с.

113. Антонов В.Я., Копенкин В.Д. Технология и комплексная механизация торфяного производства. 2-е изд., перераб. И доп.-М.: Недра. 1983.-287 с.

114. Базин Е.Т. Влажность торфа В кн.: Горная энциклопедия. М. -1984. - т. №1,- с. 392.

115. Справочник по торфу / Под ред. A.B. Лазарева и С.С. Корчунова-М.: Недра.- 1982.- 760 с.

116. Тюремнов С.Н. Торфяные месторождения. 3-е изд., перераб. И доп-М.: Наука.-1976.-488 с.

117. Пичугин A.B. Торфяные месторождения- М.: Высш. Школа. -1967.-276 с.

118. Амарян Л.С. Прочность и деформируемость торфяных грунтов М.: Недра. - 1969.- 191 с.

119. Ларгин И.Ф. Основные свойства торфяных месторождений и закономерности их изменения: Автореф. Дис. Д-ра техн. Наук-Калинин. 1968 - 44 с.

120. Тюремнов С.Н., Ларгин И.Ф., Ефимова С.Ф., Скобеева Е.И. Торфяные месторождения и их разведка М.: Недра. - 1977 - 264 с.

121. Базин Е.Т. , Женихов Ю.Н., Макурина З.М. Использование торфа и торфяных месторождений в сельском хозяйстве / Физико-химические свойства торфа и торфяных залежей. Калинин: Калинин, гос. ун-т. — 1982 — 100 с.

122. Базин Е.Т., Косов В.И. Физика и химия торфа: Водно-физические и структурно-механические свойства торфа и торфяных залежей — Калинин: Калин, гос. ун-т. 1982 - 104 с.

123. А. с. 792091 (СССР). Устройство для отбора проб / Базин Е.Т., Косов В.И.- Опубл. В Б.И. 1980. - № 48. - с. 163.

124. Семенский Е.П. Технический анализ торфа — М.: Недра. 1966,- 232 с.

125. Афанасьев А.Е., Архипов Г.А. Способ оперативного контроля за влажностью торфа Торф. Пром-сть. - 1983. - №7. - с. 16-18.

126. Лиштван И.И. Исследование физико-химической природы торфа и процессов структурообразования в торфяных системах с целью регулирования их свойств: Автореф. Дис. Д-ра техн. Наук-Калинин. 1969 - 62 с.

127. Гамаюнов Н.И. Тепло- и массоперенос в торфяных системах: Автореф. дис. д-ра техн. Наук Калинин. - 1967. -41 с.

128. Гамаюнов Н.И. Исследование внутреннего тепло- и влагопереноса в торфе. Автореф. дис. канд. техн. наук.-М., i960 18 с.

129. Чураев Н.В. Водные свойства, структура и процессы переноса влаги в торфе: Автореф. дис. д-ра техн. наук М., Калинин. - 1961.-46 с.

130. Корчунов С.С. Исследование движения влаги в различных процессах добычи торфа на основе потенциальной теории: Автореф. дис. д-ра техн. наук М., Калинин. - 1962 - 34 с.

131. Антонов В.Я., Малков Л.М., Гамаюнов Н.И. технология полевой * сушки торфа. 2-е изд., перераб. И доп.— М.: Недра. 1981 — 239 с.

132. Корчунов С.С., Могилевский И.И., Абакумов О.Н., Дулькина С.М. Изучение водного режима осушенных торфяных залежей: Определение степени осушенности торфяных полей / Под ред. A.A. Соколова.- Тр. ВНИИТП. M.; Д.; 1960. ч. 1. - вып. 17.- 102 с.

133. Гундар C.B. Определение минимальной концентрации кислорода при беспламенном горении почв // Лесное хозяйство.- 1976 №5-С. 53-54.