Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 3
РАЗДЕЛ 1 МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ И ПРИМЕНЕНИЕ ТЕРМОГРАФИИ В ЗАДАЧАХ МЕХАНИКИ 5
1.1 Понятие о температуре и об устройствах измерения температур 5
1.2 Контактные методы измерения температуры 8
1.3 Бесконтактные методы измерения температуры 16
1.4 Фундаментальные законы излучения. Определения 20
1.5 Применение тепловизоров 23
1.6 О трудностях измерения температуры в пламени 25
1.7 Выводы по первому разделу 26
РАЗДЕЛ 2 ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕКТРОВ ИЗЛУЧЕНИЯ ФРОНТА СТЕПНОГО ПОЖАРА 27
2.1 Экспериментальное исследование спектра излучения пламени при
степных пожарах 27
2.1.1Описание измерительного оборудования 27
2.2 Определение коэффициентов излучения при различном
влагосодержании растительных горючих материалов 33
2.3 Частотный анализ температурных измерений 38
РАЗДЕЛ 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛЕЙ
ТЕМПЕРАТУРЫ ВО ФРОНТЕ СТЕПНОГО ПОЖАРА 42
3.1 Описание измерительного оборудования и методики проведения
экспериментов 42
3.2 Результаты экспериментальных исследований 48
3.3 Выводы по третьему разделу 56
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 57
ЛИТЕРАТУРА 58
Пожары стали довольно частым явлением. Причиной возникновения пожара чаще всего становится человеческий фактор. Пожары охватывают леса и степи в засушливые летние периоды. Любой пожар - это неконтролируемый процесс горения. Пожары наносят огромный вред окружающей среде. В процессе горения образуется большое количество загрязняющих окружающую среду веществ. Эти вещества влияют не только на окружающую среду, но и на наше с вами здоровье. В особенности это актуально для крупных пожаров. В условиях пожара горение, как правило, протекает в диффузионном режиме. Вещества и материалы при этом сгорают не полностью и наряду с частичками сажи попадают в окружающую среду в виде газообразных, жидких продуктов горения [1].
В последнее время очень частым явлением становится степной пожар. Степной пожар является стихийным, неконтролируемым распространением огня по растительному покрову степей. По механизму распространения огня схож с низовым лесным пожаром, но скорость распространения степного пожара выше, что обусловлено рядом факторов, а именно большей скоростью горения сухих степных трав и большей скоростью приземного ветра в степи [3].
На характер степного пожара оказывает влияние и сам растительный покров. При высоком и густом травяном покрове, сильном ветре и засушливой погоде скорость распространения пожара в степи может достигать 10-11,7 м/с. При редком и низком травяном покрове и безветрии пожары распространяются со скоростью 0,25-0,3 м/с. Для степи характерен низовой тип пожара, при котором сгорают степной войлок и растения, образующие кустарничковый, травяной и моховой ярусы [2].
В настоящее время научные группы работают над изучением этих сложных физических явлений. Одним из важных вопросов в изучении степных пожаров является определение параметров процесса горения, а в частности температуры во фронте пожара. В данной работе мы исследуем фронт степного пожара с применением методов ИК-диагностики.
В первом разделе проводится обзор основных методов и средств измерения температуры. Во втором разделе рассматривается вопрос о выборе спектрального интервала для исследования процесса горения. Третий раздел посвящен исследованию полей температуры во фронте степного пожара.
Современный технический уровень позволяет с высокой точностью производить температурные измерения по ИК-излучению объектов. Таким образом, применение метода термографии актуально в исследовании сложных быстропротекающих процессов, одним из которых являются пожары. Важность подобного рода исследования вызвано частыми катастрофами, которые по своему масштабу превышают тысячи гектар лесных площадей и ежегодно уносят жизни тысяч людей.
В представленной работе было проведено экспериментальное исследование характеристик фронта пожара в лабораторных и полунатурных условиях, по результатам которых можно сделать основные выводы:
1) в спектрах излучения пламени РГМ присутствуют выраженные полосы излучения паров воды и углекислого газа, которые образуются в процессе горения;
2) Сравнительный анализ спектров излучения пламени РГМ и спирта показали схожесть основных полос излучения. Однако в отличие от спирта, в спектре излучения РГМ присутствует излучение в интервале 3.0 - 4.0 мкм, которое обусловлено наличием в продуктах горения частиц сажи;
3) для определения полей температуры во фронте степного пожара с применением термографии необходимо производить измерения в узком спектральном диапазоне 2.5-3.0 мкм с частотой дискретизации по времени не менее 40 кадров в секунду;
4) На полученных в лабораторных условиях спектрах изменения температуры в пламени присутствуют характерные частоты от 2 до 7 Гц, обусловленные режимом течения в пламени и режимом горения. В случае проведения полунатурного эксперимента эти частоты не были обнаружены, ввиду воздействия ветра, которое приводило к сильному искажению фронта пожара и повышенному притоку окислителя.
