Лесная охрана: 8-800-100-94-00

/ 09.07.2018 / Просмотров: 133

Вклад молодых: как наука ТПУ помогает бороться с лесными пожарами

ТОМСК, 9 июл – РИА Томск. Молодые исследователи Томского политехнического университета (ТПУ) запустили проект по изучению свойств лесных горючих материалов – сухой травы, опавших листьев, хвои, сучьев. Полученные данные политехники планируют использовать при составлении информационной базы, необходимой для числового моделирования пожаров, их распространения и тушения. Подробнее – в материале РИА Томск.

Студенческий интерес

Томичка Алена Жданова – выпускница Энергетического института ТПУ: училась на кафедре автоматизации теплоэнергетических процессов, окончила вуз в 2013 году с отличием и бронзовой медалью.

Со второго курса Алена активно занималась научной работой и после окончания университета решила продолжить исследовательскую деятельность и поступила в аспирантуру (учебу совмещала с работой в должности инженера лаборатории моделирования процессов тепломассопереноса ТПУ). И уже здесь девушка стала инициатором большого проекта.

Если вдаваться в техническое описание ее работы, то суть проекта в следующем: ученые изучают влияние теплофизических и термокинетических параметров (ТТП) лесных горючих материалов на процесс прекращения пламенного горения и термического разложения в условиях воздействия тушащих жидкостных составов при низовых лесных пожарах.

© с сайта ТПУ
Тема сложная и актуальная. Как сообщал «Гринпис России», по данным на 4 июля в России горело 1,32 миллиона гектаров леса.

«А с начала года огнем пройдено 10 миллионов гектаров леса – это пятая часть Испании, территория, сопоставимая с площадью 14 миллионов футбольных полей. Для России это один из рекордных показателей с начала века. Еще больше горело только в 2003 и 2008 годах», – сообщается на сайте организации.

Авиация не справляется

Для локализации и ликвидации лесных возгораний, как известно, широко применяется авиация. Коллектив политехников изучил проблематику и выяснил, что для тушения пожара в бореальной зоне лесов, а это самая крупная территория растительности земного шара, недостаточно одного сброса воздушного снаряда.

Необходим целый эшелон самолетов, чтобы справиться с огнем в напочвенном покрове: воздушные судна должны один за другим сбрасывать воду в зону пожара. Реализовать это условие в засушливые периоды при высокой горимости леса затруднительно.

Научный подход, возможно, решит проблему лесных пожаров. Например, ученые смогут выполнить численное моделирование процессов распространения огня и тушения пожаров, необходимое для эффективного плана по спасению леса. Но для этого им необходимы теплофизические и термокинетические характеристики лесных горючих материалов в типичном для пожара диапазоне температур.

Получить такие данные и намерена Жданова и команда проекта. Ей помогают аспирант Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов Галина Няшина, магистрант Инженерной школы энергетики Никита Шлегель и студентка Научно-образовательного центра имени Бутакова Светлана Кралинова.

Одна школа

В организации экспериментальных исследований и обсуждении полученных результатов команде Ждановой помогает и коллектив лаборатории моделирования процессов тепломассопереноса, которой руководит профессор Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Павел Стрижак. Ранее сообщалось, что его группа ученых исследует физику экстремальных состояний вещества.

В частности, политехники анализируют лесные пожары (ученые моделируют их формирование и распространение, предлагают эффективные способы борьбы с огнем), изучают и разрабатывают технологии охлаждения реакторов. Они создают новые виды топлива и способы эффективного сжигания традиционного топлива, которые снижают выброс продуктов горения в атмосферу.

Сегодня Жданова работает в должности старшего преподавателя Исследовательской школы высокоэнергетических процессов ТПУ. Тема проекта является логическим продолжением кандидатской диссертации, которую девушка защитила в 2015 году.

Достоверная база

«К лесным горючим материалам (ЛГМ) относятся валежник, пни, сухостой, нижние слои лесной подстилки, кустарники и деревья, которые медленно воспламеняются и горят. А также легковоспламеняющиеся и быстрогорящие сухая трава, опавшие листья, хвоя, мелкие ветки, сучья, некоторые кустарнички. В нашей работе рассматриваются сухая трава, опавшие листья, хвоя, мелкие ветки, сучья», – рассказывает о проекте Жданова.

© предоставлено Аленой Ждановой

Образцы для изучения свойств лесных горючих материалов

Ученых интересуют теплофизические (теплопроводность и теплоемкость) и термокинетические (энергия активации и предэкспоненциальный множитель) свойства этих материалов.

«При низовых пожарах выгорает лесная подстилка высотой до 10 сантиметров. Кроме того, низовое горение является причиной верхового возгорания бореального массива. ТТП лесных горючих материалов могут оказывать существенное влияние на процесс прекращения гетерогенного горения и термического разложения», – объясняет ученый.

Как сообщает сайт ТПУ со ссылкой на Жданову, в слоях лесной подстилки при низовых пожарах формируются воздушные зазоры, влияющие на процесс тушения, а верхний слой подстилки формируется годами и отличается от параметров свежего опада. В современной литературе отсутствуют модели, учитывающие влияние всех характеристик горючих материалов на процессы подавления пламени.

Как уточнила Жданова РИА Томск, задача проекта – создать такую базу достоверных экспериментальных данных в условиях разной плотности засыпки материала, определение специфических особенностей изменений теплофизических и термокинетических параметров лесных горючих материалов при разной их структуре.

© предоставлено Аленой Ждановой
Команда проекта разработает экспериментальные методики определения ТПП, сформирует аппроксимационные (приближенные) выражения для дальнейшей реализации численных методов исследования.
Грант для большой работы

С этой работой Алена Жданова победила в конкурсе молодых исследователей «Мой первый грант», проводимом Российским фондом фундаментальных исследований (РФФИ). Срок выполнения проекта – два года, объем финансирования – 500 тысяч рублей на первый год.

«По результатам исследований в конце первого года мы получим информационную базу теплофизических и термокинетических характеристик неживого компонента напочвенного покрова бореальной зоны смешанных лесов Сибирского федерального округа в условиях разной плотности материала», – объясняет собеседница агентства.

Ученые будут использовать современные экспериментальные методики и модели термического разложения и пламенного горения ЛГМ, разработанные ранее в лаборатории моделирования процессов тепломассопереноса.

«Такой подход будет полезен в изучении свойств не только лесных горючих материалов, но и других пористых структур, а база данных может быть использована еще и для создания биотоплива, и в отраслях деревообработки», – считает Жданова.

По ее словам, результаты проведенных экспериментальных и численных исследований будут представлены на международных и всероссийских конференциях. Также на их основе команда проекта подготовит статьи в российские рецензируемые журналы, индексируемые в зарубежных базах цитирования Scopus и Web of Science.

Молодая наука

Программа «Мой первый грант», по которой Жданова получила финансирование своего проекта, предназначена для поддержки фундаментальных научных исследований, выполняемых молодыми учеными. Благодаря конкурсу создаются условия для самостоятельных исследований молодых исследователей.

Молодые политехники регулярно побеждают в грантовых конкурсах. Например, Российский научный фонд (РНФ) поддержал 20 проектов вуза на общую сумму 156,5 миллиона рублей: гранты получат победители конкурсов «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» и «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов.

Как сообщается на сайте ТПУ, первый конкурс направлен на поддержку ученых в возрасте до 33 лет, защитивших кандидатские диссертации. Второй связан с поддержкой нового поколения научных лидеров.

Одним из победителей второго конкурса стал профессор Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Павел Стрижак, под руководством которого Алена Жданова защитила свою диссертацию, получившую продолжение в проекте по изучению свойств лесных горючих материалов.

Источник: РИАТОМСК