Главная Архивные документы
Исследования
КСЭ Лирика
Вернуться
Вместо введения
От составителя
СОКРАТ ПАВЛОВИЧ ГОЛЕНЕЦКИЙ
Б.Ф.Бидюков, ГОЛЕНЕЦКИЙ УМЕЛ УБЕЖДАТЬ
МОСКОВСКИЙ СЕМИНАР
РЕДАКЦИОННЫЙ КОММЕНТАРИЙ
Д.В.Демин, С.А.Симонов, НОВЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОБРАБОТКИ КАТАЛОГА ТУНГУССКОГО ВЫВАЛА
В.А.Ромейко, НЕОБЫЧНОЕ ОТКРЫТИЕ НА МЕСТЕ ТУНГУССКОЙ КАТАСТРОФЫ
А.Е.Злобин, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОЖОГА ВЕТВЕЙ ДЕРЕВЬЕВ, ПЕРЕЖИВШИХ ТУНГУССКУЮ КАТАСТРОФУ
А.Е.Злобин, "Тунгусский Вестник" - время не ждет!
А.Е.Злобин, К вопросу о тонкой структуре "главного вывала"
Марина Абдульменова, "Мне вчера приснился запах самолетного салона, ..."
В.А. Ромейко (Москва), ЭКСПЕДИЦИЯ К MECTУ ПАДЕНИЯ ТУНГУССКОГО МЕТЕОРИТА (КСЭ-38)
В.А.Чернобров (Москва), ТАЙНА С БОЛЬШОЙ БУКВЫ
ВЕРНИСАЖ
ПРЕЗЕНТАЦИИ
Каталог
А.Е.Злобин (Москва)
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОЖОГА ВЕТВЕЙ ДЕРЕВЬЕВ, ПЕРЕЖИВШИХ ТУНГУССКУЮ КАТАСТРОФУ
Карта сайта Версия для печати
Тунгусский феномен » Исследования » Тунгусский Вестник » Тунгусский Вестник КСЭ №3 » А.Е.Злобин, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОЖОГА ВЕТВЕЙ ДЕРЕВЬЕВ, ПЕРЕЖИВШИХ ТУНГУССКУЮ КАТАСТРОФУ

ПРАКТИКА МОДЕЛИРОВАНИЯ

В проблеме Тунгусского метеорита актуальным является вопрос об ожоговых повреждениях ветвей деревьев в районе взрыва. В настоящее время собран большой фактический материал, заключающий в себе информацию принципиального характера. Необходима расшифровка этой информации, базирующаяся на результатах физического эксперимента и современном математическом моделировании.

В летние периоды 1989-1990 гг. автором был выполнен большой объем экспериментальных исследований по нагреву живых ветвей сосны и лиственницы в различных условиях. Отдельно исследовался также интенсивный нагрев коры живых веток (до обугливания). Полученные экспериментальные данные позволили уточнить теплофизические характеристики ветвей и коры и выполнить ряд тестовых расчетов.

В процессе экспериментов использовалось следующее приборное оборудование. Датчиками для измерения стационарных и нестационарных температур служили хромель-копелевые термоэлектрические термометры (термопары) с диаметром спая 0,3 мм. Показания термопар, через аналого-цифровой преобразователь, фиксировались в памяти персонального компьютера и выводились в виде графиков на плоттер. Термопары подсоединялись по схеме «с холодным спаем» и холодный спай постоянно находился в термостате со льдом при температуре 0°С.

Нагрев образцов веток, как с корой, так и без коры, производился при погружении их в емкость с кипящей водой, температура которой постоянно измерялась и составляла 100°С. Образцы нагревались и при непосредственном контакте с водой, и в условиях «сухого» нагрева. В последнем случае образец, перед погружением в воду, оборачивался герметичным слоем из высокотеплопроводной фольги толщиной 0,02 мм.

Образцы веток препарировались одной термопарой через отверстие диаметром 1 мм, выполненное вдоль оси ветки на глубину равную 0,5 длины образца (рис. 1). Спай термопары в процессе препарирования плотно прижимался к торцевой стенке отверстия. В зоне вывода термопары из образца отверстие обрабатывалось специальным герметиком, что исключало контакт спая с внешней средой.

Типичные экспериментальные зависимости температуры образца от времени (ветка сосны диаметром 10,5 мм с толщиной коры 0,95 мм) приведены на рис. 2. Важной чертой такого эксперимента является хорошее знание граничных условий теплообмена со стороны кипящей воды. При этом «сухой» и «влажный» нагрев образца позволяют учесть возможное наличие влаги на ветках в момент взрыва.

Нагрев образцов коры производился в условиях брикетов (несколько слоев коры в брикете ). Слои коры в брикете располагались так, чтобы внутренняя поверхность одного слоя контактировала с внешней поверхностью другого. Термопары помещались между слоями так, как показано на рис. 3. Брикеты коры нагревались при непосредственном контакте со стальной пластиной, помещенной на электрический нагреватель.

Характерные зависимости температур от времени для различных слоев коры показаны на рис. 4. (кора ветки лиственницы толщиной 1,0 мм). Тепловой поток определялся исходя из известных характеристик электрического нагревателя. В процессе экспериментов была отмечена чрезвычайно высокая термическая инерционность живых веток и коры.

Полученный фактический материал позволил провести серию предварительных численных экспериментов по нагреву ветвей деревьев при заданных граничных условиях второго рода на их поверхности. Математическое моделирование выполнялось на базе комплекса программ, предназначенного для расчетов двумерных нестационарных полей температур методом конечных элементов (МКЭ). Комплекс позволяет рассчитывать поля температур в сложных составных и многосвязных областях с учетом различных теплофизических свойств подобластей и зависимости этих свойств от температуры.

 

Рассмотрим результаты одного из расчетов. Численно моделировался нагрев ветки сосны на участке ее поверхности, ограниченном в сечении центральным углом 120°. Диаметр ветки принимался равным 10,5 мм, толщина коры – 1,0 мм. Начальная температура составляла 20°С. Расчетная плотность теплового потока задавалась на поверхности ветки, ограниченной указанным центральным углом. На всей остальной поверхности, включая поверхность центрального отверстия под термопару, плотность теплового потока принималась равной нулю. В течение всего времени нагрева граничные условия теплообмена считались постоянными.

На рис. 5 приведена расчетная сетка МКЭ (300 узлов) для сечения ветки. На рис. 6 показано распределение температур в сечении после воздействия на ветку в течение 2 секунд теплового импульса J = 2,5 кал/см2. Как видно из этого расчета, значительно успевает прогреться только слой коры (1 мм), тогда как уже на глубине 1,5 мм температура не превышает 30°С. При этом вблизи поверхности ветки температура коры достигает 100°С, а на внутренней границе коры 50-60°С.

Согласно данным опытов Р.М. Нельсона, хвоя сосны, ели и кедра отмирает при нагревании ее менее чем за 1 минуту до 60°С. Если допустить, что живая кора ветки может отмереть при близких условиях или в случае кратковременного поверхностного «сваривания» ее при температуре 100°С, то проведенный расчет дает примерную нижнюю границу теплового импульса, необходимого для «слабого ожога». Следует отметить, однако, что возможность отмирания коры при таком механизме теплового поражения ветки должна пройти экспериментальную проверку.

В настоящее время обработана только небольшая часть проведенных автором экспериментов, поэтому результаты численного моделирования ожога являются предварительными. По мере обработки остального экспериментального материала и накопления результатов математического моделирования, вопрос об особенностях ожога ветвей деревьев в районе Тунгусской катастрофы будет рассмотрен дополнительно .

Автор выражает благодарность Б.Ф. Бидюкову за предоставленный каталог ожоговых повреждений деревьев, переживших Тунгусскую катастрофу.

© Томский научный центр СО РАН
Государственный архив Томской области
Институт систем информатики СО РАН
грант РГНФ №05-03-12324в
Главная | Архивные документы | Исследования | КСЭ | Лирика | Ссылки | Новости | Карта сайта | Паспорт