Огненный вихрь, или огненный дьявол — это не только герой компьютерной игры Heroes of the Storm, но еще и название экстремально сильных пожаров, характеризующихся большой высотой — до сотен метров — и огромной разрушающей способностью.
Заместитель директора Ведущей лаборатории по исследованию пожаров Университета науки и технологии Китая в Хэфее профессор Найан Лиу рассказал на 9-м Международном семинаре по структуре пламени, организованном Институтом химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН, о проводимых в лаборатории исследованиях турбулентных пламен, моделирующих огненные вихри.
Профессор Лиу привел статистические данные, согласно которым огненные вихри, или по-английски «Fire Swirls», входят в число редко встречающихся — на их долю приходится 5% от всех возгораний — экстремально сильных пожаров. Но, несмотря на такие эпизодические появления, экстремальные пожары наносят 97 % ущерба, включая материальный урон и стоимость пожаротушения.
— Огненные вихри возникают, если во время пожара внезапно налетает сильный ветер: он закручивает пламя, а вращение, в свою очередь вытягивает огонь вверх — возникает своеобразный огненный смерч. Самый высокий подобный пожар, около 600 метров в высоту, был зарегистрирован в 1940-х или 1950-х годах прошлого века. Очень немногие лаборатории и институты изучают это явление, вероятно из-за того, что оно редко возникает и поэтому считается не слишком важным, — подчеркнул Найан Лиу.
По понятным причинам исследование огненных вихрей в их «естественной среде обитания» невозможно, поэтому в лаборатории по исследованию пожаров Университета науки и технологии Китая используется специальная установка — по сути, шкаф из термостойких стекол, размером 2 м х 2 м х 15 м.
— Сложности при исследовании возникают из-за эффекта масштабирования: при переходе на каждый новый масштаб основной способ контроля пламени меняется. Модельные «пожары» в нашей лаборатории создаются трех размеров: маленького — диаметром и высотой в несколько сантиметров, среднего — диаметром 10 —30 см и большого — диаметром более 60 см. Характеристики пламени, которые мы получаем в результате эксперимента, можно экстраполировать на большие пожары. Также наша лаборатория сотрудничает с учеными из Португалии, где проводятся полевые эксперименты: создаются экспериментальные пожары вне лаборатории — но и там мы не можем «сделать» пожары с высотой пламени в сотни метров, — рассказал профессор.
Что касается результатов, ожидаемых от исследований огненных вихрей, профессор Лиу считает, что, прежде всего, нужно понять физические механизмы, лежащие в основе этого явления, а потом разработать инженерные модели для предсказания и предотвращения экстремальных пожаров. Сейчас имеются компьютерные программы, предсказывающие, например, скорость распространения пламени и другие характеристики пожара, но погрешность этих прогнозов может быть от 50 % до 100 %: допустим, расчетная скорость распространения пожара составляет 2 м/с, но в реальности она оказывается равной 4 м/с.
— Все больше людей начинают понимать, что у нас нет хороших инструментов для прогнозирования экстремальных пожаров, поэтому мы рассчитываем занять эту пока свободную для исследований нишу и повысить точность предсказаний, — высказал свои соображения ученый.
У лаборатории есть опыт сотрудничества с пожарными службами Китая: им пригодились результаты совместной работы группы профессора Лиу и лаборатории кинетики процессов горения ИХКГ СО РАН. В рамках двух совместных проектов российские и китайские ученые исследовали механизмы распространения огня во время лесных низовых пожаров.
— Используя модели, полученные в результате исследований распространения огня по поверхности, мы разработали программное обеспечение, и предоставили его пожарным. Они встроили эти модели в свою компьютерную систему для предсказания возгораний, и оказалось, что наши разработки в комбинации с другими характеристиками — влажностью, направлением ветра, топографическими условиями, — позволяют успешно предотвращать пожары. Наша модель используется, чтобы оценить риск возникновения возгораний, и, если он велик, пожарные службы принимают меры — например, запрещают или ограничивают посещение леса на некоторое время, — поделился исследователь.
Также профессор Лиу высоко оценил работы сибирских ученых, представленные на семинаре, в частности, его заинтересовал доклад директора Института теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН, члена-корреспондента РАН Дмитрия Марковича Марковича, посвященный когерентным структурам в турбулентном закрученном пламени.
— Я заметил, что у нас очень схожие интересы в области исследования турбулентного пламени. Мы обменялись контактами, и, я думаю, у нас может получиться интересное сотрудничество, — заключил Найан Лиу.
Надежда Дмитриева
Фото: из открытых источников (анонс, 1), автора (2)
