NGHIÊN CỨU TỐI ƯU MỘT SỐ THÔNG SỐ CỦA MÁY CHỮA CHÁY RỪNG BẰNG SỨC GIÓ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP GIANG QUỐC NAM NGHIÊN CỨU TỐI ƯU MỘT SỐ THÔNG SỐ CỦA MÁY CHỮA CHÁY RỪNG BẰNG SỨC GIÓ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI, NĂM 2023 B[.]

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

GIANG QUỐC NAM

NGHIÊN CỨU TỐI ƯU MỘT SỐ THÔNG SỐ

CỦA MÁY CHỮA CHÁY RỪNG BẰNG SỨC GIÓ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2023

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP

GIANG QUỐC NAM

NGHIÊN CỨU TỐI ƯU MỘT SỐ THÔNG SỐ

CỦA MÁY CHỮA CHÁY RỪNG BẰNG SỨC GIÓ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

Ngành: Kỹ thuật cơ khí

Mã số: 9.52.01.03

Người hướng dẫn khoa học:

Hướng dẫn 1: TS Phạm Văn Tỉn Hướng dẫn 2: TS Trần Văn Tưởng

HÀ NỘI, NĂM 2023

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, được sự hướng dẫn khoa học của TS Phạm Văn Tỉnh và TS Trần Văn Tưởng Các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án này là trung thực, khách quan và chưa từng được công bố ở bất kỳ công trình nào khác

Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được cảm ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày …… tháng 5 năm 2023

Người hướng dẫn khoa học

TS Phạm Văn Tỉnh TS Trần Văn Tưởng

Tác giả luận án

Giang Quốc Nam

LỜI CẢM ƠN

Xin chân thành cảm ơn các nhà khoa học, các cơ quan đã nhiệt tình giúp

đỡ tôi hoàn thành bản luận án khoa học này

Trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Phạm Văn Tỉnh và

TS Trần Văn Tưởng với những ý kiến đóng góp quan trọng và chỉ dẫn khoa học quý giá trong quá trình thực hiện công trình nghiên cứu

Trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Lâm nghiệp, Phòng Đào tạo sau đại học đã giúp đỡ và tạo điều kiện để tôi hoàn thành luận án

Trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ thuật Hòa Bình, đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận án này

Trân trọng cảm ơn tập thể, lãnh đạo Khoa Cơ điện và Công trình, Bộ môn Công nghệ và máy chuyên dùng Trường Đại học Lâm nghiệp đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành nhiệm vụ học tập và nghiên cứu

Trân trọng cảm ơn các nhà khoa học của Trường Đại học Lâm nghiệp, Học viện Nông nghiệp Việt Nam, Đại học công nghiệp Hà Nội, Đại học Phòng cháy chữa cháy, Học viện Kỹ thuật quân sự, Câu lạc bộ Cơ khí động lực… đã đóng góp ý kiến quý báu để tôi hoàn thành luận án này

Tác giả luận án

Giang Quốc Nam

MỤC LỤC

Lời cam đoan ……… i

Lời cảm ơn ……… ii

Mục lục ……… iii

Danh mục hình ….……… vii

Danh mục bảng ……… x

Danh mục các ký hiệu và viết tắt ……… xii

Mở đầu ……… 1

1 Đặt vấn đề ……… 1

2 Mục đích nghiên cứu của luận án ……… 4

3 Những đóng góp mới của luận án ……… 4

4 Ý nghĩa khoa học của luận án ……… 4

5 Ý nghĩa thực tiễn của luận án ……… 5

Chương 1 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu ……… 6

1.1 Đặc điểm và nguyên lý của quá trình cháy rừng ……… 6

1.1.1 Tình hình cháy rừng trên thế giới và ở Việt Nam ……… 6

1.1.2 Đặc điểm và điều kiện hoạt động của các thiết bị chữa cháy rừng … 9 1.1.3 Đặc điểm của quá trình cháy rừng ……… 10

1.1.4 Nguyên lý của quá trình chữa cháy ……… 14

1.2 Tình hình nghiên cứu công nghệ và thiết bị chữa cháy rừng ………… 20

1.2.1 Khái quát về công nghệ chữa cháy rừng 20

1.2.2 Các công trình nghiên cứu về thiết bị chữa cháy rừng và quạt gió ly tâm cao áp trên thế giới 22

1.2.3 Các công trình nghiên cứu về thiết bị chữa cháy rừng ở Việt Nam … 28 1.3 Mục tiêu, nội dung, đối tượng và phương pháp nghiên cứu 33

1.3.1 Mục tiêu nghiên cứu của luận án ……… 33

1.3.2 Nội dung nghiên cứu của luận án ……… 33

1.3.3 Đối tượng nghiên cứu 34

1.3.4 Phương pháp nghiên cứu ……… 38

Chương 2 Cơ sở khoa học xác định các thông số tối ưu của máy chữa

cháy rừng bằng sức gió ……… 40

2.1 Đặc điểm và yêu cầu của quạt gió cao áp lắp trên máy chữa cháy bằng sức gió ……… 40

2.1.1 Đặc điểm của quá trình hoạt động của quạt gió cao áp lắp trên máy chữa cháy rừng bằng sức gió ……… 40

2.1.2 Yêu cần kỹ thuật của máy chữa cháy rừng bằng sức gió ……… 41

2.2 Cấu tạo và các thông số của quạt gió cao áp 41

2.2.1 Cấu tạo của quạt gió cao áp sử dụng để lắp máy chữa cháy rừng bằng sức gió 41

2.2.2 Các thông số kết cấu cơ bản của quạt gió ……… 42

2.3 Cơ sở lý thuyết tính toán quạt gió cao áp 43

2.3.1 Phương trình liên tục của dòng khí ……… 43

2.3.2 Phương trình năng lượng ……… 45

2.3.3 Chuyển động của phần tử chất khí trong máy chữa cháy rừng bằng sức gió ……… 47

2.4 Xây dựng mô hình tính toán động lực học bánh guồng của quạt gió cao áp để lắp máy chữa cháy rừng bằng sức gió ……….…… 54

2.4.1 Xây dựng mô hình tính toán áp lực của quạt gió cao áp ……… 54

2.4.2 Thiết lập phương trình tính toán áp lực của quạt gió cao áp ……… 56

2.5 Thiết lập phương trình mặt cong cánh quạt và vỏ quạt ……… 60

2.5.1 Xây dựng mô hình thiết lập phương trình mặt cong cánh quạt …… 60

2.5.2 Xây dựng phương trình mặt cánh quạt trong R3 ……… 63

2.5.3 Xây dựng phương trình đường cong quanh vỏ quạt ……… 67

2.6 Tính toán số lượng cánh quạt của quạt gió cao áp ……… 68

2.7 Tính toán công suất động cơ của máy chữa cháy rừng bằng sức gió …… 69

Chương 3 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến động lực học quạt gió cao áp của máy chữa cháy rừng bằng sức gió ……… 71

3.1 Khảo sát đơn yếu tố một số thông số của cánh quạt ảnh hưởng đến vận

tốc và áp lực dòng khí ……… 71

3.1.1 Phần mềm khảo sát ……… 71

3.1.2 Khảo sát ảnh hưởng của góc lắp ráp đầu ra đến vận tốc và áp lực dòng khí đầu ra của quạt gió ……… 72

3.1.3 Khảo sát ảnh hưởng của góc lắp ráp đầu vào đến vận tốc và áp lực của dòng không khí đầu ra quạt gió ……… 73

3.1.4 Khảo sát ảnh hưởng của bán kính cong của cánh quạt đến vận tốc và áp lực không khí đầu ra của quạt gió ……… 75

3.2 Khảo sát đa yếu tố ảnh hưởng của các thông số cánh quạt đến vận tốc và áp lực không khí đầu ra của quạt gió ……… 76

3.2.1 Thông số đầu vào để khảo sát ……… 76

3.2.2 Lựa chọn phần mềm để khảo sát ……… 77

3.2.3 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của bán kính cong cánh quạt đến vận tốc, lưu lượng và áp lực quạt gió ……… 78

3.3 Xây dựng đường đặc tính của quạt gió cao áp để lắp vào máy chữa cháy rừng bằng sức gió ……… 80

3.4 Xác định một số thông số hợp lý của máy chữa cháy rừng bằng sức gió 81

Chương 4 Nghiên cứu thực nghiệm kiểm chứng mô hình tính toán lý thuyết và xác định một số thông số tối ưu của máy chữa cháy rừng bằng sức gió ……… 83

4.1 Mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu thực nghiệm ……… 83

4.1.1 Mục tiêu nghiên cứu thực nghiệm ……… 83

4.1.2 Nhiệm vụ nghiên cứu ……… 84

4.2 Đối tượng nghiên cứu thực nghiệm ……… 84

4.3 Phương pháp xác định các đại lượng nghiên cứu ……… 85

4.3.1 Phương pháp xác định vận tốc dòng không khí phun ra ở miệng ống thổi ……… 85

4.3.2 Phương pháp xác định áp lực quạt gió ……… 86

4.3.3 Thiết bị, dụng cụ đo áp lực và vận tốc không khí phun vào đám cháy 87

4.3.4 Thiết bị khuếch đại 89

4.4 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm kiểm chứng mô hình tính toán lý thuyết 90

4.4.1 Chuẩn bị thí nghiệm 90

4.4.2 Tổ chức và tiến hành thí nghiệm 91

4.4.3 Kiểm chứng mô hình tính toán lý thuyết ……… 94

4.5 Xác định một số thông số tối ưu của máy chữa cháy rừng bằng sức gió 97

4.5.1 Chọn phương pháp nghiên cứu ……… 97

4.5.2 Phương pháp xử lý kết quả thí nghiệm ……… 99

4.5.3 Kết quả thí nghiệm đơn yếu tố ……… 104

4.5.4 Kết quả thực nghiệm đa yếu tố ……… 114

4.6 Xác định giá trị tối ưu của thông số ảnh hưởng ……… 122

4.6.1 Phương pháp tìm giá trị tối ưu của thông số đầu vào ……… 122

4.6.2 Kết quả giải bài toán tối ưu theo phương pháp hàm tỷ lệ tối ưu tổng quát 123

4.7 Xác định công suất động cơ 124

4.8 Thông số kỹ thuật của máy chữa cháy rừng bằng sức gió đã được tính toán tối ưu và hoàn thiện ……… 125

Kết luận và kiến nghị ……… 128

Tài liệu tham khảo ……… 130

Các bài báo đã công bố về kết quả của luận án ……… 138

Phụ lục ……… 139

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Cháy rừng ở Hà Tĩnh ……… 9

Hình 1.2: Sử dụng máy chữa cháy rừng bằng không khí để dập lửa ……… 10

Hình 1.3 Cấu trúc ngọn lửa khuyếch tán khi cháy rừng ……… 11

Hình 1.4: Sự phụ thuộc của vận tốc lan truyền ngọn lửa trên bề mặt chất rắn bởi nhiệt độ ban đầu của nó ……… 12

Hình 1.5: Sự phụ thuộc của vận tốc lan truyền ngọn lửa bởi góc nghiêng … 13 Hình 1.6: Sơ đồ tam giác cháy ……… 17

Hình 1.7: Máy chữa cháy rừng bằng sức gió MBH - 29 của Trung Quốc … 24 Hình 1.8: Máy chữa cháy rừng bằng sức gió do đề tài cấp bộ thiết kế chế tạo… 31 Hình 1.9: Các thiết bị chữa cháy rừng do đề tài trọng điểm cấp nhà nước mã số KC07.13/06-10 thiết kế chế tạo ……… 31

Hình 1.10: Cấu tạo máy chữa cháy rừng bằng sức gió do đề tài trọng điểm cấp nhà nước mã số KC07.13/06-10 thiết kế chế tạo ……… 34

Hình 1.11: Máy chữa cháy rừng bằng sức gió chữa cháy rừng ngoài thực tế 35

Hình 1.12: Sơ đồ cấu tạo thiết bị chữa cháy rừng bằng sức gió ……… 35

Hình 2.1: Cấu tạo của quạt gió cao áp ……… 42

Hình 2.2: Kết cấu cơ bản của quạt gió cao áp 42

Hình 2.3: Mô hình tính toán dòng khí liên tục ……… 44

Hình 2.4: Mô hình đường dòng của chất lưu ……… 48

Hình 2.5: Mô hình phần tử hữu hạn để tính toán phần tử chất khí trong quạt gió ……… 51

Hình 2.6: Sơ đồ sai phân tính toán phần tử khí ……… 53

Hình 2.7: Mô hình tính toán động lực học bánh guồng quạt gió cao áp …… 55

Hình 2.8: Sơ đồ tính toán áp lực dòng khí của bánh guồng quạt gió cao áp… 56 Hình 2.9: Cấu tạo vỏ quạt gió cao áp ……… 61

Hình 2.10: Cấu tạo của bánh guồng ……… 61

Hình 2.11: Mô hình xây dựng mặt cong cánh quạt ……… 62

Hình 2.12: Sơ đồ tính toán thông số cánh quạt gió cao áp ……… 62

Hình 2.13: Hệ trục tọa độ để thiết lập phương trình ……… 64

Hình 3.1: Sơ đồ khối khảo sát ảnh hưởng của tham số kết cấu đến tham số động lực học của cánh quạt gió cao áp 71

Hình 3.2: Ảnh hưởng của góc lắp ráp đầu ra đến vận tốc dòng khí ………… 72

Hình 3.3: Ảnh hưởng của góc lắp ráp đầu ra đến áp lực dòng khí ………… 73

Hình 3.4: Ảnh hưởng của góc lắp ráp đầu vào đến vận tốc dòng không khí đầu ra quạt gió ……… 74

Hình 3.5: Ảnh hưởng của góc lắp ráp đầu vào đến áp lực dòng không khí đầu ra quạt gió ……… 74

Hình 3.6: Ảnh hưởng của bán kính cong cánh quạt đến vận tốc dòng không khí ……… 75

Hình 3.7: Ảnh hưởng của bán kính cong cánh quạt đến áp lực dòng không khí ……… 76

Hình 3.8: Kết quả mô phỏng vận tốc dòng khí ……… 78

Hình 3.9: Kết quả mô phỏng áp suất dòng khí ……… 79

Hình 3.10: Đồ thị đường đặc tính của quạt gió cao áp để lắp vào máy chữa cháy rừng bằng sức gió ……… 80

Hình 4.1: Thiết bị nghiên cứu thực nghiệm ……… 85

Hình 4.2: Sơ đồ bố trí thiết bị đo vận tốc dòng không khí 85

Hình 4.3: Sơ đồ tổng quát đo các đại lượng không điện bằng điện 86

Hình 4.4: Sơ đồ cấu trúc dạng khối của thiết bị thí nghiệm đo áp lực dòng không khí phun ở miệng ống thổi ……… 86

Hình 4.5: Sơ đồ đo áp lực của không khí phun vào đám cháy 87

Hình 4.6: Encoder đếm số vòng quay của cánh quạt gió 88

Hình 4.7: Hiệu chỉnh thiết bị đo vận tốc gió 88 Hình 4.8: Đầu đo lực nén HBM ……… 89 Hình 4.9: Thiết bị DMC Plus ……… 90 Hình 4.10: Thực nghiệm vận tốc dòng không khí phun ra ở miệng quạt gió 91 Hình 4.11: Mối quan hệ thực nghiệm giữa tốc độ bánh công tác (n), tốc độ

gió (V) và áp suất tại cửa ra (p) của máy chữa cháy rừng bằng sức gió 92 Hình 4.12: Biểu đồ đo vận tốc quạt gió theo thời gian 92 Hình 4.13: Biểu đồ đo áp lực của dòng không khí phun ra của quạt gió 93 Hình 4.14: Ảnh hưởng của góc lắp ráp đầu vào β1 đến áp lực gió phun …… 105 Hình 4.15: Ảnh hưởng của góc lắp ráp đầu vào β1 đến vận tốc phun ………… 106 Hình 4.16: Ảnh hưởng của góc lắp ráp đầu ra β2 đến áp lực phun ……… 107 Hình 4.17: Ảnh hưởng của góc lắp ráp đầu ra β2 đến vận tốc phun ………… 109 Hình 4.18 Ảnh hưởng của bán kính cong của cánh quạt đến áp lực phun … 110 Hình 4.19 Ảnh hưởng của bán kính cong của cánh quạt đến vận tốc phun… 111 Hình 4.20: Ảnh hưởng số lượng cánh Z đến áp lực phun ……… 112 Hình 4.21 Ảnh hưởng của số lượng cánh quạt đến vận tốc phun ………… 113

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Tổng hợp tình hình cháy rừng ở Việt Nam từ năm 2012 - 2022… 8 Bảng 1.2: Thông số kỹ thuật của máy chữa cháy rừng bằng sức gió 36 Bảng 3.1: Một số thông số đầu vào cố định để khảo sát vận tốc và áp lực của

dòng không khí quạt gió cao áp ………

77 Bảng 3.2: Các thông số đầu vào thay đổi để khảo sát vận tốc và áp lực của

dòng không khí quạt gió cao áp ………

77 Bảng 3.3: Tổng hợp kết quả khảo sát đối với một số dạng mặt cánh quạt… 79 Bảng 4.1: So sánh vận tốc gió tính toán theo lý thuyết với kết quả thực nghiệm… 95 Bảng 4.2a: Bảng quy đổi áp lực gió giữa mô hình tính toán lý thuyết và

thực nghiệm ………

96 Bảng 4.2b: Bảng so sánh áp suất của quạt gió giữa mô hình tính toán lý

thuyết và kết quả thực nghiệm ………

96 Bảng 4.3: Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của góc lắp ráp đầu vào β1 đến áp

lực gió phun (quy đổi từ áp suất dư sang áp lực) ………

104 Bảng 4.4: Ảnh hưởng của góc lắp ráp đầu vào β1 đến vận tốc gió phun ……… 105 Bảng 4.5: Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của góc lắp ráp đầu ra β2 đến áp

lực gió phun ………

107 Bảng 4.6: Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của góc lắp ráp đầu ra β2 đến vận

tốc gió phun ………

108 Bảng 4.7: Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của bán kính cong của cánh quạt

đến áp lực gió phun ………

109 Bảng 4.8: Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của bán kính cong của cánh quạt

đến vận tốc gió phun ………

110 Bảng 4.9: Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của số lượng cánh Z của quạt gió

đến áp lực gió phun ………

112

Bảng 4.10: Kết quả thí nghiệm ảnh hưởng của số lượng cánh Z của quạt gió

đến vận tốc gió phun ………

113 Bảng 4.11: Mức thí nghiệm của các thông số đầu vào ……… 115 Bảng 4.12: Ma trận thí nghiệm theo kế hoạch Box - Behnken ……… 116 Bảng 4.13: Kết quả ảnh hưởng của các thông số đến hàm vận tốc gió phun… 117 Bảng 4.14: Kết quả ảnh hưởng của các thông số đến hàm áp lực phun …… 118 Bảng 4.15: Thông số kỹ thuật của máy phun sức gió chữa cháy rừng đã được

chế tạo theo kết quả tính toán thông số tối ưu

125

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ VIẾT TẮT

b1, b2 cm Độ rộng cánh quạt

C m/s Tốc độ tuyệt đối của dòng không khí tại đầu ra

Cv m/s Tốc độ tuyệt đối của dòng không khí tại đầu vào

C2u m/s Tốc độ dài đầu ra của không khí

D1 cm Đường kính trong cánh quạt

D2 cm Đường kính ngoài cánh quạt

β1 độ Góc lắp ráp đầu vào cánh quạt

β2 độ Góc lắp ráp đầu ra của cánh quạt

r mm Bán kính cong của cánh quạt gió

Tlt giây Thời gian lan truyền ngọn lửa

Tch giây Thời gian cháy hết hoàn toàn chất cháy

U1 m/s Tốc độ dài của dòng khí ở đường kính trong cánh quạt

U2 m/s Tốc độ dài của dòng khí ở đường kính ngoài cánh quạt

W1 m/s Tốc độ tương đối của dòng khí tại đầu vào của cánh quạt

W2 m/s Tốc độ tương đối của dòng khí tại đầu ra của cánh quạt

 Nội năng của một đơn vị khối lượng chất khí

n Vòng/phút Số vòng quay

 Rad/s Vận tốc góc của bánh guồng

Y Giá trị trung bình thông số ra tại điểm u

Xi Giá trị thực của tham số đầu vào

Nct KW Công suất cần thiết

Ntt KW Công suất tính toán

L m3/s Lưu lượng không khí

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Rừng là lá phổi xanh của toàn nhân loại, là nguồn tài nguyên quý giá có khả năng tái tạo Hệ sinh thái rừng đóng vai trò quan trọng trong việc chống lại những hiện tượng thiên tai cực đoan do biến đổi khí hậu gây ra như: Lũ lụt, sạt

lở, hiệu ứng khí nhà kính…; đồng thời là nơi cư trú của các hệ động thực vật

và tàng trữ các nguồn gen quý hiếm Bên cạnh đó, rừng còn là một trong những nguồn tài nguyên có thể tái tạo, đóng góp giá trị to lớn vào nền kinh tế của mỗi quốc gia, có giá trị to lớn đối với nền kinh tế quốc dân, văn hoá cộng đồng, du lịch sinh thái, nghiên cứu khoa học, an ninh quốc gia và chất lượng cuộc sống của con người Tuy nhiên, hiện nay tài nguyên rừng đang bị suy giảm nghiêm trọng cả về số lượng và chất lượng Một trong những nguyên nhân làm mất rừng đó là do cháy rừng

Riêng đối với Việt Nam, thời gian qua, do ảnh hưởng của biến đổi khí hậu dẫn đến diễn biến thời tiết thất thường khiến nhiều diện tích rừng bị thiêu rụi và đe dọa nghiêm trọng đến thảm thực vật rừng, cũng như ảnh hưởng tới phát triển kinh tế - xã hội, môi trường, khí hậu… Do đó, cháy rừng đang trở thành vấn đề nghiêm trọng của quốc gia

Các số liệu Thống kê của Cục Kiểm lâm (Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn) [1] và Niên giám thống kê (Tổng cục Thống kê) [3] cho thấy, trong khoảng hơn 11 năm của giai đoạn 2012 - 2022, nạn cháy rừng đã thiêu hủy hơn

21 nghìn ha rừng của Việt Nam, gây thiệt hại lớn về kinh tế cho đất nước Đặc biệt, vào những tháng cao điểm của mùa khô hạn, nắng nóng, nhiều khu rừng của Việt Nam nằm trong tình trạng cảnh báo có nguy cơ cháy rừng cấp V (cấp cực kỳ nguy hiểm), nguy cơ xảy ra cháy rừng rất cao Cháy rừng không những

bị tổn thất về mặt tài nguyên mà còn ảnh hưởng đến tính mạng con người, của

cải và môi trường sinh thái Kể cả năm 2017, mặc dù lượng mưa tăng mạnh làm thời tiết bớt khô hạn và bớt hanh nóng góp phần giảm diện tích rừng bị cháy đến mức thấp nhất trong vòng 1 thập kỷ qua, nhưng mức độ thiệt hại vẫn còn khoảng 471,7 ha, giảm khoảng trên 80% so với năm 2016 (3.320 ha)

Đứng trước những hiểm hoạ do cháy rừng gây ra, các nhà khoa học trên thế giới không ngừng nghiên cứu, cải tiến các phương pháp phòng và chữa cháy rừng, nhằm hạn chế đến mức thấp nhất thiệt hại do cháy rừng gây ra

Mỗi loại thiết bị chỉ phù hợp với điều kiện nhất định, nên khi áp dụng các thiết bị chữa cháy rừng của nước ngoài vào điều kiện rừng của Việt Nam chưa phù hợp, do địa hình rừng của Việt Nam có độ dốc lớn, không có nguồn nước, thực bì phức tạp, đường giao thông không thuận lợi

Hiện nay việc chữa cháy rừng ở Việt Nam chủ yếu chữa cháy bằng thủ công (dùng cành cây, cào, cuốc… đập trực tiếp vào đám cháy), nên hiệu quả thấp, nguy hiểm đối với người tham gia chữa cháy, từ đó mà diện tích cháy rừng ngày càng tăng Một số vườn quốc gia và cơ sở chữa cháy đã trang bị một

số thiết bị để chữa cháy rừng, nhưng các thiết bị này không phù hợp với địa hình, điều kiện rừng, điều kiện tác nhân chữa cháy nên hiệu quả chữa cháy rừng không cao

Do đặc điểm của cháy rừng thường là nơi xa nguồn nước, điều kiện vận chuyển nước không thuận lợi, độ dốc lớn, địa hình phức tạp nên các thiết bị chữa cháy lớn như xe ôtô chữa cháy khó có thể áp dụng được Để tăng hiệu quả cho việc chữa cháy rừng thì cần phải nghiên cứu, thiết kế, chế tạo ra các thiết bị chữa cháy rừng sử dụng tác nhân chữa cháy tại chỗ, thiết bị gọn nhẹ dễ mang vác di dộng trên địa hình dốc, hiệu quả dập lửa lớn, dễ sử dụng, phù hợp với điều kiện địa hình và điều kiện kinh tế ở Việt Nam, để trang bị rộng rãi cho các cơ sở sản xuất lâm nghiệp, từ đó toàn dân có thể tham gia vào công tác chữa cháy rừng, góp phần hạn chế diện tích rừng bị cháy

Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn, Bộ Khoa học và Công nghệ đã giao cho Trường Đại học Lâm nghiệp chủ trì thực hiện đề tài trọng điểm cấp nhà nước

[23]: “Nghiên cứu công nghệ và thiết kế chế tạo các thiết bị chuyên dụng chữa

cháy rừng”, mã số KC07.13/06-10 Một trong những kết quả của đề tài đã thiết

kế chế tạo và khảo nghiệm máy chữa cháy rừng bằng sức gió, bước đầu cho hiệu quả dập lửa cao, phù hợp với điều kiện địa hình ở Việt Nam, hiện nay máy

đã được áp dụng ở một số địa phương Tuy nhiên thiết bị này vẫn còn một số hạn chế cần phải nghiên cứu giải quyết đó là: Áp lực và lưu lượng không khí phun vào đám cháy còn hạn chế, khoảng cách phun xa của dòng không khí còn ngắn, độ rung của máy lớn, từ đó ảnh hưởng đến sức khỏe người sử dụng

Máy chữa cháy rừng bằng sức gió là thiết bị mới, máy được thiết kế chế tạo trên nền máy cơ sở là cưa xăng, hệ thống quạt gió là dạng quạt gió li tâm cao áp, máy làm việc trong điều kiện địa hình phức tạp, từ đó ảnh hưởng lớn đến khả năng làm việc của máy

Trong khi đó đề tài cấp nhà nước mã số KC07.13/06-10 chỉ tập trung vào thiết kế chế tạo và khảo nghiệm các tính năng kỹ thuật của máy, chưa đi sâu nghiên cứu cơ sở khoa học tính toán thiết kế máy, cũng như chưa có điều kiện nghiên cứu tối ưu hóa các thông số của máy Mặt khác các công trình nghiên cứu về cơ cở khoa học tính toán thiết kế máy cũng như các nghiên cứu về tối

ưu hóa các thông số của máy chữa cháy rừng bằng sức gió còn rất hạn chế

Để có cở sở khoa học phục vụ việc tính toán thiết kế và hoàn thiện máy chữa cháy rừng bằng sức gió cần thiết phải tiến hành nghiên cứu cơ sở lý thuyết tính toán máy chữa cháy rừng bằng sức gió, trên cơ sở đó xác định một số thông

số tối ưu của máy nhằm nâng cao hiệu quả dập lửa của máy

Như vậy, việc nghiên cứu tối ưu hóa các thông số của máy chữa cháy rừng bằng sức gió là rất cần thiết nhằm nâng cao tính năng kỹ thuật của máy và hiệu quả chữa cháy rừng, góp phần hoàn thiện máy chữa cháy rừng bằng sức

gió hiện đang sử dụng ở Việt Nam Với lý do đã trình bày ở trên, luận án chọn

và thực hiện đề tài: “Nghiên cứu tối ưu một số thông số của máy chữa cháy

rừng bằng sức gió”

2 Mục đích nghiên cứu của luận án

Xây dựng cơ sở khoa học để phục vụ cho việc tính toán xác định giá trị tối ưu một số thông số của máy chữa cháy rừng bằng sức gió nhằm nâng cao lưu lượng và áp lực của dòng không khí phun vào đám cháy, từ đó nâng cao hiệu quả dập lửa chữa cháy rừng

3 Những đóng góp mới của luận án

1 Luận án đã xây dựng mô hình, thiết lập được phương trình tính toán vận tốc, áp lực phun, phương trình mặt cong cánh quạt và vỏ của quạt gió cao

áp trên máy chữa cháy rừng bằng sức gió, đã khảo sát ảnh hưởng một số thông

số kết cấu của quạt gió cao áp đến vận tốc và áp lực của quạt gió, từ kết quả khảo sát đã xác định được một số tham số kết cấu hợp lý của quạt gió Phương trình mặt cong cánh quạt tạo điều kiện thuận lợi cho việc chế tạo cánh quạt bằng công nghệ CNC

2 Đã xây dựng được đồ thị đường đặc tính của quạt gió cao áp để lắp trên máy chữa cháy rừng bằng sức gió, đường đặc tính của quạt gió cao áp làm

cơ sở khoa học cho tính toán thiết kế và hoàn thiện máy chữa cháy rừng bằng sức gió và quạt gió cao áp khác

3 Bằng nghiên cứu thực nghiệm kiểm chứng và phương pháp quy hoạch thực nghiệm, luận án đã xác định được giá trị tối ưu một số thông số của máy chữa cháy rừng bằng sức gió đó là: Góc lắp ráp đầu vào của quạt gió β1 = 68,90; Góc lắp ráp đầu ra của quạt gió β2 = 1100; Bán kính cong của cánh quạt gió r = 24,2 mm; Số cánh của quạt gió cao áp Z = 22 cánh, các thông số trên là căn cứ khoa học để hoàn thiện máy chữa cháy rừng bằng sức gió

4 Ý nghĩa khoa học của luận án

Kết quả nghiên cứu của luận án đã xây dựng được cơ sở khoa học để tính toán các thông số động lực học của máy chữa cháy rừng bằng sức gió, đồng thời luận án đã xây dựng được phương pháp thực nghiệm xác định một số thông

số tối ưu về kết cấu của quạt gió cao áp lắp trên máy chữa cháy rừng bằng sức gió Từ kết quả nghiên cứu về lý thuyết và thực nghiệm có thể làm tài liệu khoa học cho tính toán thiết kế, hoàn thiện các thiết bị chuyên dụng chữa cháy rừng

5 Ý nghĩa thực tiễn của luận án

Kết quả nghiên cứu của luận án được sử dụng cho việc thiết kế chế tạo

và hoàn thiện máy chữa cháy rừng bằng sức gió do đề tài trọng điểm cấp nhà nước thiết kế chế tạo, ngoài ra còn sử dụng để làm tài liệu tham khảo cho việc nghiên cứu thiết kế chế tạo quạt gió cao áp sử dụng trong nông lâm nghiệp và công nghiệp

Chương 1 TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Đặc điểm và nguyên lý của quá trình cháy rừng

1.1.1 Tình hình cháy rừng trên thế giới và ở Việt Nam

1.1.1.1 Tình hình cháy rừng trên thế giới

Cháy rừng là một thảm họa thiên tai ở trên thế giới, do biến đổi khí hậu, nắng nóng kéo dài, khí hậu khô hanh, nhiệt độ tăng cao dẫn đến nhiều vụ cháy rừng lớn đã xảy ra trong một số năm gần đây Theo số liệu của Tổ chức Nông lâm Liên hợp quốc (FAO) và Hệ thống Thông tin về cháy rừng của châu Âu (EFFIS) [33] trong 10 năm từ 2010 - 2022 diện tích rừng bị cháy trên toàn thế giới khoảng gần 98 triệu ha, trung bình khoảng 9,5 triệu ha rừng /năm, các nước

có diện tích rừng bị cháy lớn bao gồm:

- Mỹ là quốc gia có diện tích rừng bị cháy nhiều nhất trên thế giới, riêng năm 2018 cháy rừng đã thiêu hủy 1,5 triệu ha;

- Ở Hy Lạp: Những đám cháy liên tục tại nước này từ năm 2010 tới năm

2020 đã gây nên sự quan tâm của thế giới Riêng năm từ 2018 - 2019 đã thiêu huỷ khoảng 1.500.000 ha rừng;

- Ở Australia: Năm 2019, cháy rừng đã thiêu huỷ 1,7 triệu ha Ngày

25/1/2019, một vụ cháy đã thiêu huỷ hơn 600.000 ha rừng và đồng cỏ ở bang Victoria, làm chết 7.332 người, hơn 800 người bị thương và gây thiệt hại khoảng 280 triệu USD và hàng chục các vụ cháy rừng đã bắt đầu bùng phát ở bang New South Wales với tổng cộng khoảng 10 triệu ha rừng đã bị “bà hỏa” phá hủy và hầu hết các bang đều bị ảnh hưởng, ngoại trừ khu vực lãnh thổ thủ

đô [74];

- Mới đây nhất, theo Hệ thống Thông tin về cháy rừng của châu Âu (EFFIS) ngày 14/8/2022 [33], cho biết, số vụ cháy rừng tại châu lục này từ đầu năm tới nay đã tăng mức kỷ lục với gần 660.000ha rừng bị tàn phá Nhiều người

dân phải rời bỏ nhà cửa, nhiều khu rừng bị thiêu rụi ở các nước như Áo, Croatia,

Pháp, Hy Lạp, Italia, Bồ Đào Nha và Tây Ban Nha Các chuyên gia của EFFIS

cảnh báo, các đợt nắng nóng thường xuyên hơn và dài hơn đang diễn ra tại châu

Âu và quốc gia bị ảnh hưởng nặng nề nhất là Tây Ban Nha với 244.924ha rừng

bị cháy, tiếp theo là Romania (150.528ha rừng) và Bồ Đào Nha (77.292ha)

- Ở Trung Quốc: Từ năm 2010 đến năm 2020 có khoảng 4,2 triệu ha

rừng đã bị cháy làm thiệt hại hàng tỷ đô la, 270 người thiệt mạng; tại tỉnh Sơn Tây, một đám cháy bùng phát chiều 29/3/2019 đã thiêu rụi gần 3.000 ha rừng Ngày 30/3/2019, tại quận Mật Vân, ngoại ô thủ đô Bắc Kinh, hỏa hoạn cũng thiêu rụi 50 ha rừng, khiến nhà chức trách phải huy động 2.000 nhân viên cứu

hộ và lính cứu hỏa để đối phó Một đám cháy vào ngày 01/4/2019 ở vùng núi hẻo lánh với độ cao hơn 3.800m thuộc khu tự trị Lương Sơn, tỉnh Tứ Xuyên

đã làm thiệt mạng 30 lính cứu hoả [34]

- Tại Khu vực Đông Nam Á: Theo số liệu thống kê của FAO, từ năm

2010 đến đầu năm 2022 có trên 12 triệu ha rừng và đất rừng trong khu vực bị cháy Trong đó, Indonesia là nước thường xảy ra cháy rừng với thiệt hại lớn nhất Cháy rừng tại Indonesia năm 2018 làm ô nhiễm không khí cả các nước trong khu vực [72]

1.1.1.2 Tình hình cháy rừng ở Việt Nam

Theo báo cáo thông kê diễn biến tài nguyên rừng và Niên giám thống kê năm 2022 [1], [3], Việt Nam có trên 14,8 triệu ha rừng (độ che phủ tương ứng

là 43,8%), với 10,8 triệu ha rừng tự nhiên và 4 triệu ha rừng trồng Trong những năm gần đây diện tích rừng tăng lên, nhưng chất lượng rừng còn suy giảm, rừng nguyên sinh chỉ còn khoảng 15%, trong khi rừng thứ sinh nghèo kiệt chiếm gần 70% tổng diện tích rừng trong cả nước, đây là loại rừng rất dễ xảy ra cháy, hiện nay Việt Nam có khoảng 6 triệu ha rừng dễ cháy bao gồm: Rừng thông, rừng tràm, rừng tre nứa, rừng khộp, rừng non khoanh nuôi tái sinh tự nhiên và rừng đặc sản Do diễn biến thời tiết ngày càng phức tạp và càng khó lường từ đó

dẫn đến nguy cơ tiềm ẩn cháy rừng rất cao, một số vụ cháy rừng điểm hình trong những năm gần đây:

- Vụ cháy rừng vườn quốc gia Hoàng Liên Sơn năm 2014 làm thiệt hại 1.000 ha rừng, thời gian cháy 10 ngày, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn

đã huy động nhiều lực lượng chữa cháy để dập lửa

- Vụ cháy rừng thông ở Hà Tĩnh năm 2016 đã làm thiệt hại 800 ha và làm 3 người thiệt mạng, thiệt hại về kinh tế hàng trăm tỷ đồng

- Vụ cháy rừng ở tỉnh Thừa Thiên Huế năm 2018 đã làm thiệt hại 485 ha rừng phòng hộ, rừng đặc dụng

- Năm 2021 xảy ra 77 vụ cháy rừng thiệt hại hơn 501,6 ha, 2 người chết Riêng 6 tháng đầu năm 2021, ở Thừa Thiên - Huế có 313 ha rừng các loại bị thiệt hại do hoả hoạn

- Năm 2022 cháy rừng trên toàn quốc đã làm thiệt hại 1.532,69 ha

Tổng hợp tình hình cháy rừng ở Việt Nam trong một số năm gần đây được thống kê ở bảng 1.1 [1], [3]

Bảng 1.1: Tổng hợp tình hình cháy rừng ở Việt Nam từ năm 2012 - 2022

vụ cháy

Cháy rừng tự nhiên (ha)

Cháy rừng trồng (ha)

Tổng diện tích rừng bị cháy (ha)

11 2022 196 303,69 1.229 1.532,69

Hình 1.1: Cháy rừng ở Hà Tĩnh

Qua bảng 1.1 ta thấy, ở Việt Nam trung bình hàng năm mất gần 2.000

ha rừng do cháy, vì vậy cháy rừng là vấn đề thời sự được Đảng, Chính phủ

và các bộ ngành quan tâm, việc đầu tư nghiên cứu công nghệ và thiết bị chữa cháy rừng nhằm hạn chế đến mức thấp nhất diện tích rừng bị cháy là nhiệm

vụ cấp bách ở Việt Nam

1.1.2 Đặc điểm và điều kiện hoạt động của các thiết bị chữa cháy rừng

Cháy rừng thường xảy ra vào mùa khô, nên nguồn nước phục vụ cho công tác chữa cháy rừng là rất hạn chế, từ đó các thiết bị chữa cháy rừng sử dụng tác nhân chữa cháy là nước không phù hợp, không phát huy được hiệu quả chữa cháy Từ đặc điểm này cần thiết phải có thiết bị chữa cháy rừng với tác nhân chữa cháy tại chỗ như không khí, đất cát

Cháy rừng diễn ra trên diện tích rộng lớn, đòi hỏi các thiết bị chữa cháy rừng phải có tính cơ động cao dễ di chuyển để phục vục cho công tác khi dập

lửa, mặt khác rừng bị cháy chủ yếu là rừng có độ dốc lớn, địa hình phức tạp, không có đường giao thông Từ đặc điểm này cần thiết phải có thiết bị chữa cháy rừng có tính cơ động cao, gọn nhẹ, có thể di chuyển, mang vác trên địa hình độ dốc lớn, phức tạp, không có đường giao thông

Nguồn nhiệt do đám cháy rừng tạo ra lớn, chiều cao ngọn lửa lớn, bức

xạ nhiệt lớn, tốc độ lan truyền đám cháy nhanh Những đặc điểm này đòi hỏi thiết bị chữa cháy rừng phải đáp ứng được yêu cầu là hiệu quả dập lửa cao, năng suất dập lửa lớn, giảm thiểu ảnh hưởng đến sức khỏe của người vận hành thiết bị

Hình 1.2: Sử dụng máy chữa cháy rừng bằng không khí để dập lửa 1.1.3 Đặc điểm của quá trình cháy rừng

1.1.3.1 Cấu trúc của ngọn lửa khuyếch tán khi cháy rừng

Muốn cháy được, các chất rắn phải có quá trình nhiệt phân để tạo ra hơi

và khí cháy Sản phẩm nhiệt phân hỗn hợp với không khí tạo thành hỗn hợp cháy khi đủ điều kiện thì sẽ bốc cháy Sự khác biệt cơ bản của việc hình thành cấu trúc ngọn lửa khuyếch tán khi cháy chất rắn so với cháy chất khí và cháy

chất lỏng là nhiệt độ ban đầu của quá trình bay hơi cao hơn Nhiệt độ của nguồn gây cháy chất rắn phụ thuộc bởi kích thước hình học của chất cháy

Theo [28], nhiệt độ cực đại của ngọn lửa khuếch tán khi cháy đa số các chất rắn và vật liệu cháy có gốc hữu cơ thường đạt giá trị 1.200 - 1.2500C Các chất là vật liệu cháy sau khi nung nóng tới giá trị nhiệt độ cao hơn 250 - 3000C chúng sẽ bị nhiệt phân ở trên bề mặt tạo thành hỗn hợp hơi, khí cháy với không khí Ở các chất rắn khi cháy hết với các phần tử hơi chất rắn sẽ lại tiếp tục xuất hiện thêm các quá trình toả nhiệt cháy nốt phần than hoá và quá trình nhiệt phân Chính các quá trình đó đã làm tăng cường sự đốt cháy chất cháy rắn và tăng tốc độ nhiệt phân dẫn đến lượng hơi và khí cháy vào vùng phản ứng cháy càng nhiều Vận tốc cháy lan trên bề mặt chất rắn nằm ngang thường là thấp Vận tốc cháy lan thường được tính bằng cm/s và nó phụ thuộc vào nhiệt độ ban đầu, kích thước hình học và tư thế chất cháy trong không gian Cấu trúc ngọn lửa khuếch tán khi cháy chất rắn được thể hiện ở hình (1.3)

Hình 1.3: Cấu trúc ngọn lửa khuếch tán khi cháy rừng

Trong đó: I - Vùng bề mặt chất rắn chuẩn bị bốc cháy;

II - Vùng ngọn lửa cháy đồng pha;

III - Vùng cháy dị pha (cháy âm ỉ);

S¶n phÈm ch¸y

Kh«ng khÝ

S¶n phÈm ph©n huû nhiÖt Kh«ng khÝ

1 - Phần than gỗ còn lại cháy âm ỉ;

2 - Phần than gỗ và gỗ đang bị nhiệt phân;

3 - Phần gỗ còn lại chưa bị nhiệt phân

Khi nhiệt độ của chất rắn tăng lên thì giá trị vận tốc cháy lan cũng nhanh chóng tăng theo Sự phụ thuộc vận tốc lan truyền ngọn lửa trên bề mặt chất rắn bởi nhiệt độ ban đầu của nó được thể hiện trên hình vẽ (1.4)

Hình 1.4: Sự phụ thuộc của vận tốc lan truyền ngọn lửa trên bề mặt

chất rắn bởi nhiệt độ ban đầu của nó

Nhận xét: Từ đồ thị nhận thấy khi nhiệt độ ban đầu của chất rắn tăng lên

thì vận tốc lan truyền ngọn lửa trên bề mặt chất rắn cũng tăng lên Khi nhiệt độ ban đầu của chất rắn trong khoảng (380 - 410)0K thì vận tốc lan truyền ngọn lửa trên bề mặt chất rắn tăng nhưng tăng rất chậm, khi nhiệt độ ban đầu của chất rắn từ 4100K trở lên thì vận tốc ngọn lửa tăng lên rất nhanh

Sự phụ thuộc vận tốc lan truyền ngọn lửa trên bề mặt cháy theo góc nghiêng được thể hiện trên hình vẽ (1.5)



V.10 (m/s)

 0

Hình 1.5: Sự phụ thuộc của vận tốc lan truyền ngọn lửa bởi góc nghiêng

của bề mặt cháy

Nhận xét: Từ đồ thị nhận thấy khi bề mặt cháy theo góc nghiêng càng

lớn thì vận tốc cháy lan càng nhỏ và ngược lại

- Khi α0 < 900 thì vận tốc lan truyền ngọn lửa trên bề mặt chất rắn tăng lên rất nhanh;

- Khi α0 = 900 thì vận tốc lan truyền ngọn lửa trên bề mặt chất rắn bằng 1;

- Khi 900 < α0 < 1800 thì vận tốc ngọn lửa trên bề mặt chất rắn tăng rất chậm và đến một giá trị nào đó thì không tăng nữa;

Một điểm khác biệt khi cháy chất rắn so với chất khí và chất lỏng đó là

sự sắp đặt chất cháy trong không gian và cả hình thức cháy lan trên bề mặt chất rắn cháy có thể khác nhau Bề mặt cháy có thể theo phương nằm ngang (nghiêng hoặc theo phương thẳng đứng)

Trường hợp cháy lan theo dòng khí đối lưu thì nhiệt độ tác động tới chất cháy không khí bức xạ và cả dòng nhiệt đối lưu Cả ngọn lửa và sản phẩm cháy trong trường hợp này tăng nhanh

1.1.3.2 Thời gian cháy của đám cháy rừng

Nghiên cứu đám cháy trên bề mặt các chất và vật liệu cháy rừng ta thấy: Thứ nhất, diện tích bề mặt cháy không trùng với diện tích đám cháy Thứ hai, vận tốc cháy hoàn toàn của chất cháy phụ thuộc bởi vị trí của chúng trong đám cháy và sự phân bố của chúng trong không gian Thứ ba, vận tốc cháy hoàn

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10





V.10 (m/s)

toàn của các chất và vật rắn phụ thuộc bởi nhiệt độ và thời gian cháy, sự thay đổi của chúng trong quá trình cháy Cuối cùng giá trị đại lượng diện tích cháy không đổi theo thời gian Đối với đám cháy rừng kể cả trường hợp chất cháy được phân bố đều trên diện tích, thì việc xác định diện tích rất phức tạp bởi vì

sự cháy không đồng thời bắt đầu trên toàn bộ bề mặt chất cháy Sự cháy chỉ lan sang các bề mặt liền kề sau khi đã đạt một số điều kiện nhất định Còn thời gian cháy ở từng bộ phận của chất cháy phụ thuộc bởi dạng chất cháy và tốc độ cháy hoàn toàn cũng như số lượng chất cháy Chính vì vậy mà quá trình cháy không kết thúc đồng thời trên toàn diện tích mà kết thúc dần từng phần tuỳ thuộc vào

sự cháy hoàn toàn của tỉ trọng chất cháy Như vậy thời gian cháy được mô tả như sau:

T0 = Tlt + Tch Trong đó: T0 - Thời gian cháy;

Tlt - Thời gian lan truyền của ngọn lửa;

Tch - Thời gian cháy hết hoàn toàn chất cháy

1.1.4 Nguyên lý của quá trình chữa cháy

1.1.4.1 Bản chất của quá trình cháy

Theo [28], quá trình cháy là những quá trình hoá - lý phức tạp của phản ứng oxy hoá khử giữa chất cháy và chất oxy hoá tạo thành sản phẩm cháy

Phương trình phản ứng cháy của cellulose:

(C6H10O5)n + O2 + Nhiệt gây cháy CO2+ H2O + Nhiệt lượng Như vậy, cháy là những phản ứng hoá học có toả nhiệt và phát sáng Bản chất bên trong của sự cháy chính là những phản ứng hoá học của chất cháy và chất oxy hoá, chúng khác với các phản ứng oxy hoá khác là tốc độ phản ứng xảy ra rất nhanh và giải phóng ra một lượng nhiệt lớn Lượng nhiệt này nung nóng các sản phẩm phân huỷ nhiệt của chất cháy và sản phẩm cháy đến nhiệt

độ cao làm chúng bức xạ ánh sáng, nhiệt và ánh sáng chỉ là kết quả biểu hiện bên ngoài của phản ứng

1.1.4.2 Các điều kiện của quá trình cháy

Phản ứng cháy muốn xảy ra và tồn tại phải có đủ 3 yếu tố đó là: Chất cháy, chất oxy hoá và nguồn nhiệt Trong đó chất cháy và chất oxy hoá đóng vai trò là những chất tham gia phản ứng, còn nguồn nhiệt là tác nhân cung cấp năng lượng cho phản ứng xảy ra Dưới đây ta xem xét cho từng yếu tố:

- Chất cháy (vật liệu cháy): Là những chất có khả năng tham gia phản ứng cháy với chất oxy hoá Vật liệu cháy là chất có khả năng bén lửa và bốc cháy trong điều kiện có đủ nguồn nhiệt và oxy Đối với vật liệu cháy ở rừng gồm: Cành lá, thảm thực vật, cây bụi… Vật liệu cháy là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng lớn nhất đến quá trình cháy rừng Trong vật liệu cháy thì thành phần hoá học và độ ẩm là hai thông số quan trọng nhất ảnh hưởng đến quá trình cháy rừng Độ ẩm của vật liệu cháy càng cao thì phản ứng cháy càng khó thực hiện

- Chất oxy hoá: Chất oxy hoá là những chất tham gia phản ứng hoá học với chất cháy tạo nên sự cháy Chất oxy hoá trong phản ứng cháy có thể là oxy nguyên chất, oxy của không khí, oxy sinh ra do các hợp chất chứa oxy bị phân huỷ Trong không khí có khoảng 21 - 23% oxy, tỷ lệ này thuận lợi cho quá trình cháy Khi nồng độ oxy giảm xuống dưới 15% thì không còn khả năng duy trì

sự cháy

- Nguồn nhiệt: Nguồn nhiệt là nguồn cung cấp năng lượng cho phản ứng cháy xảy ra, nó là một yếu tố cần thiết không thể thiếu để sự cháy phát sinh và tồn tại Để quá trình cháy xảy ra cần phải có nguồn nhiệt ban đầu (gọi

là điểm bén lửa) thông thường đối với vật liệu ở trong rừng điểm bén lửa trong khoảng 220 - 2500C (ở độ ẩm 15 - 20%) Nguồn nhiệt của sự cháy có thể là: Ngọn lửa của những vật đang cháy, tia lửa điện, vật thể được nung nóng, hoặc

có thể là nhiệt của phản ứng hoá học, của quá trình vật lý (hấp thụ, hoà tan), nhiệt của quá trình sinh hoá (phân huỷ, lên men) và cũng có thể chính là nhiệt

độ của môi trường (trường hợp tự cháy) Với mỗi hỗn hợp của chất cháy và

chất oxy hoá khác nhau để có sự cháy xảy ra thì yêu cầu năng lượng và nguồn nhiệt là khác nhau

Khi có đủ 3 yếu tố cần thiết cho sự cháy nói trên, sự cháy chưa chắc đã xảy ra mà cần có các điều kiện khác kèm theo đó là:

- Các yếu tố cần thiết tiếp xúc trực tiếp với nhau, nếu không có sự tiếp xúc thì không có sự tương tác hoá học giữa chất cháy và chất oxy hoá xảy ra

và do đó sẽ không có phản ứng cháy

- Nồng độ của chất cháy và chất oxy hoá phải ở trong phạm vi giới hạn nồng độ bốc cháy Ta đã biết rằng tốc độ của phản ứng hoá học phụ thuộc vào nồng độ các chất tham gia phản ứng, nếu nồng độ của chất cháy hoặc chất oxy hoá nằm ngoài phạm vi giới hạn nồng độ bốc cháy thì tốc độ của phản ứng hoá học không đủ lớn để tạo ra lượng nhiệt làm hỗn hợp bốc cháy đó chỉ là phản ứng oxy hoá đơn thuần

- Nguồn nhiệt phải nung nóng được hỗn hợp chất cháy và chất oxy hoá, hỗn hợp cháy tới một nhiệt độ nhất định đó là nhiệt độ tự bốc cháy của hỗn hợp Nghiên cứu những yếu tố cần thiết cho sự cháy là một trong những cơ sở khoa học để từ đó đề ra biện pháp an toàn và chữa cháy phù hợp Để sự cháy không xảy ra hoặc làm ngưng sự cháy ta chỉ cần loại trừ một trong ba yếu tố cần thiết cho sự cháy nói trên

1.1.4.3 Các cơ chế lý, hoá dập tắt đám cháy rừng

Dập tắt đám cháy từ quan điểm lý học là làm ngừng quá trình cháy ở mọi hình thức, nghĩa là tạo ra trong vùng cháy các điều kiện loại trừ khả năng tiếp diễn quá trình phản ứng cháy ở các dạng (cháy ngầm, cháy thành ngọn lửa) Để hiểu rõ bản chất vấn đề này ta bắt đầu từ việc phân tích các yếu tố cần và điều kiện đủ cho quá trình cháy khuyếch tán Thực chất của các yếu tố cần và đủ có thể minh hoạ bằng sơ đồ tam giác cháy truyền thống bao gồm: Chất cháy (CC)

- Chất oxy hoá (O2) - Nguồn nhiệt (NN), hình 1.6

Hình 1.6: Sơ đồ tam giác cháy [6]

Từ sơ đồ này, ta thấy sự cháy không thể tồn tại nếu như loại bỏ một đỉnh hoặc cắt đứt bất kỳ một cạnh nào của tam giác Thực vậy, nếu như ta loại

bỏ một đỉnh là chất cháy, tức là cách ly chất cháy khỏi vùng cháy thì sự cháy

sẽ tắt

Hiện tượng này cũng lặp lại nếu ta loại bỏ nguồn nhiệt hoặc chất oxy hoá của tam giác cháy Ở đây cháy rừng là quá trình cháy mà vật liệu cháy là các chất rắn nên để dập tắt đám cháy ta dùng cơ chế dập cháy bằng cách cắt bỏ đỉnh thứ ba của tam giác mà ở đây là nguồn nhiệt Để dập tắt ngọn lửa cháy khuếch tán bằng cách hạ nhiệt độ đám cháy bằng không khí, dùng không khí với vận tốc và lưu lượng nhất định để giảm nhiệt độ của phản ứng cháy xuống dưới nhiệt độ cần thiết thì đám cháy sẽ bị tắt (phương pháp này thực hiện theo nguyên

lý làm mát bằng không khí) Khi ta thổi một khối lượng không khí lớn vào đám cháy không khí thu nhiệt của đám cháy toả ra môi trường, do vậy nhiệt độ của

phản ứng cháy giảm đi

- Cơ chế cách ly: Loại bỏ hoặc di chuyển vật cháy, làm cho nhiệt của vật cháy đang cháy không thể lan truyền sang vật cháy ở lân cận

- Cơ chế làm lạnh: Dùng nước hoặc hợp chất hóa học, hoặc sử dụng lưu lượng không khí lớn làm cho nhiệt độ của vật đang cháy giảm xuống, giảm đến khi thấp hơn điểm cháy của vật cháy thì nó sẽ tắt

- Cơ chế cách nhiệt: Sử dụng tấm cách nhiệt để ngăn cản sự truyền nhiệt, làm cho nhiệt độ của các vật cháy ở lân cận không đạt được nhiệt độ bốc cháy

- Cơ chế che phủ: Dùng chất không cháy hoặc không dễ cháy che phủ lên bề mặt của vật đang cháy, làm cho lửa tắt Thường dùng bùn, đất và cát để che phủ hoặc dùng hợp chất hóa học hình thành lên một màng không cháy che phủ

- Cơ chế làm loãng thể khí: Thể khí sinh ra từ vật cháy phải đạt đến một nồng độ nhất định mới có thể cháy, tăng một lượng quá lớn không khí, làm cho nồng độ thể khí giảm đi, từ đó mà quá trình cháy giảm đi và tắt Thường dùng luồng không khí dập lửa

b) Cơ chế dập lửa hóa học

Cơ chế dập lửa hóa học là xuất phát từ phản ứng hóa học của quá trình cháy để nghiên cứu cơ chế dập lửa

- Cơ chế ngăn cắt Oxy: Cháy là một loại phản ứng ô - xy hóa mãnh liệt, chỉ cần ngăn cản sự cung cấp khí Oxy, hoặc dùng thể khí không cháy và khí trơ, làm cho hàm lượng Oxy trong không khí giảm xuống dưới mức 14 - 18%, quá trình cháy ngọn lửa sẽ tắt

- Cơ chế phản ứng dây chuyền: Quá trình cháy là một hệ thống các mắt xích phản ứng hóa học cấu thành, là thông qua dây chuyền phản ứng hi - đrô các - bon (Ro), hydroxyl (oH), gốc hy - đrô (Ho), gốc ô - xy (oO), và các gốc

tự do khác Một số chất hóa học như các gốc tự do của bromide, iodide có thể làm cho quá trình cháy bị gián đoạn

- Thay đổi con đường của phản ứng cháy: Chất sợi (cellulose) khi cháy sinh ra khí và hình thành ngọn lửa sáng Một số chất hóa học có thể làm cho cellulose không hình thành ra các chất khí mà hình thành nên các bon và nước

nên không thể sinh ra quá trình cháy có ngọn lửa Phương trình phản ứng mất nước của chất sợi (cellulose) như sau:

(C6H10O5)n → 6nC + 5nH2O

- Căn cứ vào cơ chế và nguyên lý dập lửa, phương pháp chữa cháy rừng còn chia thành phương pháp dập lửa trực tiếp và phương pháp dập lửa gián tiếp, phương pháp cụ thể có: Phương pháp dập lửa bằng sức gió; phương pháp dùng lửa dập lửa; phương pháp dùng nước dập lửa; phương pháp nổ mìn hoặc nổ bộc phá dập lửa; phương pháp hóa học dập lửa; phương pháp dập lửa bằng đường hàng không (bao gồm máy bay phun tưới dập lửa, nhảy dù dập lửa, đổ bộ dập lửa, ); phương pháp làm mưa nhân tạo dập lửa; phương pháp cách ly dập lửa; phương pháp lấy đất dập lửa; phương pháp đập dập thủ công

c) Cơ chế dập tắt đám cháy rừng bằng sức gió

Căn cứ vào phân tích các quá trình cơ bản của cháy rừng ta thấy ở giai đoạn cháy thể tích quá trình cháy có sinh ra chất khí C2H2, H2, C2H4 đây là chất khí khi cháy tạo thành ngọn lửa, nếu các chất khí không còn thì không sinh

ra ngọn lửa mà chỉ còn quá trình cháy than gỗ

Căn cứ vào cơ chế dập lửa vật lý, đó là hạ nhiệt độ của đám cháy hoặc là làm loãng nồng độ của các chất khí sinh ra trong quá trình cháy thì sự cháy được dập tắt

Như vậy, cơ chế dập lửa bằng sức gió chủ yếu có 3 phương diện sau:

- Luồng khí tốc độ cao đã pha loãng nồng độ của khí có thể cháy sinh

ra do sự phân giải nhiệt của vật cháy, làm cho nó không đạt đến nồng độ bốc cháy, vật cháy sẽ không thể thực hiện cháy có ngọn Nếu tốc độ của dòng khí không đủ lớn để làm cho nồng độ của khí cháy ở chỗ vật cháy giảm đến điểm thấp hơn nồng độ châm cháy, nếu dùng tốc độ như vậy của dòng khí để dập lửa sẽ tạo ra kết quả ngược Máy dập lửa bằng sức gió chỉ được dùng để dập lửa cháy có ngọn, không được dùng để dập lửa cháy không có ngọn bằng phương pháp thổi ngang vật cháy, không thổi trực tiếp

- Dòng khí tốc độ cao lấy đi nhiệt lượng cháy, làm cho nhiệt dư của vật cháy đang cháy không đủ để tạo khí cháy Nếu tốc độ dòng khí không đủ mạnh,

nó lấy đi nhiệt lượng có hạn, nhiệt dư của vật cháy đang cháy đủ sức châm cháy vật cháy chưa cháy, dùng dòng khí có tốc độ như vậy để dập lửa cũng sẽ thu được kết quả ngược, tức là càng thổi thì càng cháy Do vậy, trong chữa cháy rừng đòi hỏi tốc độ gió phải lớn hơn 40m/s

- Dòng khí tốc độ cao thổi bay các vật cháy nhẹ cách xa tuyến lửa, tương đương với cách ly vật cháy, ngăn cản sự lan ra của lửa

Để dập tắt được những đám cháy rừng đòi hỏi phải xác định được lưu lượng, vận tốc, áp suất hợp lý để có thể dập tắt được đám cháy một cách hiệu quả nhất Nếu lưu lượng không khí lớn quá thì ảnh hưởng đến công suất, trọng lượng của thiết bị, do địa hình rừng ở Việt Nam rất phức tạp, có độ dốc lớn nên yêu cầu trọng lượng của thiết bị gọn nhẹ Còn nếu chọn lưu lượng, vận tốc của thiết bị quá nhỏ thì không thể dập tắt được đám cháy

Tóm lại: Cơ chế dập lửa bằng sức gió là dùng dòng không khí có vận

tốc và lưu lượng lớn để hạ nhiệt độ của điểm cháy xuống dưới điểm bắt lửa đồng thời làm giảm nồng độ của chất khí sinh ra trong quá trình cháy xuống dưới nồng độ cần cho sự cháy thì quá trình cháy bị dập tắt, ngoài ra còn dùng dòng khí có tốc độ cao thổi bay các vật cháy nhẹ cách xa tuyến lửa để ngăn cản

sự cháy lan

1.2 Tình hình nghiên cứu công nghệ và thiết bị chữa cháy rừng

1.2.1 Khái quát về công nghệ chữa cháy rừng

Cháy rừng là một thảm họa thiên nhiên mà bất cứ quốc gia nào trên thế giới đều phải quan tâm, chú trọng đầu tư nghiên cứu, ứng dụng các kỹ thuật phòng, chữa cháy và chế tạo các thiết bị chuyên dụng để chữa cháy rừng nhằm hạn chế đến mức thấp nhất thiệt hại do cháy rừng gây ra

Đặc điểm của cháy rừng là xảy ra trên một diện tích rộng lớn, điều kiện địa hình phức tạp, xa nguồn nước, tốc độ lan tràn của ngọn lửa lớn, do vậy việc

chữa cháy rừng có đặc điểm riêng khác với chữa cháy dân dụng và công nghiệp Việc áp dụng các thiết bị chữa cháy công nghiệp và dân dụng vào chữa cháy rừng là không có hiệu quả và không phù hợp [2].

Có nhiều công trình nghiên cứu công nghệ chữa cháy rừng trên thế giới, theo tài liệu [6], căn cứ vào đặc điểm của vật liệu cháy trong rừng người ta chia cháy rừng thành 3 loại: Cháy trên mặt đất (cháy thảm cỏ cây bụi, lá khô), cháy trên tán cây (cháy dây leo, cành lá trên cây), cháy ngầm (cháy lớp than bùn) Với mỗi một loại cháy rừng, mỗi một loại địa hình thì cần có các công nghệ và thiết bị chữa cháy cho phù hợp

Theo tài liệu [81], [82] hiện nay các nước trên thế giới đang sử dụng công nghệ chữa cháy rừng trực tiếp và gián tiếp như sau:

1.2.1.1 Công nghệ chữa cháy rừng trực tiếp

Ngăn không cho oxy tiếp xúc với vật cháy, kỹ thuật sử dụng phương pháp này là dùng nước, hoá chất hoặc dùng sức gió phủ lên vật cháy, phương pháp này thích hợp ở giai đoạn đầu của quá trình cháy

Hạ nhiệt độ của đám cháy xuống dưới điểm cháy, kỹ thuật sử dụng là dùng nước, không khí thu nhiệt của đám cháy để hạ nhiệt độ của đám cháy xuống dưới điểm cháy thì đám cháy bị dập tắt

1.2.1.2 Công nghệ chữa cháy rừng gián tiếp

Cách ly vật liệu cháy: Mục đích của phương pháp này là cách ly triệt để giữa vật liệu đã cháy với vật liệu chưa cháy để cho đám cháy không cháy lan ra xung quanh Kỹ thuật thực hiện phương pháp này là làm các băng trắng hoặc phun nước, hoá chất làm cho vật liệu cháy khó cháy hoặc không cháy được

Căn cứ vào địa hình, loại rừng, loại thực bì, tác nhân chữa cháy, phương pháp dập lửa, điều kiện kinh tế của các nước khác nhau mà áp dụng các công nghệ và thiết bị chữa cháy khác nhau Hầu hết các nước trên thế giới việc chữa cháy rừng do lực lượng chữa cháy chuyên nghiệp đảm nhận, có trang thiết bị chuyên dụng, được đào tạo về công nghệ, kỹ thuật và chiến thuật chữa cháy rừng

1.2.2 Các công trình nghiên cứu về thiết bị chữa cháy rừng và quạt gió ly tâm cao áp trên thế giới

Căn cứ vào điều kiện địa hình, điều kiện kinh tế của mỗi nước mà các nước sử dụng các thiết bị chữa cháy rừng khác nhau Ở các nước công nghiệp phát triển như Mỹ, Úc, Nhật Bản, Canada thì sử dụng các thiết bị chữa cháy rừng hiện đại như máy bay chữa cháy, xe ôtô chữa cháy [45],… còn ở các nước công nghiệp đang phát triển như Trung Quốc, Thái Lan, Ấn Độ thì kết hợp các thiết

bị chữa cháy hiện đại với các thiết bị chữa cháy nhỏ cầm tay như máy thổi gió, máy bơm nước [76], [79], [85]

Việc nghiên cứu thiết bị chữa cháy rừng chuyên dùng đã được các nước trên thế giới quan tâm và tương đối hoàn thiện về công nghệ và thiết bị như máy bay chữa cháy rừng của cảnh sát phòng cháy chữa cháy rừng Hoa Kỳ, thiết

bị này sử dụng ở mọi địa hình, hiệu quả chữa cháy rất cao [45] Công ty Cavan của Pháp, đã nghiên cứu ra xe chuyên dụng chữa cháy rừng với nguồn động lực

là xe bánh xích, sử dụng chất chữa cháy là nước, xe có thể hoạt động ở nơi có địa hình độ dốc < 150 [44]

Wybo và cộng sự [65] đã giới thiệu các công trình nghiên cứu về công nghệ và thiết bị chữa cháy rừng của Mỹ và một số nước, theo tài liệu này thì các công trình nghiên cứu về xe chữa cháy, máy bơm nước chữa cháy đã đạt được kết quả rất tốt và hiện nay đã được ứng dụng vào thực tế

Theo IFFM [72], Công ty Morita của Nhật Bản đã nghiên cứu ra nhiều loại xe chữa cháy sử dụng nước, hoá chất để chữa cháy, đó là các loại xe MVCA

- 40H, MVCA - 60H, các loại xe này chỉ sử dụng để chữa cháy được ở nơi địa hình rừng bằng phẳng, có đường giao thông thuận lợi, không hoạt động được ở nơi có địa hình phức tạp Một số công ty lớn của Nhật Bản như Rabbit đã có nhiều nghiên cứu về máy bơm nước chữa cháy Kết quả nghiên cứu đã tạo ra các loại máy bơm nước hãng Tohatsu chuyên dụng cho chữa cháy có cột áp và lưu lượng bơm lớn, chiều dài vòi đẩy cung cấp lớn, loại máy bơm nước chuyên dùng này đã được sử dụng trong chữa cháy các công trình dân dụng

Hàn Quốc là quốc gia có nhiều nghiên cứu về thiết bị chữa cháy Công

ty Kanglim đã nghiên cứu xe chữa cháy rừng, nhưng chủ yếu phục vụ ở những nơi có địa hình bằng phẳng, có mạng lưới đường thuận lợi Myung-Hee Jo và cộng sự [53], đã giới thiệu kết quả áp dụng công nghệ thông tin, hệ thống định

vị vệ tinh trong việc phòng và chữa cháy rừng Với việc ứng dụng công nghệ thông tin này cho phép quản lý tốt tình hình cháy rừng, phát hiện kịp thời đám cháy và phối kết hợp các thiết bị chữa cháy rừng có hiệu quả

Một số nước Đông Nam Á như Indonesia, Philippines, Malaysia, chủ yếu tập trung nghiên cứu các dụng cụ chữa cháy rừng cầm tay Theo tài liệu [72], ở Indonesia đã có một số công trình nghiên cứu là vỉ dập lửa thủ công, bình bơm nước đeo vai, kết quả nghiên cứu đã tạo ra được vỉ dập lửa thủ công

bộ phận dập lửa bằng thép lá

Trung Quốc là nước có nhiều nghiên cứu về thiết bị chữa cháy rừng, theo các tài liệu [76], [79], [80], [81], [86], [87], [88], [89], Trung Quốc đã nghiên cứu ra nhiều thiết bị chữa cháy rừng như xe chữa cháy rừng sử dụng máy kéo bánh xích, chất chữa cháy là nước, súng phun hoá chất vào đám cháy, dùng mìn

để dập lửa

Đối với máy chữa cháy rừng bằng sức gió có kết cấu và nguyên lý hoạt động của guồng bánh công tác dựa trên kết cấu và nguyên lý hoạt động của quạt gió li tâm cao áp Bộ phận quan trọng nhất của quạt gió li tâm là kết cấu cánh quạt, có các kiểu như cánh cong trước, cánh thẳng, cánh cong sau với các thông số ảnh hưởng khác nhau đến hiệu suất máy Với sự phổ biến của quạt gió

li tâm hiện nay ngày càng có nhiều nghiên cứu tìm phương pháp thiết kế mới nhằm rút ngắn thời gian thiết kế và cải thiện hiệu suất của máy

Máy chữa cháy rừng bằng sức gió do Cục Lâm nghiệp Đại Phong thuộc tỉnh Hắc Long Giang - Trung Quốc chế tạo được cải tiến từ động cơ cưa xăng, máy cắt cỏ lắp quạt gió Sau nhiều lần nghiên cứu cải tiến một số loại máy như

CF 2 - 20; CF - 22; 6MF - A; MBH - 29 đã có kết cấu tương đối hợp lý hơn với người sử dụng [76] Hình 1.7 là máy dập lửa bằng sức gió MBH-29 do Trung Quốc chế tạo

Hình 1.7 Máy chữa cháy rừng bằng sức gió MBH - 29 của Trung Quốc

Công trình nghiên cứu [76] của giáo sư Zhou Hongping khoa Cơ điện -

Tự động, Trường Đại học Nam Kinh Trung Quốc đã thực hiện đề tài nghiên cứu máy dập lửa bằng sức gió, kết quả nghiên cứu đã chế tạo hoàn thiện được máy dập lửa có nguồn động lực là động cơ xăng, gắn quạt gió dạng ly tâm, với các thông số kỹ thuật của máy là: vận tốc gió: 26 m/s; lưu lượng gió: 30

m3/phút; chiều dài ống thổi: 0,7 m Kết quả nghiên cứu đã chuyển giao cho nhà máy cơ khí Lâm nghiệp Lâm Hải chế tạo Tuy nhiên máy này còn nhiều hạn chế đó là vận tốc của không khí thấp, lưu lượng nhỏ, trọng lượng nặng (12kg)

Học viện cảnh sát phòng cháy, chữa cháy rừng Trung Quốc đã có một số công trình nghiên cứu về máy chữa cháy rừng bằng sức gió nhằm cải tiến máy hiện có, để tăng vận tốc và lưu lượng khí thổi Kết quả cải tiến đã nâng cao được công suất của máy từ 3,4 KW lên 4,7 KW vận tốc không khí tăng lên 35m/s, lưu lượng không khí tăng 38m3/phút, tuy nhiên trọng lượng máy vẫn còn nặng gây khó khăn cho người sử dụng khi gặp địa hình dốc [40]

Zheng Huaibing và Zhang Nanqun thuộc Học viện cảnh sát chữa cháy rừng Trung Quốc [89] đã nghiên cứu cải tiến máy dập lửa bằng sức gió với bình nước đeo sau lưng người sử dụng, với chất chữa cháy là không khí kết hợp với

nước ở dạng sương để nâng cao hiệu quả dập lửa Hạn chế của cải tiến này là bình nước rất nhỏ (10 lít) nên sau một thời gian hoạt động là hết nước, mặt khác khối lượng cần phải mang vác của người sử dụng máy là rất nặng nên ảnh hưởng đến sức khoẻ và năng suất làm việc của người chữa cháy

Công trình nghiên cứu của tác giả Pan Guoqing, Zhou Yongzhao đã công

bố kết quả nghiên cứu về thử nghiệm để nâng cao hiệu quả dập lửa của máy chữa cháy rừng bằng sức gió [79], công trình đã đề xuất một số giải pháp để nâng cao vận tốc và lưu lượng không khí thổi vào đám cháy như tăng số vòng quay của động cơ, tăng đường kính quạt gió

Theo các tài liệu [82], [85], [86], [87], hiện nay ở Trung Quốc có rất nhiều cơ sở nghiên cứu và chế tạo máy chữa cháy rừng bằng sức gió, song các thiết bị chữa cháy vẫn chưa hoàn thiện về kết cấu, về vận tốc và lưu lượng không khí, chiều dài ống thổi, hầu hết các công trình nghiên cứu đều sử dụng nguồn động lực là động cơ xăng 2 kỳ với số vòng quay thấp 3.000 - 4.000 vòng/phút Công trình nghiên cứu [76], [85], đã phân tích các thiết bị chữa cháy rừng bằng sức gió của Trung Quốc chỉ hoạt động có hiệu quả khi chiều cao ngọn lửa nhỏ, cường độ cháy thấp, chủ yếu chữa cháy mặt đất, cháy đồng cỏ Việc nâng cao khả năng dập lửa chữa cháy của thiết bị vẫn đang được tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện

Bên cạnh các nghiên cứu của Trung Quốc về máy chữa cháy rừng, trên thế giới có nhiều nghiên cứu để cải tiến quạt gió ly tâm cao áp có thể áp dụng vào việc nâng cao hiệu suất máy chữa cháy rừng bằng sức gió Các nghiên cứu cũng sử dụng phổ biến các phương pháp mô phỏng dòng khí trong quạt ly tâm cao áp để biểu diễn dòng chảy 3 chiều phức tạp Kết quả các mô phỏng này giúp rút ngắn thời gian, giảm độ phức tạp trong tính toán, thiết kế, đồng thời khẳng định các phần mềm mô phỏng là xu hướng trong lĩnh vực nghiên cứu thủy khí