بررسی نفوذ گرمای ناشی از سوزاندن بقایای گیاهی وعملیات شعله افکنی در خاکهای زراعی، با استفاده از روش جسم نیمه بینهایت

پژوهشگرانی که روی فیزیک حرارت در خاکهای زراعی تحقیق کرده اند، اثر رژیمهای حرارتی بلند مدت شبانه روزی و یا فصلی را مورد مطالعه قرار داده و مدلهای مناسبی ارائه نموده اند. اما این مدلها برای ارزیابی انتقال حرارت زودگذر، مانند خسارات ناشی از شعله افکنی و سوزاندن بقایای گیاهی، قابل استفاده نیست. به همین دلیل در مقاله حاضر فرایند زود گذر انتشار گرمای ناشی از عملیات شعله افکنی و سوزاندن بقایای گیاهی در خاکهای زراعی مورد تحلیل قرار می گیرد. در این راستا، از معادله موسوم به جسم نیمه بینهایت[۱] استفاده شده است. به این صورت که خاک زراعی به عنوان یک جسم نیمه بی نهایت در نظر گرفته شده که از طرف سطح زمین محدود، و از سایر جهتها، تا بینهایت گسترده شده است. سپس با اعمال فرضها ی ساده کننده، که مبتنی بر فیزیک مسئله و تحقیقات سایر پژوهشگران است، نفوذ گرمای ناشی از سوزاندن بقایای گیاهی و شعله افکنی را در لایه های سطحی خاک، مورد تحلیل ریاضی قرار گرفته. آنگاه معادلات نسبتا پیچیده حاصل، به منظور استفاده در شرایط عملی، بر مبنای بافت و رطوبت خاک بصورت یک مدل آماری، شبیه سازی شده است. در نهایت، نتایج حاصل از معادلات و مدلهای پیشنهادی، با نتایج آزمایشات تجربی سایر محققین مقایسه شده و بصورت نظری، اعتبارسنجی[۲] گشته اند. مدل ارایه شده که به اسم SDS نامگذاری شده، نشان می دهد که دو عامل زمان تداوم شعله و شرایط خاک (شامل رطوبت و بافت آن)، در آهنگ نفوذ گرما به خاک، دارای نقش اصلی بوده و شدت گرمای شعله سطحی، در اولویت بعدی قرار دارد. از نظر شرایط خاک نیز، حداقل آهنگ نفوذ، در خاک خشک و کم شن رخ داده و حداکثر آن نیز، مجددا در خاک خشک، اما کاملا شنی اتفاق می افتد. بنابراین بااستفاده از مدل ارائه شده در این مقاله، در هنگام سوزاندن بقای گیاهی می توان رطوبت مناسب خاک را با توجه به بافت موجود به نحوی توصیه نمود که نفوذ عمقی گرما در خاک، به حداقل برسد. نتایج دیگر حاصل از عدد گذاری در مدل نشان می دهد که در شرایط مرسوم، اثر عملیات شعله افکنی از عمق ۵/۰ سانتیمتری خاک، پائین تر نمی رود، در حالی که در هنگام سوزاندن بقایای گیاهی، با وجود کمتر بودن دمای شعله، دامنه تاثیر گرمای سطحی، تا عمق ۵/۲ سانتیمتری ادامه دارد. حتی در بدترین شرایط، حد اکثر عمق نفوذ گرما ناشی از سوزاندن بقایا در خاک زراعی، کمتر از ۵ سانتی متر بوده و مواد آلی خاک نیز حداکثر تا عمق ۴ سانتی متری تحت تاثیر دمای بحرانی (که در این مقاله۵۰ درجه سانتیگراد فرض شده) قرار می گیرند. در عملیات شعله افکنی، به علت زمان کوتاه ابقای گرمای سطحی، حداکثر عمق نفوذ گرما در خاک، به حدود ۱۲ میلی متر محدود شده و میکرو ارگانیسم های پائین تر از عمق ۷ میلی متری، از آسیب گرمای بحرانی در امان می مانند. نتایج این مطالعه، برای درک مکانیسم نفوذ گرما در خاک و ا شراف برشرایط تسریع کننده آهنگ نفوذ، مناسب بوده و از منحنی های حاصل از مدل، می توان برای پیش بینی عواقب احتمالی عملیات سوزاندن بقایا و شعله افکنی استفاده کرد. همچنین می توان شرایط را در مزرعه به نحوی مدیریت نمود که در هنگام عملیات فوق، حداقل آسیب به میکروارگانیسمهای خاک وارد گردد.   ۲- Semi-infinite object ۳- Verification