Numerical Simulation of Air Pollution in Case of Unplanned Ammonia Release
Loading...
Date
2017
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Dnipro
Abstract
EN: Purpose. Development fast calculating model which takes into account the meteorological parameters and buildings which are situated near the source of toxic chemical emission. Methodology. The developed model is based on the equation for potential flow and equation of pollutant dispersion. Equation of potential flow is used to compute wind pattern among buildings. To solve equation for potential flow Samarskii implicit difference scheme is used. The implicit change – triangle difference scheme is used to solve equation of mass transfer. Numerical integration is carried out using the rectangular difference grid. Method of porosity technique («markers method») is used to create the form of comprehensive computational region. Emission of ammonia is modeled using Delta function for point source. Findings. Developed 2D numerical model belongs to the class of «diagnostic models». This model takes into account the main physical factors affecting the process of dispersion of pollutants in the atmosphere. The model takes into account the influence of buildings on pollutant dispersion. On the basis of the developed numerical models a computational experiment was carried out to estimate the level of toxic chemical pollution in the case of unplanned ammonia release at ammonia pump station. Originality. Developed numerical model allows to calculate the 2D wind pattern among buildings and pollutant dispersion in the case unplanned ammonia release. Model allows to perform fast calculations of the atmosphere pollution. Practical value. The model can be used when developing the PLAS (Emergency Response Plan).
UK: Мета. Дослідження спрямоване на розробку моделі швидкого обчислення, яка враховувала б метеорологічні параметри та будівлі, котрі знаходяться поблизу джерела токсичного викиду. Методика. Розроблена модель заснована на рівнянні для потенційного потоку та рівнянні розсіювання забруднюючих речовин. Рівняння потенційного потоку використовується для обчислення моделі вітру між будівлями, а для вирішення рівняння потенційної течії – неявна різницева схема Самарського. Неявна поперемінно-трикутна різницева схема застосовується для вирішення рівняння масопереносу. Чисельне інтегрування здійснюється за допомогою прямокутної різницевої сітки. Метод маркування («метод маркерів») вживається для створення форми великої розрахункової області. Викид аміаку моделюється з використанням Дельта функції для точкового джерела. Результати. Розроблена двомірна чисельна модель відноситься до класу «діагностичні моделі». Ця модель має на увазі основні фізичні фактори, що впливають на процес розсіювання забруднюючих речовин в атмосфері. Модель враховує вплив будівель на розсіювання забруднюючих речовин. На основі розроблених чисельних моделей був проведений обчислювальний експеримент для оцінки рівня токсичного хімічного забруднення в разі раптового викиду аміаку на аміачній насосній станції. Наукова новизна. Розроблена авторами чисельна модель дозволяє розрахувати двомірну модель вітру серед будівель та розсіювання забруднюючих речовин у разі раптового викиду аміаку. Модель дозволяє виконувати швидкі розрахунки забруднення атмосфери. Практична значимість. Модель можливо використовувати при розробці ПЛАСа (план ліквідації аварійних ситуацій).
RU: Цель. Исследование направлено на разработку быстрой расчетной модели, которая учитывала б метеорологические параметры и здания, расположенные вблизи источника токсического химического выброса. Методика. Разработанная модель основана на уравнении для потенциального потока и уравнении дисперсии загрязняющих веществ. Уравнение потенциального потока используется для вычисления модели ветра между зданиями, а для решения уравнения потенциального течения – неявная разностная схема Самарского. Неявная попеременно-треугольная разностная схема применяется для решения уравнения массопереноса. Численное интегрирование осуществляется с помощью прямоугольной разностной сетки. Метод маркировки («метод маркеров») используется для создания формы большой расчетной области. Эмиссия аммиака моделируется с использованием Дельта функции для точечного источника. Результаты. Разработанная двумерная численная модель относится к классу «диагностические модели». Эта модель имеет в виду основные физические факторы, влияющие на процесс рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере. Модель учитывает влияние зданий на дисперсию загрязняющих веществ. На основе разработанных численных моделей был проведен вычислительный эксперимент для оценки уровня токсического химического загрязнения в случае внезапного выброса аммиака на аммиачной насосной станции. Научная новизна. Разработанная авторами численная модель позволяет рассчитать двумерную модель ветра между зданиями и дисперсию загрязняющих веществ в случае внезапного выброса аммиака. Модель позволяет выполнять быстрые расчеты загрязнения атмосферы. Практическая значимость. Модель можно применять при разработке ПЛАСа (план ликвидации аварийных ситуаций).
UK: Мета. Дослідження спрямоване на розробку моделі швидкого обчислення, яка враховувала б метеорологічні параметри та будівлі, котрі знаходяться поблизу джерела токсичного викиду. Методика. Розроблена модель заснована на рівнянні для потенційного потоку та рівнянні розсіювання забруднюючих речовин. Рівняння потенційного потоку використовується для обчислення моделі вітру між будівлями, а для вирішення рівняння потенційної течії – неявна різницева схема Самарського. Неявна поперемінно-трикутна різницева схема застосовується для вирішення рівняння масопереносу. Чисельне інтегрування здійснюється за допомогою прямокутної різницевої сітки. Метод маркування («метод маркерів») вживається для створення форми великої розрахункової області. Викид аміаку моделюється з використанням Дельта функції для точкового джерела. Результати. Розроблена двомірна чисельна модель відноситься до класу «діагностичні моделі». Ця модель має на увазі основні фізичні фактори, що впливають на процес розсіювання забруднюючих речовин в атмосфері. Модель враховує вплив будівель на розсіювання забруднюючих речовин. На основі розроблених чисельних моделей був проведений обчислювальний експеримент для оцінки рівня токсичного хімічного забруднення в разі раптового викиду аміаку на аміачній насосній станції. Наукова новизна. Розроблена авторами чисельна модель дозволяє розрахувати двомірну модель вітру серед будівель та розсіювання забруднюючих речовин у разі раптового викиду аміаку. Модель дозволяє виконувати швидкі розрахунки забруднення атмосфери. Практична значимість. Модель можливо використовувати при розробці ПЛАСа (план ліквідації аварійних ситуацій).
RU: Цель. Исследование направлено на разработку быстрой расчетной модели, которая учитывала б метеорологические параметры и здания, расположенные вблизи источника токсического химического выброса. Методика. Разработанная модель основана на уравнении для потенциального потока и уравнении дисперсии загрязняющих веществ. Уравнение потенциального потока используется для вычисления модели ветра между зданиями, а для решения уравнения потенциального течения – неявная разностная схема Самарского. Неявная попеременно-треугольная разностная схема применяется для решения уравнения массопереноса. Численное интегрирование осуществляется с помощью прямоугольной разностной сетки. Метод маркировки («метод маркеров») используется для создания формы большой расчетной области. Эмиссия аммиака моделируется с использованием Дельта функции для точечного источника. Результаты. Разработанная двумерная численная модель относится к классу «диагностические модели». Эта модель имеет в виду основные физические факторы, влияющие на процесс рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере. Модель учитывает влияние зданий на дисперсию загрязняющих веществ. На основе разработанных численных моделей был проведен вычислительный эксперимент для оценки уровня токсического химического загрязнения в случае внезапного выброса аммиака на аммиачной насосной станции. Научная новизна. Разработанная авторами численная модель позволяет рассчитать двумерную модель ветра между зданиями и дисперсию загрязняющих веществ в случае внезапного выброса аммиака. Модель позволяет выполнять быстрые расчеты загрязнения атмосферы. Практическая значимость. Модель можно применять при разработке ПЛАСа (план ликвидации аварийных ситуаций).
Description
L. Amelina: ORCID 0000-0002-8525-7096; M. Biliaiev: ORCID 0000-0002-1531-7882
Keywords
air pollution, unplanned release, toxic chemical, numerical modeling, забруднення повітря, раптовий викид, токсичні хімічні речовини, чисельне моделювання, загрязнение воздуха, внезапный выброс, токсичные химические вещества, численное моделирование, КГВ
Citation
Amelina, L. V. Numerical Simulation of Air Pollution in Case of Unplanned Ammonia Release / L. V. Amelina, M. M. Biliaiev // Наука та прогрес транспорту.– 2017. – № 3 (69). – С. 7–14. – doi 10.15802/STP2017/104142.