3D численная модель для оценки территориального риска при теракте
Loading...
Date
2018
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту ім. акад. В. Лазаряна, Дніпро
Abstract
RU: Цель. Работа предполагает разработку 3D численной модели для оценки территориального риска в случае теракта с использованием химического агента. Методика. Для описания процесса рассеивания в атмосфере химического агента, выброшенного в случае теракта, используется трехмерное уравнение массопереноса примеси в атмосферном воздухе. Уравнение учитывает поле скорости ветрового потока, атмосферную диффузию, интенсивность эмиссии химического агента, наличие зданий возле места выброса химически опасного вещества. Для численного интегрирования моделирующего уравнения используется конечноразностный метод. Особенностью разработанной численной модели является возможность оценки территориального риска в случае теракта при различных метеоусловиях и наличии зданий. Для расчета поля скорости ветрового потока в условиях застройки применяется трехмерное уравнение для потенциала скорости. Результаты. Разработанная численная модель и пакет программ могут быть использованы для оценки территориального риска как в случае терактов с применением химических агентов, так и в случае экстремальных ситуаций на химически опасных объектах и транспорте. Построенная численная модель может быть реализована на компьютерах малой и средней мощности, что позволяет широко использовать ее для решения задач рассматриваемого класса, при разработке плана ликвидации аварийной ситуации. Представлены результаты вычислительного эксперимента, позволяющие оценить возможности предложенного метода оценки территориального риска в случае теракта с использованием химического агента. Научная новизна. Предложена эффективная численная модель для оценки территориального риска в случае теракта с применением химически опасного вещества. Метод может быть использован для оценки территориального риска в условиях городской застройки, что позволяет получать адекватные данные о возможных зонах поражения. Метод основан на численном интегрировании фундаментального уравнения массопереноса, выражающего закон сохранения массы в жидкой среде. Практическая значимость. Предложенный метод оценки территориального риска в случае теракта с применением химического агента может быть использован для расчета зон поражения возле административных зданий, центров и других социально значимых объектов.
UK: Мета. Робота передбачає розробку 3D чисельної моделі для оцінки територіального ризику в разі терористичного нападу з використанням хімічного агента. Методика. Для опису процесу розсіювання в атмосфері хімічного агента, викинутого у випадку теракту, використовується рівняння масопереносу домішки в атмосферному повітрі. Рівняння враховує швидкість вітрового потоку, атмосферну дифузію, інтенсивність емісії хімічного агента, наявність будівель біля місця викиду хімічно небезпечної речовини. Для чисельного інтегрування моделюючого рівняння використовується кінцеворізницевий метод. Особливістю розробленої чисельної моделі є можливість оцінки територіального ризику в разі теракту при різних метеоумовах та наявності будівель. Для розрахунку поля швидкості вітрового потоку в умовах забудови використовується тривимірне рівняння для потенціалу швидкості. Результати. Розроблена спеціалізована чисельна модель тапакет програм можуть бути використані для оцінки територіального ризику як у випадку терактів із застосуванням хімічних агентів, так і в разі екстремальних ситуацій на хімічно небезпечних об'єктах і транспорті. Метод може бути реалізований на комп'ютерах малої та середньої потужності, що дозволяє широко використовувати його для вирішення задач даного класу. Представлені результати обчислювального експерименту, що дозволяють оцінити можливості запропонованого методу оцінки територіального ризику в разі терористичного нападу з використанням хімічного агента. Наукова новизна. Запропоновано ефективний метод оцінки територіального ризику в разі теракту зі застосуванням хімічно небезпечної речовини. Метод може бути використаний для оцінки територіального ризику в умовах міської забудови, що дозволяє отримувати адекватні дані про можливі зони ураження. Метод заснований на чисельному інтегруванні фундаментального рівняння масопереносу, що виражає закон збереження маси в рідкому середовищі. Практична значимість. Запропонований метод оцінки територіального ризику в разі терористичного нападу зі застосуванням хімічного агента може бути використаний для розрахунку зон ураження біля адміністративних будівель, центрів та інших соціально значущих об'єктів.
EN: Purpose. The paper deals with the development of 3D numerical model for a territorial risk assessment in a case of a terrorist attack with usage of a chemical agent. Methodology. To describe the process of chemical agent disper-sion in the atmosphere, emitted in a case of a terrorist attack, authors used three-dimensional equation of mass trans-fer of an admixture in the atmospheric air. The equation takes into account a velocity of the wind flow, atmospheric diffusion, an intensity of chemical agent emission, a buildings presence near a place of a chemically hazardous sub-stance release. For numerical integration of the modeling equation, a finite difference method is used. A feature of the developed numerical model is possibility of a territorial risk assessment in a case of a terrorist attack under dif-ferent weather conditions and buildings presence. For calculation of wind flow velocity field in a case of building presence 3D equation for potential of velocity is used. Findings. The specialized numerical model and software package can be used for a territorial risk assessment, both in a case of terrorist attacks with usage of chemical agents and in a case of extreme situations at chemically hazardous facilities and transport. The method can be implemented on small and medium-powered computers, which allows it to be widely used for solving this class of problems, when developing an emergency response plan. The results of a computational experiment are presented that allow estimating possibilities of the proposed method for assessing a territorial risk in a case of a terrorist attack with us-age of chemical agent. Originality. The effective method of a territorial risk assessment in a case of a terrorist at-tack with usage of a chemically hazardous substance is proposed. The method can be used to assess a territorial risk in an urban environment, which allows obtaining adequate data about possible affected areas. The method is based on numerical integration of the fundamental mass transfer equation, which expresses the law of conservation of mass in a liquid medium. Practical value. The proposed method for a territorial risk assessment in a case of a terror-ist attack with usage of a chemical agent can be used to calculate the affected areas near administrative buildings, centers and other socially significant facilities.
UK: Мета. Робота передбачає розробку 3D чисельної моделі для оцінки територіального ризику в разі терористичного нападу з використанням хімічного агента. Методика. Для опису процесу розсіювання в атмосфері хімічного агента, викинутого у випадку теракту, використовується рівняння масопереносу домішки в атмосферному повітрі. Рівняння враховує швидкість вітрового потоку, атмосферну дифузію, інтенсивність емісії хімічного агента, наявність будівель біля місця викиду хімічно небезпечної речовини. Для чисельного інтегрування моделюючого рівняння використовується кінцеворізницевий метод. Особливістю розробленої чисельної моделі є можливість оцінки територіального ризику в разі теракту при різних метеоумовах та наявності будівель. Для розрахунку поля швидкості вітрового потоку в умовах забудови використовується тривимірне рівняння для потенціалу швидкості. Результати. Розроблена спеціалізована чисельна модель тапакет програм можуть бути використані для оцінки територіального ризику як у випадку терактів із застосуванням хімічних агентів, так і в разі екстремальних ситуацій на хімічно небезпечних об'єктах і транспорті. Метод може бути реалізований на комп'ютерах малої та середньої потужності, що дозволяє широко використовувати його для вирішення задач даного класу. Представлені результати обчислювального експерименту, що дозволяють оцінити можливості запропонованого методу оцінки територіального ризику в разі терористичного нападу з використанням хімічного агента. Наукова новизна. Запропоновано ефективний метод оцінки територіального ризику в разі теракту зі застосуванням хімічно небезпечної речовини. Метод може бути використаний для оцінки територіального ризику в умовах міської забудови, що дозволяє отримувати адекватні дані про можливі зони ураження. Метод заснований на чисельному інтегруванні фундаментального рівняння масопереносу, що виражає закон збереження маси в рідкому середовищі. Практична значимість. Запропонований метод оцінки територіального ризику в разі терористичного нападу зі застосуванням хімічного агента може бути використаний для розрахунку зон ураження біля адміністративних будівель, центрів та інших соціально значущих об'єктів.
EN: Purpose. The paper deals with the development of 3D numerical model for a territorial risk assessment in a case of a terrorist attack with usage of a chemical agent. Methodology. To describe the process of chemical agent disper-sion in the atmosphere, emitted in a case of a terrorist attack, authors used three-dimensional equation of mass trans-fer of an admixture in the atmospheric air. The equation takes into account a velocity of the wind flow, atmospheric diffusion, an intensity of chemical agent emission, a buildings presence near a place of a chemically hazardous sub-stance release. For numerical integration of the modeling equation, a finite difference method is used. A feature of the developed numerical model is possibility of a territorial risk assessment in a case of a terrorist attack under dif-ferent weather conditions and buildings presence. For calculation of wind flow velocity field in a case of building presence 3D equation for potential of velocity is used. Findings. The specialized numerical model and software package can be used for a territorial risk assessment, both in a case of terrorist attacks with usage of chemical agents and in a case of extreme situations at chemically hazardous facilities and transport. The method can be implemented on small and medium-powered computers, which allows it to be widely used for solving this class of problems, when developing an emergency response plan. The results of a computational experiment are presented that allow estimating possibilities of the proposed method for assessing a territorial risk in a case of a terrorist attack with us-age of chemical agent. Originality. The effective method of a territorial risk assessment in a case of a terrorist at-tack with usage of a chemically hazardous substance is proposed. The method can be used to assess a territorial risk in an urban environment, which allows obtaining adequate data about possible affected areas. The method is based on numerical integration of the fundamental mass transfer equation, which expresses the law of conservation of mass in a liquid medium. Practical value. The proposed method for a territorial risk assessment in a case of a terror-ist attack with usage of a chemical agent can be used to calculate the affected areas near administrative buildings, centers and other socially significant facilities.
Description
Н. Беляев: ORCID 0000-0002-1531-7882; И. Калашников: ORCID 0000-0002-2814-380X; И. Клименко: ORCID 0000-0002-1746-9118; В. Козачина: ORCID 0000-0002-6894-5532
Keywords
территориальный риск, теракт, химическое загрязнение, численное моделирование, загрязнение воздушной среды, територіальний ризик, хімічне забруднення, чисельне моделювання, забруднення повітряного середовища, territorial risk, terrorist act, chemical pollution, numerical modelling, air pollution, КГВ, КВМ
Citation
3D численная модель для оценки территориального риска при теракте / Н. Н. Беляев, И. В. Калашников, И. В. Клименко, В. А. Козачина // Наука та прогрес транспорту. – 2018. – № 3 (75). – С. 20–26. – DOI: 10.15802/stp2018/133431.