Комплекс программ для оценки уровня загрязнения воздушной среды
Loading...
Date
2019
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро
Abstract
RUS: Цель. Работа предполагает разработку численных моделей для оценки уровня загрязнения воздушной среды в случае чрезвычайных ситуаций. Методика. Для описания процесса рассеивания в атмосфере химически опасных веществ, эмитированных при чрезвычайных ситуациях, использовано трехмерное уравнение массопереноса примеси в атмосферном воздухе. Для проведения экспресс-расчета используется двухмерное уравнение массопереноса. Уравнения учитывают поле скорости ветрового потока, атмосферную диффузию, интенсивность выброса химически опасного вещества в атмосферу. Для численного интегрирования уравнений массопереноса использованы неявные разностные схемы. Комплекс программ создан для решения задач прогноза уровня загрязнения атмосферы, с учетом влияния зданий на формирование зон загрязнения. При этом выполнен расчет поля скорости ветрового потока на базе модели потенциального течения. Применение данной модели позволяет оперативно рассчитывать это поле при наличии препятствий. Результаты. Построенные математические модели составляют основу созданного комплекса программ и могут быть применены для проведения оперативных расчетов размеров, интенсивности зон загрязнения, которые формируются в атмосфере при выбросе химических веществ, в случае чрезвычайных ситуаций на химически опасных объектах, транспорте. Разработанный комплекс программ может быть реализован на компьютерах малой и средней мощности, что позволяет широко использовать его для решения задач при разработке плана ликвидации аварийной ситуации (ПЛАС). Для практического применения разработанного комплекса программ необходима стандартная входная информация. Научная новизна. Предложен комплекс программ для оценки уровня загрязнения атмосферного воздуха при выбросе в атмосферу химически опасных веществ. Этот комплекс может быть использован для оценки воздействия выбросов на риск химического поражения людей, как на территории промышленного объекта, так и в селитебной зоне. Основой разработанного комплекса программ являются численные модели для расчета аэродинамики и массопереноса. Практическая значимость. Разработанный комплекс программ позволяет решать прикладные задачи, возникающие при разработке ПЛАСа для химически опасных объектов.
UKR: Мета. Робота передбачає розробку чисельних моделей для оцінки рівня забруднення повітряного сере-довища в разі надзвичайних ситуацій. Методика. Для опису процесу розсіювання в атмосфері хімічно небе-зпечних речовин, емітованих під час надзвичайних ситуацій, використано тривимірне рівняння масоперено-су домішки в атмосферному повітрі. Для проведення експрес-розрахунку використано двовимірне рівняння масопереносу. Рівняння враховують поле швидкості вітрового потоку, атмосферну дифузію, інтенсивність викиду хімічно небезпечної речовини в атмосферу. Для чисельного інтегрування рівнянь масопереносу ви-користано неявні різницеві схеми. Комплекс програм створений для розв’язання задач прогнозу рівня забруднення атмосфери з урахуванням впливу будівель на формування зон забруднення. При цьому виконано розрахунок поля швидкості вітрового потоку на базі моделі потенціальної течії. Застосування цієї моделі дозволяє оперативно розраховувати це поле за наявності перешкод. Результати. Побудовані математичні моделі складають основу створеного комплексу програм і можуть бути застосовані для проведення операти-вних розрахунків розмірів, інтенсивності зон забруднення, які формуються в атмосфері під час викиду хімі-чних речовин у разі надзвичайних ситуацій на хімічно небезпечних об’єктах, транспорті. Розроблений ком-плекс програм може бути реалізований на комп’ютерах малої і середньої потужності, що дозволяє широко використовувати його для розв’язання задач, що виникають під час розробки плану ліквідації аварійної си-туації (ПЛАС). Для практичного застосування розробленого комплексу програм необхідна стандартна вхідна інформація. Наукова новизна. Запропоновано комплекс програм для оцінки рівня забруднення атмосферного повітря під час викиду в атмосферу хімічно небезпечних речовин. Цей комплекс може бути використаний для оцінки впливу викидів на ризик хімічного ураження людей як на території промислового об’єкта, так і в селітебній зоні. Основою розробленого комплексу програм є чисельні моделі для розрахунку аеродинаміки й масопереносу. Практична значимість. Розроблений комплекс програм дозволяє вирішувати прикладні задачі, які виникають під час розробки ПЛАСу для хімічно небезпечних об’єктів.
ENG: Purpose. The work involves the development of numerical models for assessing the level of air pollution in the case of emergencies. Methodology. To describe the process of dispersing in the atmosphere of chemically hazardous substances emitted in emergency situations, we use the three-dimensional equation of the mass transfer of pollutants in the atmospheric air. For the express calculation two-dimensional mass transfer equation is used. Equations of mass transfer take into account the field of wind speed, atmospheric diffusion, the intensity of release of chemically hazardous substances into the atmosphere. For numerical integration of the mass transfer equations, implicit difference schemes are used. The developed complex of programs was created for solving the problems of forecasting the level of atmospheric pollution taking into account the influence of buildings on the formation of pollution zones. In order to take into account the influence of buildings on the formation of pollution zones, the calculation of the velocity field of the wind stream is based on the model of potential flow. Application of this model makes it possible to quickly calculate this field in the presence of obstacles. Findings. The developed mathematical models form the basis of the programs complex and can be applied for carrying out operative calculations of the sizes, intensity of pollution zones, which are formed in the atmosphere during the release of chemical substances in the case of emergency situations on chemically dangerous objects and transport. The developed complex of programs can be realized on computers of small and average power, which allows it to be widely used for solving problems that arise during the development of PLES (plan for liquidation of emergency situations). For practical application of the developed complex of programs, standard input information is required. Originality. The complex of programs for the estimation of the level of air pollution during the release of chemically hazardous substances into the atmosphere is pro-posed. The program complex can be used to assess the impact of emissions on the risk of chemical damage to people both on the territory of the industrial facility and in the residential area. The basis of the developed complex of programs are numerical models for calculating aerodynamics and mass transfer. Practical value. The developed complex of programs makes it possible to solve the applied problems that arise during the development of PLES for chemically hazardous objects.
UKR: Мета. Робота передбачає розробку чисельних моделей для оцінки рівня забруднення повітряного сере-довища в разі надзвичайних ситуацій. Методика. Для опису процесу розсіювання в атмосфері хімічно небе-зпечних речовин, емітованих під час надзвичайних ситуацій, використано тривимірне рівняння масоперено-су домішки в атмосферному повітрі. Для проведення експрес-розрахунку використано двовимірне рівняння масопереносу. Рівняння враховують поле швидкості вітрового потоку, атмосферну дифузію, інтенсивність викиду хімічно небезпечної речовини в атмосферу. Для чисельного інтегрування рівнянь масопереносу ви-користано неявні різницеві схеми. Комплекс програм створений для розв’язання задач прогнозу рівня забруднення атмосфери з урахуванням впливу будівель на формування зон забруднення. При цьому виконано розрахунок поля швидкості вітрового потоку на базі моделі потенціальної течії. Застосування цієї моделі дозволяє оперативно розраховувати це поле за наявності перешкод. Результати. Побудовані математичні моделі складають основу створеного комплексу програм і можуть бути застосовані для проведення операти-вних розрахунків розмірів, інтенсивності зон забруднення, які формуються в атмосфері під час викиду хімі-чних речовин у разі надзвичайних ситуацій на хімічно небезпечних об’єктах, транспорті. Розроблений ком-плекс програм може бути реалізований на комп’ютерах малої і середньої потужності, що дозволяє широко використовувати його для розв’язання задач, що виникають під час розробки плану ліквідації аварійної си-туації (ПЛАС). Для практичного застосування розробленого комплексу програм необхідна стандартна вхідна інформація. Наукова новизна. Запропоновано комплекс програм для оцінки рівня забруднення атмосферного повітря під час викиду в атмосферу хімічно небезпечних речовин. Цей комплекс може бути використаний для оцінки впливу викидів на ризик хімічного ураження людей як на території промислового об’єкта, так і в селітебній зоні. Основою розробленого комплексу програм є чисельні моделі для розрахунку аеродинаміки й масопереносу. Практична значимість. Розроблений комплекс програм дозволяє вирішувати прикладні задачі, які виникають під час розробки ПЛАСу для хімічно небезпечних об’єктів.
ENG: Purpose. The work involves the development of numerical models for assessing the level of air pollution in the case of emergencies. Methodology. To describe the process of dispersing in the atmosphere of chemically hazardous substances emitted in emergency situations, we use the three-dimensional equation of the mass transfer of pollutants in the atmospheric air. For the express calculation two-dimensional mass transfer equation is used. Equations of mass transfer take into account the field of wind speed, atmospheric diffusion, the intensity of release of chemically hazardous substances into the atmosphere. For numerical integration of the mass transfer equations, implicit difference schemes are used. The developed complex of programs was created for solving the problems of forecasting the level of atmospheric pollution taking into account the influence of buildings on the formation of pollution zones. In order to take into account the influence of buildings on the formation of pollution zones, the calculation of the velocity field of the wind stream is based on the model of potential flow. Application of this model makes it possible to quickly calculate this field in the presence of obstacles. Findings. The developed mathematical models form the basis of the programs complex and can be applied for carrying out operative calculations of the sizes, intensity of pollution zones, which are formed in the atmosphere during the release of chemical substances in the case of emergency situations on chemically dangerous objects and transport. The developed complex of programs can be realized on computers of small and average power, which allows it to be widely used for solving problems that arise during the development of PLES (plan for liquidation of emergency situations). For practical application of the developed complex of programs, standard input information is required. Originality. The complex of programs for the estimation of the level of air pollution during the release of chemically hazardous substances into the atmosphere is pro-posed. The program complex can be used to assess the impact of emissions on the risk of chemical damage to people both on the territory of the industrial facility and in the residential area. The basis of the developed complex of programs are numerical models for calculating aerodynamics and mass transfer. Practical value. The developed complex of programs makes it possible to solve the applied problems that arise during the development of PLES for chemically hazardous objects.
Description
И. Калашников: ORCID 0000-0002-2814-380X; В. Габринец: ORCID 0000-0002-6115-7162; В. Горячкин: ORCID 0000-0002-8952-952X
Keywords
химическое загрязнение атмосферы, чрезвычайная ситуация, численное моделирование, хімічне забруднення атмосфери, надзвичайна ситуація, чисельне моделювання, chemical pollution of the atmosphere, emergency situation, numerical simulation, КТ, КІТ
Citation
Калашников И. В., Габринец В. А., Горячкин В. Н. Комплекс программ для оценки уровня загрязнения воздушной среды. Наука та прогрес транспорту. 2019. № 2 (80). С. 41–48. DOI: 10.15802/stp2019/164949.