Numerical Simulation of Toxic Chemical Dispersion after Accident at Railway
Loading...
Date
2016
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпропетровськ
Abstract
EN: Purpose. This research focuses on the development of an applied numerical model to calculate the dynamics of atmospheric pollution in the emission of dangerous chemical substances in the event of transportation by railway. Methodology. For the numerical simulation of transport process of the dangerous chemical substance in the atmosphere the equation of convection-diffusion pollutant transport is used. This equation takes into account the effect of wind, atmospheric diffusion, the power of emission source, as well as the movement of the source of emission (depressurized tank) on the process of pollutant dispersion. When carrying out computing experiment one also takes into account the profile of the speed of the wind flow. For the numerical integration of pollutant transport in the atmosphere implicit finite-difference splitting scheme is used. The numerical calculation is divided into four steps of splitting and at each step of splitting the unknown value of the concentration of hazardous substance is determined by the explicit running account scheme. On the basis of the numerical model it was created the code using the algorithmic language FORTRAN. On the basis of the numerical model it was created the code using the algorithmic language FORTRAN. One conducted the computational experiments to assess the level of air pollution near the railway station «Illarionovo» in the event of a possible accident during transportation of ammonia. Findings. The proposed model allows you to quickly calculate the air pollution after the emission of chemically hazardous substance, taking into account the motion of the emission source. The model makes it possible to determine the size of the land surface pollution zones and the amount of pollutants deposited on a specific area. Using the developed numerical model it was estimated the environmental damage near the railway station «Illarionovo». Originality. One can use the numerical model to calculate the size and intensity of the chemical contamination zones after accidents on transport. Practical value. The numerical model, developed by authors, can be used to estimate the size and intensity of the chemical contamination zones during emergency on transport. The developed numerical model solves the problem of assessing the impact of emergency emission of ammonia near the railway station «Illarionovo».
UK: Мета. Дане дослідження спрямоване на розробку прикладної чисельної моделі для розрахунку динаміки забруднення атмосфери при емісії хімічно небезпечної речовини у разі його транспортування залізничним транспортом. Методика. Для чисельного моделювання процесу перенесення хімічно небезпечної речовини в атмосфері застосовується рівняння конвективно-дифузійного переносу домішки. Дане рівняння враховує вплив вітру, атмосферної дифузії, потужності джерела емісії, а також рух джерела емісії (розгерметизованої цистерни) на процес розсіювання забруднювача. При проведенні обчислювального експерименту також враховується профіль швидкості вітрового потоку. Для чисельного інтегрування рівняння переносу домішки в атмосфері застосовується неявна різницева схема розщеплення. Чисельний розрахунок розбивається на чотири кроки розщеплення, і на кожному кроці розщеплення невідоме значення концентрації небезпечної речовини визначається за явною схемою «біжучого» рахунку. На основі побудованої чисельної моделі створений код на алгоритмічній мові Фортран. Проведено обчислювальний експеримент із оцінки рівня забруднення атмосфери поблизу залізничної станції «Іларіонове» у разі можливої аварії при транспортуванні аміаку. Результати. Запропонована модель дозволяє оперативно розрахувати забруднення атмосфери при викиді хімічно небезпечної речовини з урахуванням руху джерела емісії. Модель дозволяє визначити розміри зони забруднення поверхні землі, а також кількість забруднювача, що осів на конкретну ділянку. За допомогою розробленої чисельної моделі виконана оцінка екологічного збитку поблизу залізничної станції «Іларіонове». Наукова новизна. Створена ефективна чисельна модель, що дозволяє оперативно розраховувати екологічний збиток при емісії небезпечних речовин на об'єктах залізничного транспорту. Практична значимість. Розроблена авторами чисельна модель може бути використана для оцінки розмірів та інтенсивності зон хімічного забруднення при надзвичайних ситуаціях на транспорті. За допомогою розробленої чисельної моделі розв’язана задача з оцінки наслідків аварійної емісії аміаку біля залізничної станції «Іларіонове».
RU: Цель. Данное исследование направлено на разработку прикладной численной модели для расчета динамики загрязнения атмосферы при эмиссии химически опасного вещества в случае его транспортировки железнодорожным транспортом. Методика. Для численного моделирования процесса переноса химически опасного вещества в атмосфере применяется уравнение конвективно-диффузионного переноса примеси. Данное уравнение учитывает влияние ветра, атмосферной диффузии, мощности источника эмиссии, а также движение источника эмиссии разгерметизированной цистерны) на процесс рассеивания загрязнителя. При проведении вычислительного эксперимента также учитывается профиль скорости ветрового потока. Для численного интегрирования уравнения переноса примеси в атмосфере применяется неявная разностная схема расщепления. Численный расчет разбивается на четыре шага расщепления, и на каждом шаге расщепления неизвестное значение концентрации опасного вещества определяется по явной схеме «бегущего» счета. На основе построенной численной модели создан код на алгоритмическом языке Фортран. Проведен вычислительный эксперимент по оценке уровня загрязнения атмосферы вблизи железнодорожной станции «Илларионово» в случае возможной аварии при транспортировке аммиака. Результаты. Предложенная модель позволяет оперативно рассчитать загрязнение атмосферы при выбросе химически опасного вещества с учетом движения источника эмиссии. Модель позволяет определить размеры зоны загрязнения поверхности земли, а также количество загрязнителя, осевшего на конкретный участок. С помощью разработанной численной модели выполнена оценка экологического ущерба вблизи железнодорожной станции «Илларионово». Научная новизна. Создана эффективная численная модель, позволяющая оперативно рассчитывать экологический ущерб при эмиссии опасных веществ на объектах железнодорожного транспорта. Практическая значимость. Разработанная учеными численная модель может быть использована для оценки размеров и интенсивности зон химического загрязнения при чрезвычайных ситуациях на транспорте. С помощью разработанной численной модели решена задача по оценке последствий аварийной эмиссии аммиака возле железнодорожной станции «Илларионово».
UK: Мета. Дане дослідження спрямоване на розробку прикладної чисельної моделі для розрахунку динаміки забруднення атмосфери при емісії хімічно небезпечної речовини у разі його транспортування залізничним транспортом. Методика. Для чисельного моделювання процесу перенесення хімічно небезпечної речовини в атмосфері застосовується рівняння конвективно-дифузійного переносу домішки. Дане рівняння враховує вплив вітру, атмосферної дифузії, потужності джерела емісії, а також рух джерела емісії (розгерметизованої цистерни) на процес розсіювання забруднювача. При проведенні обчислювального експерименту також враховується профіль швидкості вітрового потоку. Для чисельного інтегрування рівняння переносу домішки в атмосфері застосовується неявна різницева схема розщеплення. Чисельний розрахунок розбивається на чотири кроки розщеплення, і на кожному кроці розщеплення невідоме значення концентрації небезпечної речовини визначається за явною схемою «біжучого» рахунку. На основі побудованої чисельної моделі створений код на алгоритмічній мові Фортран. Проведено обчислювальний експеримент із оцінки рівня забруднення атмосфери поблизу залізничної станції «Іларіонове» у разі можливої аварії при транспортуванні аміаку. Результати. Запропонована модель дозволяє оперативно розрахувати забруднення атмосфери при викиді хімічно небезпечної речовини з урахуванням руху джерела емісії. Модель дозволяє визначити розміри зони забруднення поверхні землі, а також кількість забруднювача, що осів на конкретну ділянку. За допомогою розробленої чисельної моделі виконана оцінка екологічного збитку поблизу залізничної станції «Іларіонове». Наукова новизна. Створена ефективна чисельна модель, що дозволяє оперативно розраховувати екологічний збиток при емісії небезпечних речовин на об'єктах залізничного транспорту. Практична значимість. Розроблена авторами чисельна модель може бути використана для оцінки розмірів та інтенсивності зон хімічного забруднення при надзвичайних ситуаціях на транспорті. За допомогою розробленої чисельної моделі розв’язана задача з оцінки наслідків аварійної емісії аміаку біля залізничної станції «Іларіонове».
RU: Цель. Данное исследование направлено на разработку прикладной численной модели для расчета динамики загрязнения атмосферы при эмиссии химически опасного вещества в случае его транспортировки железнодорожным транспортом. Методика. Для численного моделирования процесса переноса химически опасного вещества в атмосфере применяется уравнение конвективно-диффузионного переноса примеси. Данное уравнение учитывает влияние ветра, атмосферной диффузии, мощности источника эмиссии, а также движение источника эмиссии разгерметизированной цистерны) на процесс рассеивания загрязнителя. При проведении вычислительного эксперимента также учитывается профиль скорости ветрового потока. Для численного интегрирования уравнения переноса примеси в атмосфере применяется неявная разностная схема расщепления. Численный расчет разбивается на четыре шага расщепления, и на каждом шаге расщепления неизвестное значение концентрации опасного вещества определяется по явной схеме «бегущего» счета. На основе построенной численной модели создан код на алгоритмическом языке Фортран. Проведен вычислительный эксперимент по оценке уровня загрязнения атмосферы вблизи железнодорожной станции «Илларионово» в случае возможной аварии при транспортировке аммиака. Результаты. Предложенная модель позволяет оперативно рассчитать загрязнение атмосферы при выбросе химически опасного вещества с учетом движения источника эмиссии. Модель позволяет определить размеры зоны загрязнения поверхности земли, а также количество загрязнителя, осевшего на конкретный участок. С помощью разработанной численной модели выполнена оценка экологического ущерба вблизи железнодорожной станции «Илларионово». Научная новизна. Создана эффективная численная модель, позволяющая оперативно рассчитывать экологический ущерб при эмиссии опасных веществ на объектах железнодорожного транспорта. Практическая значимость. Разработанная учеными численная модель может быть использована для оценки размеров и интенсивности зон химического загрязнения при чрезвычайных ситуациях на транспорте. С помощью разработанной численной модели решена задача по оценке последствий аварийной эмиссии аммиака возле железнодорожной станции «Илларионово».
Description
M. Biliaiev: ORCID 0000-0002-1531-7882; L. Muntian: ORCID 0000-0002-1659-7740
Keywords
railway transport accidents, air pollution, chemically dangerous substance, numerical simulation, аварії на залізничному транспорті, забруднення атмосфери, хімічно небезпечна речовина, чисельне моделювання, аварии на железнодорожном транспорте, загрязнение атмосферы, химически опасное вещество, численное моделирование, КГВ
Citation
Biliaiev M. M., Muntian L. Yа. Numerical Simulation of Toxic Chemical Dispersion After Accident at Railway. Наука та прогрес транспорту 2016. № 2 (62). С. 7–15. doi: 10.15802/stp2016/67279.