Статті КГВ

Permanent URI for this collection

RU: Статьи
EN: Articles

Browse

Recent Submissions

Now showing 1 - 20 of 203
  • Item
    Експрес-розрахунок забруднення робочих зон біля транспортного коридору у випадку екстремальних ситуацій на залізниці
    (Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро, 2023) Біляєва, В. В.; Берлов, О. В.; Козачина, Віталій Анатолійович; Тимошенко, О. А.; Полторацька, В. М.
    UKR: Постановка проблеми. Розглядається задача експрес-оцінювання областей забруднення атмосферного повітря в робочих зонах біля транспортного коридору в разі екстремальних ситуацій на залізниці, що спричинюють емісію хімічно небезпечних речовин. Мета роботи – розроблення чисельної моделі для швидкого аналізу областей забруднення атмосферного повітря в умовах конвекції. Методика. Для визначення областей забруднення атмосферного повітря, що формуються при екстремальних ситуаціях на залізниці у випадку емісії хімічно небезпечних речовин, застосовується тривимірне рівняння конвективно-дифузійного розповсюдження домішки в атмосфері. Враховується нерівномірний профіль вітру з висотою та залежність коефіцієнтів атмосферної дифузії від швидкості вітру. Для чисельного розв’язання тривимірного рівняння масопереносу домішки в атмосферному повітрі застосовуються скінченорізницеві схеми розщеплення. Наукова новизна. Розроблено ефективну чисельну модель для визначення областей забруднення повітря біля транспортного коридору у випадку викиду хімічно небезпечних речовин на залізниці. Практична значущість. На базі побудованої чисельної моделі розроблено комп’ютерну програму, що дозволяє оперативно розраховувати динаміку формування областей хімічного забруднення біля транспортного коридору в разі екстремальних ситуацій на залізниці. Висновки. Розроблено чисельна модель та комп’ютерний код, що дозволяють методом обчислювального експерименту оцінювати забруднення робочих зон біля транспортного коридору у випадку екстремальних ситуацій на залізниці. Побудована модель має широкий робочий діапазон та враховує найбільш суттєві фізичні фактори, що впливають на формування зон хімічного забруднення в повітрі. Наведено результати обчислювального експерименту.
  • Item
    Моделювання гідродинаміки ґрунтових вод на підтоплених територіях
    (Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро, 2023) Біляєв, Микола Миколайович; Козачина, Віталій Анатолійович
    UKR: Постановка проблеми. Розглядається задача розрахунку динаміки ґрунтових вод на підтопленій території за роботи локального дренажу. Складність розв’язання даної задачі полягає в тому, що за наявності забудови на підтопленій території неможливо використовувати існуючі нормативні методики для розрахунку дренажу. Тому виникає потреба розроблення спеціалізованих математичних моделей для оцінювання зміни, з часом, рівня ґрунтових вод на підтопленій території. Мета роботи − розроблення чисельної багатопараметричної моделі та створення на її базі комп’ютерного коду для прогнозування зміни рівня ґрунтових вод та рівня забруднення підземного водоносного шару за роботи дренажу на підтопленій території. Методика. Для розрахунку динаміки ґрунтових вод за роботи водознижувальних свердловин використовується рівняння фільтрації для безнапірного підземного потоку. Для розрахунку концентрації домішки в ґрунтових водах за роботи дренажної системи використовується двовимірне рівняння масоперносу, що враховує конвективний перенос домішки та перенос домішки за рахунок дисперсії. Для чисельного інтегрування рівняння фільтрації безнапірних підземних вод використовується локально-одновимірна скінченорізницева схема розщеплення. Для чисельного інтегрування рівняння масопереносу домішки в ґрунтових водах за роботи дренажу використовується скінченорізницеві схеми розщеплення. Наукова новизна. Розроблена ефективна чисельна модель дозволяє прогнозувати зміну рівня ґрунтових вод під час роботи локального дренажу. Модель також дозволяє прогнозувати рівень забруднення ґрунтових вод за роботи дренажу. Практична значимість. На базі розробленої чисельної моделі розроблено комп’ютерний код, орієнтований на розв’язання комплексу прикладних задач, що пов’язані з проектуванням систем локального дренажу на підтоплених територіях. Висновки. Розроблені чисельна модель та комп’ютерний код дозволяють оцінювати динаміку зміни рівня ґрунтових вод та інтенсивність їх забруднення за роботи локального дренажу. Наведені результати обчислювального експерименту.
  • Item
    Прогнозування радіоактивного забруднення атмосферного повітря у разі екстремальної ситуації на АЕС
    (Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро, Ukraine, 2023) Біляєв, Микола Миколайович; Берлов, О. В.; Біляєва, В. В.; Козачина, Віталій Анатолійович; Машихіна, Поліна Борисівна
    UKR: Постановка проблеми. Розглядається задача оцінювання рівня радіоактивного забруднення атмосферного повітря у разі виникнення екстремальної ситуації на території Запорізької АЕС, що спричинює миттєвий радіоактивний аерозольний викид. Здійснюється аналіз динаміки формування зон радіоактивного забруднення за напряму вітру в бік м. Нікополь. Для оперативного розв’язання даної прогнозної задачі потрібне створення багатофакторної чисельної моделі, що дозволяє оперативно аналізувати розміри та інтенсивність областей радіоактивного забруднення. Мета роботи –створення чисельної моделі та комп’ютерного коду для оперативного аналізу областей радіоактивного забруднення, що формуються за миттєвого викиду радіоактивних забруднювачів в атмосферу. Методика. Комп’ютерний код створений на базі чисельної моделі, що є різницевим аналогом багатофакторного кінематичного рівняння масопереносу радіоактивної домішки в атмосферному повітрі. Рівняння масопереносу враховує поле швидкості вітру, атмосферну турбулентну дифузію, інтенсивність викиду радіоактивної речовини в повітря. Для чисельного інтегрування рівняння масопереносу застосовується метод розщеплення з наступним використанням скінчено різницевих схем. Обчислення значення величини об’ємної активності на кожному кроці розщеплення реалізується за явною формулою. Наукова новизна. Розроблено ефективну чисельну модель та здійснено її програмну реалізацію для оперативного аналізу формування областей радіоактивного забруднення в атмосфері за екстремальної ситуації на АЕС, що супроводжується емісією радіоактивних речовин. Модель враховує комплекс факторів, що впливають на процес поширення радіоактивної домішки в атмосфері. Практична значущість. Розроблено комп’ютерний код для розрахунку динаміки формування зон радіоактивного забруднення в атмосфері на базі розробленої чисельної моделі. Це дозволяє методом обчислювального експерименту аналізувати наслідки аварійних викидів на території АЕС. Висновки. Створено математичну модель для оперативного аналізу рівня радіоактивного забруднення атмосферного повітря внаслідок екстремальної ситуації на АЕС, що спричинює інтенсивний миттєвий викид радіоактивних речовин. Наведено результати обчислювального експерименту на базі розробленої чисельної моделі.
  • Item
    Аналіз ефективності всмоктувальної системи для зниження рівня забруднення повітря в робочих зонах
    (Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро, Україна, 2022) Біляєв, Микола Миколайович; Берлов, Олександр Вікторович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Козачина, Віталій Анатолійович; Золотько, Олена Василівна
    UKR: Постановка проблеми. Розглядається задача оцінювання ефективності використання всмоктувальної системи, що розташована біля автотраси та дозволяє зменшити рівень хімічного забруднення повітря в робочих зонах. Ця система змінює аеродинаміку повітряного потоку та створює динамічну перепону на шляху забрудненого повітря, що рухається в робочі зони. На етапі проектування систем захисту повітря від забруднення в робочих зонах потрібно мати розрахункові методи, що дозволяють визначити ефективність її для конкретних умов експлуатації. Мета дослідження − розроблення математичних моделей та програмного забезпечення для проведення обчислювального експерименту з визначення ефективності використання всмоктувальної системи, розташованої біля автотраси. Методика. Для математичного моделювання поширення забруднювальних речовин у робочих зонах біля автотраси та з використанням всмоктувальної системи захисту застосовується аеродинамічна модель потенціального руху та рівняння конвективно- дифузійного переносу домішки в повітрі. Запропонована математична модель дає можливість урахувати швидкість вітру, турбулентну дифузію, інтенсивність викиду домішки від авто, режим роботи всмоктувальної системи, присутність екрану на цій системі. Для розв’язання задачі аеродинаміки використовуються дві скінченнорізницеві схеми, що дозволяють визначити потенціал швидкості за явною формулою. Для чисельного інтегрування рівняння конвективно-дифузійного переносу домішки застосовується метод розщеплення. Розроблено комп’ютерну програму для проведення обчислювального експерименту на базі побудованих чисельних моделей. Наукова новизна. Розроблено чисельні моделі для розв’язання задач аеродинаміки та масопереносу стосовно проблеми оцінювання ефективності використання спеціальної всмоктувальної системи, що дозволяє зменшити рівень забруднення повітря в робочих зонах біля автотраси. Практична значимість. На базі розробленої моделі створено код, що дозволяє оперативно розраховувати процес забруднення повітря як біля автошляху, так і в робочих зонах, для захисту яких використовуються всмоктувальні системи. Висновки. Побудовані чисельні моделі дають змогу швидко оцінювати ефективність використання спеціальної всмоктувальної системи, що встановлюється біля автотраси. Моделі враховують найбільш суттєві фізичні фактори, які впливають на формування областей забруднення біля автотраси. Практичне застосування моделей не потребує потужних комп’ютерів. Наведено результати обчислювального експерименту.
  • Item
    Predicting Dust Pollution in the Passenger Compartment
    (Kaunas University of Technology, Kaunas, 2022) Biliaiev, Mykola M.; Rusakova, Tetiana I.; Biliaieva, Viktoriia V.; Mashykhina, Polina B.; Rusakova, Kateryna
    ENG: Fine dust particles, which are present in the air in large quantities, are dangerous to human health. They enter the body through the lungs, but move to almost all organs, causing a number of respiratory diseases, pneumonia and are carriers of the coronavirus. This research proposes a method for numerically calculating the process of dust pollution of the passenger compartment when fine dust enters the cabin through the ventilation system. To calculate the concentration field of dust in the cabin, the equation of convective-diffusion dust dispersion is used, which takes into account the intensity of dust entering the passenger compartment, the unevenness of the air flow velocity field in the passenger compartment, diffusion, and additional dust emission from the floor surface. To calculate the velocity field of the air flow in the car interior, a potential flow model is used, the modeling equation is the Laplace equation for the velocity potential. For the numerical integration of the convective-diffusion dispersion equation of fine dust in the cabin, implicit finite-difference splitting schemes are used. For the numerical solution of the equation for the aerodynamic velocity potential, the alternating-triangular method of A. Samarsky is used. The computer code has been developed that implements the method of numerical calculation. The results of computational experiments to assess the level of dust pollution in the passenger compartment are presented.
  • Item
    Quick Computing Numerical Model of Pollutant Dispersion in Urban Street Canyon
    (Kaunas University of Technology, Kaunas, 2022) Biliaiev, Mykola M.; Rusakova, Tetiana I.; Biliaieva, Viktoriia V.; Berlov, Oleksandr V.; Kozachyna, Vitalii A.; Kirichenko, Pavlo S.
    ENG: This research proposes a numerical model for the quick calculation of air pollution by emissions from cars in urban area such as "canyon". The Euler equations written in Helmholds variables were used to calculate the wind flow velocity field in street canyon. A special technique is used to calculate the vorticity in the corner points of buildings and barriers near the road. To calculate pollutant concentration field in the street canyon, which is formed from the traffic flow, the mass transfer equation was used, which took into account pollutant emission rate from cars, atmospheric diffusion, gravitational deposition, convective transfer. For numerical integration of modeling equations change-triangular finite-difference schemes were used The computer code realizing the developed numerical model was developed. The results of computational experiments to estimate the level of air pollution for different variants of the "canyon" scheme are presented.
  • Item
    Analysis of Temperature Field in the Transport Compartment of the Launch Vehicle
    (Kaunas University of Technology, Kaunas, 2022) Biliaiev, Mykola M.; Rusakova, Tetiana I.; Biliaieva, Viktoriia V.; Kozachyna, Vitalii A.; Berlov, Oleksandr V.; Semenenko, Pavlo
    ENG: The development of satellite linkage systems is based on the satellite’s transportation in space. The transportation of a satellite into orbit is carried out by a launch vehicle. The satellite is located in the transport compartment inside the main fairing. At the stage of the pre-launch preparation, it is necessary to fulfill very strict environment conditions inside the main fairing. Namely, it is very important to predict temperature field in the transport compartment inside the main fairing during its forced ventilation at the stage of pre-launch preparation. To calculate the temperature field formed by the ventilation of the transport compartment and release of heat from different elements of the satellite, the energy equation was used. This equation took into account the intensity of heat release from different parts of satellite, air flow pattern over the satellite, heat transfer in the transport compartment. The non-uniform field of the air flow velocity in the transport compartment was calculated on the basis of the potential flow model. The finite difference schemes were used for numerical integration of modeling equations. The computer code has been developed that implements the proposed numerical model. The results of computational experiments to estimate the temperature regime in the main fairing of the launch vehicle for different satellites is presented.
  • Item
    Розрахунок забруднення атмосферного повітря у випадку розлиття хімічно небезпечної речовини
    (Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро, Україна, 2022) Біляєв, Микола Миколайович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Берлов, Олександр Вікторович; Машихіна, Поліна Борисівна; Якубовська, Зінаїда Миколаївна
    UKR: Постановка проблеми. Розглядається задача прогнозування областей хімічного забруднення на промисловому майданчику при інверсії в атмосфері та випарюванні хімічно небезпечної речовини від зони розлиття. Мета роботи − розроблення методу розрахунку інтенсивності, форми областей забруднення в атмосфері, що формуються в умовах інверсії. Методологія. Для розрахунку поширення хімічно небезпечних речовин в атмосфері в умовах інверсії використовується тривимірне рівняння переносу домішки сумісно з підходом М. Берлянда, щодо визначення величини вертикального коефіцієнта дифузії для такої несприятливої метеоумови. Чисельне інтегрування рівняння переносу домішки здійснюється за допомогою двох скінченнорізницевих схем. Обидві схеми базуються на використанні методу розщеплення. Результати. Запропонований ефективний метод розрахунку областей забруднення атмосфери, що формуються при випарюванні хімічно небезпечної речовини від зони розлиття. Розроблена комп’ютерна програма, дає можливість швидко визначати ці зони забруднення атмосфери в умовах інверсії. Наведено результати обчислювального експерименту. Наукова новизна. Розроблено метод, що дозволяє оцінювати розміри та інтенсивність зон хімічного забруднення, які формуються в атмосфері при інверсії та випарюванні речовини від зони розлиття. Практична цінність. На базі розробленого методу створено програму для проведення обчислювального експерименту з оцінювання зон забруднення атмосфери на промислових майданчиках при аварійних розливах хімічно небезпечних речовин.
  • Item
    Аналіз динаміки забруднення атмосферного повітря методом чисельного моделювання
    (Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро, Україна, 2022) Біляєв, Микола Миколайович; Берлов, Олександр Вікторович; Козачина, Віталій Анатолійович; Ночвай, Володимир Іванович; Русакова, Тетяна Іванівна
    UKR: Постановка проблеми. Розглядається задача оцінювання рівня хімічного забруднення атмосферного повітря при виникненні екстремальної ситуації, що приводить до розливу гептилу на території промислового об’єкту. Здійснено аналіз формування зон забруднення як на промислових майданчиках, так і в сельбищній зоні, що розташована поблизу промислового об’єкту. Для рішення такої задачі потрібно створення багатофакторних математичних моделей, які дозволяють оперативно визначати області забруднення, що формуються під час екстремальної ситуації. Мета роботи: створити комп’ютерну модель для оперативного аналізу областей забруднення, що формуються під час аварійної емісії в атмосферу хімічно небезпечних речовин. Методика. Комп’ютерну модель створено на базі чисельної моделі, що є різницевим аналогом багатофакторного кінематичного рівняння масопереносу домішки в атмосферному повітрі. Рівняння масопереносу враховує тривимірне поле швидкості вітру, атмосферну дифузію, інтенсивність викиду хімічно- небезпечної речовини в повітря. Для чисельного інтегрування тривимірного рівняння масоперносу використовується чотирикрокова кінцево-різницева схема розщеплення. Визначення концентрації хімічно- небезпечної речовини на кожному кроці розщеплення реалізується за явною формулою. Для розрахунку інтенсивності емісії хімічно-небезпечної речовини від зони аварійного розливу використовується емпірична залежність. Наукова новизна. Розроблено чисельну модель та здійснено її програмну реалізацію для оперативного аналізу формування областей аварійного забруднення в атмосфері. Модель враховує комплекс факторів, що впливають на процес поширення домішки в атмосфері. Практична значущість. Розроблено програму для розрахунку динаміки забруднення атмосферного повітря на базі запропонованої чисельної моделі. Це дозволяє методом обчислювального експерименту аналізувати наслідки аварійних розливів на території хімічно-небезпечних об’єктів. Висновки. Створено ефективний інструмент для оперативного аналізу рівня забруднення атмосферного повітря внаслідок емісії хімічно небезпечних речовин. Представлені результати обчислювального експерименту.
  • Item
    Чисельне моделювання забруднення повітря на промисловому майданчику під час штилю
    (Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро, Україна, 2022) Біляєв, Микола Миколайович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Берлов, Олександр Вікторович; Краснюк, Андрій Віталійович; Цуркан, Валерія
    UKR: Постановка проблеми. Розглядається задача прогнозування зон хімічного забруднення на промисловому майданчику за несприятливих умов (штиль). Саме за таких метеоумов має місце дуже інтенсивне забруднення повітря робочих зон на промислових майданчиках. Для оперативного прогнозування рівня хімічного забруднення потрібно мати математичні моделі, що дозволяють швидко здійснити такий прогноз. Мета роботи − розроблення чисельної багатопараметричної моделі та комп’ютерного коду для прогнозування розмірів та інтенсивності областей забруднення повітря на промислових майданчиках, що формуються в умовах штилю. Методика. Для розрахунку розповсюдження газоподібних домішок використовується тривимірне рівняння конвективно-дифузійного переносу. Дане рівняння враховує напрям вітру, атмосферну стратифікацію, інтенсивність емісії домішки. Для чисельного інтегрування рівняння конвективно-дифузійного переносу домішки використовується фізичне розщеплення цього рівняння. Перше рівняння описує конвективний перенос домішки, друге – перенос домішки за рахунок дифузії, третє рівняння описує зміну концентрації домішки внаслідок дії джерела емісії. Далі будуються скінченнорізницеві схеми розщеплення, що дозволяють розв’язати рівняння розщеплення. Наукова новизна. Розроблено ефективну чисельну модель, яка дозволяє прогнозувати інтенсивність та розміри областей забруднення, що формуються за несприятливих метеоумов (штиль). Практична значимість. На базі побудованої моделі розроблено комп’ютерний код, що дозволяє оперативно проводити серійні розрахунки для визначення областей забруднення повітря на промислових майданчиках в умовах штилю. Висновки. Побудовано чисельну модель та комп’ютерний код, які дозволяють прогнозувати рівень забруднення повітря в умовах штилю. Наведено результати обчислювального експерименту.
  • Item
    Mathematical Modeling of Aeroion Mode in a Car
    (The Silesian University of Technology, Katowice, Poland, 2022) Biliaiev, Mykola M.; Pshinko, Oleksandr M.; Rusakova, Tetiana I.; Biliaieva, Viktoriia V.; Sładkowski, Aleksander
    ENG: Summary. In this study, a mathematical method is proposed for calculating the concentration field of air ions of different polarities and dust levels in the passenger compartment, taking into account the geometry of the passenger compartment and seats, shelves, and other internal elements of the passenger compartment. The method also takes into account changes in the rate of the air flow ventilation, the location and number of ionizers, and sources of positive ions and dust, taking into account their different intensities and locations. On the basis of a numerical model for this method, software has been developed that allows users to carry out computational experiments without requiring much time for calculation. Based on the results, the optimal location of the ionizer in the passenger compartment of the car was determined to ensure comfortable conditions for the stay of passengers, which favorably affects their health. It has been found that the presence of two ionizers is optimal for creating comfort in the car with an ionization intensity of ions/s located at the top of the car. If there is one ionizer located on the dashboard or at the top of the car with a higher ionization rate than ions/s, it is not possible to simultaneously provide optimal ionization parameters for passengers in the front and rear seats of the car.
  • Item
    Математичне моделювання забруднення повітря в робочому приміщенні
    (НТУ “Дніпровська Політехніка”, Дніпро, 2022) Біляєв, Микола Миколайович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Козачина, Віталій Анатолійович; Берлов, Олександр Вікторович; Цуркан, Валерія
    UKR: Мета. Розробка CFD моделі та комп’ютерного коду для аналізу та прогнозу процесу фор-мування областей хімічного забруднення в робочому приміщенні при аварійному витоку небезпечної речовини, що дозволяють врахувати вплив перешкод та роботи вентиляційної системи на цей процес. Методика. Для розрахунку процесу формування з часом областей хімічного забруднення в робочому приміщенні використовується рівняння масопереносу. Для розв’язання задачі аеродинаміки – визначення поля швидкості повітряного потоку в приміщенні – використовуються рівняння Нав’є-Стокса. Для чисельного рішення моделюючих рівнянь використовуються кінцево-різницеві схеми розщеплення. На базі розробленої чисельної моделі створено комп’ютерний код для проведення обчислювальних експериментів. Результати. Створено ефективну CFD модель та комп’ютерний код, що дозволяють швидко аналізувати рівень хімічного забруднення робочих приміщень при можливих аварійних ситуаціях, що супроводжуються емісією небезпечних речовин. Представлено результати обчислювального експерименту. Наукова новизна. Розроблено ефективну CFD модель, що дозволяє розрахувати динаміку формування областей хімічного забруднення повітря в робочому приміщенні при аварійному витоку хімічно небезпечної речовини. Практична значимість. На базі запропонованої CFD моделі розроблено комп’ютерний код, що дозволяє визначати динаміку формування областей забруднення в робочому приміщенні при аварійній емісії небезпечних речовин. Модель може бути використана для аналізу ризику токсичного ураження персоналу в робочих приміщеннях.
  • Item
    Development of a Method for Assessing Air Dustiness in the Main Fairing of the Launch Vehicle
    (PC Тесhnology Сеntеr, Kharkiv, Ukraine, 2022) Biliaiev, Mykola M.; Biliaieva, Viktoriia V.; Rusakova, Tetiana I.; Kozachyna, Vitalii A.; Berlov, Oleksandr V.; Semenenko, Pavlo; Kozachyna, Valeriia; Brazaluk, Iuliia; Klym, Viktoriia; Tatarko, Larysa
    ENG: The object of this study is the process of thermostating the main fairing with a satellite at the stage of prelaunch preparation of the launch vehicle. When thermostating, it is necessary to predict the risk of dust contamination of the satellite surface. Currently, there are no normative methods for solving this problem. A numerical model has been proposed that makes it possible to quickly predict the dynamics of pollution of any surface of the satellite. A numerical model has been built for analyzing the zones of dust pollution of air in the main fairing of the launch vehicle during thermostating. The novelty of the model is the use of the Laplace equation for the speed potential, based on which the problem of aerodynamics is solved, namely, the flow rate in the main fairing is determined. Based on the model built, a computational experiment was conducted for dust particles with a diameter of 6 μm that fall into the main fairing during thermostating. The results of the research showed that the formation of areas of dust pollution near the satellite is influenced by the geometric shape of the satellite, which affects the formation of an uneven air velocity field in the main fairing and the organization of air supply to the main fairing. Calculations are performed within a few seconds, which makes it possible during working day to conduct a set of studies into the rational choice of the organization of air exchange of the main fairing during its thermostating. The constructed numerical model can be used in design organizations to scientifically substantiate the thermostating mode of the main fairing, taking into consideration the characteristics of the satellite located in it.
  • Item
    Чисельне моделювання забруднення повітря біля автошляху із захисними бар’єрами
    (Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро, Україна, 2022) Біляєв, Микола Миколайович; Берлов, Олександр Вікторович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Козачина, Віталій Анатолійович; Русакова, Тетяна Іванівна
    UKR: Постановка проблеми. Розглядається задача прогнозування зон хімічного забруднення біля автошляху, де розташовані захисні бар’єри. Захисні бар’єри впливають на аеродинаміку повітряного потоку біля автошляху та дозволяють зменшити рівень хімічного забруднення робочих зон, що розташовані біля автошляху. Для оперативного оцінювання ефективності використання захисних бар’єрів потрібно мати математичні моделі, що дозволяють здійснити таке оцінювання на етапі проведення проектних робіт. Мета роботи − розроблення чисельної багатопараметричної моделі та комп’ютерної програми для оцінювання ефективності використання захисних бар’єрів біля автошляху з метою зменшення рівня хімічного забруднення робочих зон. Методика. Для математичного моделювання процесу розповсюдження хімічно небезпечних речовин, що викидаються від авто та розповсюджуються біля автошляху, використовується двовимірне рівняння масопереносу. Це моделююче рівняння враховує напрям вітру, атмосферну дифузію, інтенсивність викиду хімічно небезпечної речовини від авто, місце розташування джерела емісії, корпус авто та розташування захисних бар’єрів біля автошляху. Для рішення задачі аеродинаміки визначення нерівномірного поля швидкості повітряного потоку біля автошляху використовуються дві гідродинамічні моделі: рівняння Нав’є − Стокса та модель потенціального руху. Рівняння Нав’є − Стокса застосовуються у змінних «вихор – функція току». Для чисельного інтегрування рівняння переносу вихору використовується неявна різницева схема розщеплення. Для чисельного інтегрування рівняння для функції току використовуються дві різницеві схеми. Для чисельного інтегрування рівняння Лапласа для потенціалу швидкості – явна різницева схема. На базі побудованої чисельної моделі розроблено пакет програм. Для чисельного інтегрування рівняння переносу домішки використовуються різницеві схеми розщеплення. Наукова новизна. Запропоновано чисельну модель, що дозволяє розрахувати формування областей хімічного забруднення атмосферного повітря біля автошляху від викидів та оцінити ефективність використання захисних бар’єрів для зниження рівня забруднення повітря в робочих зонах. Практична значимість. На базі розробленої моделі створено код, що дозволяє оперативно розраховувати процес забруднення повітря як біля автошляху, так і в робочих зонах, для захисту яких споруджуються бар’єри. Висновки. Розроблена чисельна модель та комп’ютерний код, що реалізує її, дозволяють досліджувати процес розповсюдження хімічно небезпечної речовини в атмосферному повітрі біля автошляху. Модель дозволяє оперативно визначити ефективність використання захисних бар’єрів біля автошляху. Пропонована програма може бути реалізована на комп’ютерах малої та середньої потужності. Наведено результати обчислювального експерименту.
  • Item
    Оцінювання ризику ураження водолаза у випадку роботи в агресивному середовищі
    (Universitätsstraße, Innsbruck, Austria, 2021) Біляєв, Микола Миколайович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Гунько, Олена Юріївна; Козачина, Віталій Анатолійович; Татарко, Лариса Гаврилівна
    UKR: Постановка проблеми. Розглядається розробка чисельної моделі для оцінювання ризику хімічного або термічного ураження водолазів при проведенні ремонтних робіт на пошкоджених підводних трубопроводах. Мета роботи − розроблення чисельної моделі для розрахунку зони інтенсивного хімічного забруднення акваторії у місці проведення підводних робіт з метою оцінювання ризику хімічного або термічного ураження водолазів. Методика. Для моделювання хімічного забруднення акваторії використовується двовимірне рівняння масопереносу. Для моделювання процесу теплового забруднення акваторії використовується рівняння енергії. Розрахунок гідродинаміки потоку здійснюється на базі рівнянь Ейлера. Для чисельного інтегрування рівняння енергії використовується явна кінцево-різницева схема. Для чисельного інтегрування рівнянь Ейлера використовуються схеми розщеплення. Для чисельного інтегрування рівняння масопереносу використовується неявна різницева схема розщеплення. Здійснена програмна реалізація побудованої чисельної моделі. Представлено результати обчислювального експерименту. Наукова новизна. Запропоновано чисельну модель, що дозволяє розрахувати зони інтенсивного хімічного забруднення акваторії у місці проведення підводних робіт з метою оцінювання ризику хімічного або термічного ураження водолазів. Практична значимість. На базі розробленої моделі створено код, що дозволяє оперативно розраховувати зону інтенсивного хімічного забруднення акваторії у місці проведення підводних робіт. Висновки. Запропонована чисельна модель для аналізу формування зон теплового та хімічного зараження водоймища при витоку з пошкодженого підводного трубопроводу. Розроблена чисельна модель дозволяє швидко визначати зони забруднення акваторії, що небезпечні для роботи водолазів.
  • Item
    Чисельне моделювання забруднення атмосфери при екстремальній ситуації на хлоропереливній станції
    (Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро, 2021) Біляєв, Микола Миколайович; Берлов, Олександр Вікторович; Губін, Олександр Ігорович; Гунько, Олена Юріївна; Машихіна, Поліна Борисівна
    UKR: Постановка проблеми. Розглядається задача прогнозування динаміки формування зон хімічного забруднення внаслідок аварійного викиду хлору на хлоропереливній станції. Поблизу цієї хлоропереливної станції розташовується крупне селище, тому у випадку виникнення екстремальної ситуації з’являється ризик токсичного ураження людей. З цієї точку зору розробка ефективних багатовимірних математичних моделей , що дозволяють виконати прогноз формування зон хімічного зараження має значну актуальність. Мета роботи. Розробка чисельної багатопараметричної моделі та комп’ютерної програми для прогнозування динаміки забруднення атмосферного повітря внаслідок аварійного витоку хлору на хлоропереливній станції. Методика. Для математичного моделювання процесу розповсюдження хімічно небезпечної речовини використовується тривимірне рівняння масопереносу (рівняння Г.І.Марчука). Дане моделююче рівняння враховує різний напрям вітру,зміну з висотою вертикального коефіцієнту атмосферної дифузії, інтенсивність викиду хімічно небезпечної речовини, місце розташування джерела емісії. Для чисельного інтегрування тривимірного рівняння масопереносу використовуються кінцево-різницеві схеми розщеплення. Попередньо, для моделюючого рівняння масопереонсу здійснюється фізичне його розщеплення: розглядаються роздільно рівняння переносу за рахунок швидкості та за рахунок дифузії. Також окремий крок–зміна концентрації хімічно небезпечної речовини за рахунок дії джерела забруднення. Далі будується різницева схема розщеплення. На кожному кроці розщеплення значення концентрації хімічно небезпечної речовини визначається за явної схемою. Наукова новизна. Запропонована чисельна модель, що дозволяє розрахувати динаміку аварійного забруднення атмосферного повітря внаслідок викиду хімічно небезпечної речовини. Математична модель враховує фізичні фактори, що істотно впливають на процес розповсюдження хімічно небезпечної речовини в атмосфері. Практична значущість. На базі розробленої моделі створений код, що дозволяє оперативно розраховувати процес аварійного забруднення атмосфери. Математична модель може буду використана при розробці плану ліквідації аварійної ситуації. Висновки. Розроблена математична модель та комп’ютерний код, що реалізує її, дозволяють досліджувати динаміку розповсюдження хімічно небезпечної речовини в атмосферному повітрі. Розроблена комп’ютерна програма може бути реалізована на комп’ютерах малої та середньої потужності. Представлені результати обчислювального експерименту.
  • Item
    Road with Fan for Reducing Exposure to Traffic Emissions
    (Kaunas University of Technology, Kaunas, Lithuania, 2021) Biliaiev, Mykola M.; Rusakova, Tetiana I.; Biliaieva, Viktoriia V.; Kozachyna, Vitalii A.; Oladipo, Mutiu Olatoye
    ENG:Problem statement. Emissions from cars on highways significantly affect the quality of the air. Therefore, there are two important tasks within this problem. The first task is to predict the level of air pollution near the highway. The second problem is to minimize the level of air pollution near the highway. The effective and quick method to assess a specific means effectiveness to protect air from pollution near highways is mathematical modeling. The purpose of the article. The aim of the paper is development of a numerical model to calculate pollution zones near the road, where axial exhaust fans are locally installed at the height of protective barriers, which ensure the intake of emissions from vehicles. Methodology. The basis of the mathematical model is the equation of convective-diffusion transfer of impurities, which takes into account the intensity of emissions from cars, the unevenness of the air flow, atmospheric diffusion. The calculation of the wind flow velocity field in the presence of cars, an axial fan and a protective screen on the road is carried out on the model of a vortex-free flow of an ideal fluid. For the numerical integration of the mass transfer equation, implicit difference splitting schemes are used. For the numerical solution of the aerodynamic equation, a conditional approximation difference scheme is used. Scientific novelty. Based on the numerical model, the code was created, which was used to solve the problem of assessing the level of pollution near the road in the presence of emission source (vehicles), with the location of screens and axial fan. Practical significance. The results of computational experiments to assess the effectiveness of axial fans to reduce the level of gas pollution near highways are presented. Scenarios considered: axial fan and protective barrier; additional screen on the barrier; axial fan and two protective barriers. Conclusion. A numerical model has been developed to determine the effectiveness of reducing air pollution using protective barriers on which an axial fan is installed. The model is based on the mass transfer equation and the equation for the velocity potential. A feature of the model is the possibility to take into account the complex geometric shape of the barrier.
  • Item
    Watering of Cargo for Reducing Dust Emissions from Coal Wagon
    (Kaunas University of Technology, Kaunas, Lithuania, 2021) Biliaiev, Mykola M.; Kozachyna, Vitalii A.; Biliaieva, Viktoriia V.; Berlov, Oleksandr V.; Mashykhina, Polina B.; Tyshchenko, Serhii S.
    ENG: Open topped coal wagons are widely used in different countries. The coal surface exposed to air emits intensively fugitive dust. Water application is used for reducing fugitive dust emissions from open topped coal trains. The objective of this research was to develop numerical model to study efficacy of water application on the surface of coal. To simulate air flow over coal wagon Euler equations were used. These equations were written in Helmholtz variables “vorticity–flow function”. Finite difference schemes of splitting were used for numerical integration of Euler equations. To simulate coal dust dispersion from coal wagon mass transfer equation was used. This equation took into account air flow speed, turbulent diffusion, dust emission rate from cargo surface. To solve mass transfer equation change-triangle implicit difference scheme of splitting was used. To simulate water evaporation from cargo and dust emission rate dependence from moisture, empirical models were used. On the basis of developed numerical model computer code was developed using FORTRAN. Results of numerical experiments are presented.
  • Item
    Математичне моделювання процесу забруднення атмосферного повітря при аварійному витоку аміаку
    (Österreichisches Multiscience Journal, Austria, 2021) Біляєв, Микола Миколайович; Берлов, Олександр Вікторович; Машихіна, Поліна Борисівна; Якубовська, Зінаїда Миколаївна
    UKR: Постановка проблеми. Розглядається розробка математичної моделі для аналізу динаміки формування зони хімічного зараження при можливому аварійному витоку аміаку з пошкодженого трубопроводу. Мета роботи − оцінювання інтенсивності забруднення повітря при аварії на аміакопроводі з метою визначення зон хімічного ураження. Методика. Моделювання здійснюється на базі рівняння конвективно-дифузійного розповсюдження домішки. При моделюванні враховується турбулентна дифузія аміаку, нерівномірний вертикальний профіль швидкості вітру, інтенсивність викиду аміаку. Чисельне інтегрування моделюючого рівняння здійснюється методом розщеплення. Для рішення різницевих рівнянь, на кожному кроці розщеплення, використовується явна схема. Здійснена програмна реалізація побудованої чисельної моделі. Представлено результати математичного моделювання. Наукова новизна. Запропоновано чисельну модель, що дозволяє розрахувати зон хімічного ураження при аварійному викиді аміаку на аміакопроводі. Практична значимість. На базі розробленої моделі створено код, що дозволяє оперативно розраховувати зони інтенсивного хімічного забруднення при аварії на аміакопроводі. Висновки. Розглянута чисельна модель для оперативного аналізу формування зони хімічного зараження при аварійному витоку аміаку з трубопроводу. На підставі виконаного обчислювального експерименту визначено значний ризик токсичного ураження людей в с.м.т. Синельникове, біля якого розташований аміакопровод «Тольятті-Одеса».
  • Item
    Constructing a Method for Assessing the Effectiveness of Using Protective Barriers Near Highways to Decrease the Level of Air Pollution
    (ПП ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР, Харків, 2021) Biliaiev, Mykola M.; Kozachyna, Vitalii; Biliaieva, Viktoriia; Rusakova, Tetiana I.; Berlov, Oleksandr; Mala, Yuliia
    ENG: Highways are an intensive source of environmental pollution. Atmospheric air is exposed to the fastest anthropogenic influence. Therefore, a particularly important task is to minimize the level of air pollution near the highway. An effective method for solving this problem is the use of protective barriers of various shapes installed near highways. At the stage of designing these protective structures, an important task arises to assess their effectiveness. Estimation of the effectiveness of protective barriers by the method of the physical experiment takes considerable time to set up and conduct an experiment, as well as analyze the results of hysical modeling. This method is not always convenient during design work. An alternative method is the method of mathematical modeling. For the designer, it is very important to have mathematical models that make it possible to quickly obtain a predictive result and take into consideration a set of important factors on which the effectiveness of the protective barrier depends. A method has been devised that makes it possible to assess the effectiveness of using protective barriers to reduce the level of air pollution near the highway. It was found that an increase in barrier height by 80 % leads to a 22 % decrease in the concentration of impurities behind the barrier. It was established that applying a barrier with a height of 1.5 m leads to a 26 % decrease in the concentration of impurities in buildings adjacent to the highway. A method has been devised to assess the effectiveness of using absorbent "TX Active" surfaces on the protective barrier located near the highway. This study's result revealed that the application of a barrier with one "TX Active" surface leads to a decrease in the concentration of NO behind the barrier by an average of 43 %. When using a barrier with two "TX Active" surfaces, a decrease in the NO concentration behind the barrier is 85 % on average.