Road with Fan for Reducing Exposure to Traffic Emissions
Loading...
Date
2021
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Kaunas University of Technology, Kaunas, Lithuania
Abstract
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.
UKR: Постановка проблеми. Викиди від автомобілів на автомагістралях значно впливають на якість повітря. Тому в рамках цієї проблеми є два важливі завдання. Перше завдання – спрогнозувати рівень забруднення повітря біля траси. Друга проблема – мінімізувати рівень забруднення повітря біля траси. Ефективним і швидким методом оцінки ефективності конкретного засобу захисту повітря від забруднення поблизу автомобільних доріг є математичне моделювання. Мета роботи. Метою роботи є розробка чисельної моделі для розрахунку зон забруднення біля дороги, де на висоті захисних бар’єрів локально встановлюються осьові витяжні вентилятори, що забезпечують надходження викидів від транспортних засобів. Методика. Основою математичної моделі є рівняння конвективно-дифузійного переносу домішок, яке враховує інтенсивність викидів від автомобілів, нерівномірність потоку повітря, атмосферну дифузію. Розрахунок поля швидкості вітрового потоку за наявності автомобілів, осьового вентилятора та захисного екрану на дорозі проведено на моделі безвихрового потоку ідеальної рідини. Для чисельного інтегрування рівняння масопереносу використовуються неявні схеми різницевого розщеплення. Для чисельного розв’язання рівняння аеродинаміки використовується умовно-апроксимаційна різницева схема. Наукова новизна. На основі числової моделі створено код, за допомогою якого було розв’язано завдання оцінки рівня забруднення біля дороги за наявності джерела викидів (транспортних засобів), з розташуванням екранів та осьового вентилятора. Практична значимість. Наведено результати обчислювальних експериментів з оцінки ефективності осьових вентиляторів щодо зниження рівня загазованості поблизу автомобільних доріг. Розглянуті сценарії: осьовий вентилятор і захисний бар'єр; додатковий екран на шлагбаум; осьовий вентилятор і два захисні бар'єри. Висновки. Розроблено чисельну модель для визначення ефективності зменшення забруднення повітря за допомогою захисних бар’єрів, на яких встановлено осьовий вентилятор. Модель заснована на рівнянні масопереносу та рівнянні для потенціалу швидкості. Особливістю моделі є можливість врахування складної геометричної форми бар'єру.
UKR: Постановка проблеми. Викиди від автомобілів на автомагістралях значно впливають на якість повітря. Тому в рамках цієї проблеми є два важливі завдання. Перше завдання – спрогнозувати рівень забруднення повітря біля траси. Друга проблема – мінімізувати рівень забруднення повітря біля траси. Ефективним і швидким методом оцінки ефективності конкретного засобу захисту повітря від забруднення поблизу автомобільних доріг є математичне моделювання. Мета роботи. Метою роботи є розробка чисельної моделі для розрахунку зон забруднення біля дороги, де на висоті захисних бар’єрів локально встановлюються осьові витяжні вентилятори, що забезпечують надходження викидів від транспортних засобів. Методика. Основою математичної моделі є рівняння конвективно-дифузійного переносу домішок, яке враховує інтенсивність викидів від автомобілів, нерівномірність потоку повітря, атмосферну дифузію. Розрахунок поля швидкості вітрового потоку за наявності автомобілів, осьового вентилятора та захисного екрану на дорозі проведено на моделі безвихрового потоку ідеальної рідини. Для чисельного інтегрування рівняння масопереносу використовуються неявні схеми різницевого розщеплення. Для чисельного розв’язання рівняння аеродинаміки використовується умовно-апроксимаційна різницева схема. Наукова новизна. На основі числової моделі створено код, за допомогою якого було розв’язано завдання оцінки рівня забруднення біля дороги за наявності джерела викидів (транспортних засобів), з розташуванням екранів та осьового вентилятора. Практична значимість. Наведено результати обчислювальних експериментів з оцінки ефективності осьових вентиляторів щодо зниження рівня загазованості поблизу автомобільних доріг. Розглянуті сценарії: осьовий вентилятор і захисний бар'єр; додатковий екран на шлагбаум; осьовий вентилятор і два захисні бар'єри. Висновки. Розроблено чисельну модель для визначення ефективності зменшення забруднення повітря за допомогою захисних бар’єрів, на яких встановлено осьовий вентилятор. Модель заснована на рівнянні масопереносу та рівнянні для потенціалу швидкості. Особливістю моделі є можливість врахування складної геометричної форми бар'єру.
Description
M. Biliaiev: ORCID 0000-0002-1531-7882, V. Biliaieva: ORCID 0000-0003-2399-3124, V. Kozachyna: ORCID 0000-0002-6894-5532; T. Rusakova: ORCID 0000-0001-5526-3578, М. Oladipo: ORCID 0000-0001-7945-6657
Keywords
noise barrier, axial fan near road, numerical simulation, air pollution, шумовий бар’єр, осьовий вентилятор біля дороги, чисельне моделювання, забруднення повітря, КГВ
Citation
Biliaiev M., Rusakova Т., Biliaieva V., Kozachyna V., Oladipo M. Road with Fan for Reducing Exposure to Traffic Emissions. Transport Means 2021 : Proceedings of the 25th International Conference (October 06–08, 2021). Kaunas, Lithuania, 2021. Pt. ІI. C. 638–643.