Защита атмосферы от загрязнения при эмиссии опасного вещества из движущегося железнодорожного вагона

Abstract

RU: Разработка способа защиты атмосферы от загрязнения при горении твердого ракетного топлива, находящегося в движущемся железнодорожном вагоне. Создание метода расчета для обоснования эффективности предложенного способа защиты на основе численного моделирования процесса рассеивания примеси в атмосфере. Методика. Для решения поставленной задачи разработана численная модель, основанная на применении многомерного уравнения массопереноса. Для численного интегрирования уравнения транспорта загрязнителя использовалась неявная попеременно-треугольная разностная схема. При построении разностной схемы осуществляется физическое и геометрическое расщепление уравнения переноса на четыре шага. Неизвестное значение концентрации загрязнителя на каждом шаге расщепления определяется по явной схеме – методу бегущего счета. При проведении вычислительного эксперимента учитывались скорость ветрового потока, скорость поезда, процесс эмиссии химически опасного вещества и нейтрализатора. На основе построенной численной модели проведен вычислительный эксперимент по оценке уровня загрязнения атмосферы при возгорании в движущемся железнодорожном вагоне опасного груза. Проведены расчеты по применению нейтрализации продуктов горения твердого ракетного топлива. Результаты. Предложен эффективный способ защиты атмосферы от загрязнения при эмиссии опасного вещества из движущегося вагона. Разработана численная модель, которая позволяет оперативно рассчитать загрязнение атмосферы в случае аварии при транспортировке твердого ракетного топлива, а также рассчитать рациональные параметры процесса нейтрализации загрязнителя. Эта модель может использоваться для серийных расчетов по моделированию различных сценариев аварийных ситуаций. Научная новизна. Предложен новый способ защиты атмосферы от загрязнения при выбросе опасного вещества из движущегося железнодорожного вагона. Разработана численная модель, позволяющая выполнить оценку эффективности предложенного метода защиты с учетом тех физических параметров, которые влияют на этот процесс. Практическая значимость. Рассмотрена эффективная численная модель «diagnostic models» для экспресс расчета уровня загрязнения атмосферы, и разработан способ защиты атмосферы при аварийных ситуациях, в случае перевозки железнодорожным транспортом твердого ракетного топлива.

EN: Purpose. Development of a method for protection of atmosphere against pollution by burning solid rocket propellant within the moving railway carriage. Create a calculation method to substantiate the effectiveness of the proposed method of protection on the basis of numerical modeling of impurity scattering processes in the atmosphere. Methodology. To solve this problem developed a numerical model based on the application of multivariate equations of mass transfer. For the numerical integration of pollutant transport equation was used implicit «change – triangle» difference scheme. When constructing a difference scheme physical and geometric cleavage of the transfer equation is carried out in four steps. Unknown value of pollutant concentration at each step of cleavage is determined by the explicit scheme – the method of point-to-point computation. When conducting computational experiments considered the speed of the wind flow, the speed of the train, the process of emission of chemically dangerous substances and neutralizer. On the basis of the numerical model a computational experiment to assess the level of air pollution if burned in a moving railway carriage of dangerous goods. The calculations for application of the neutralization of combustion products of solid rocket propellant. Findings. An effective way to protect against contamination of the atmosphere in the emission of hazardous substances from a moving rail car. A numerical model that allows to quickly calculate the air pollution in the event of an accident during transport of solid rocket propellant, as well as to calculate the rational parameters of the process of neutralization of pollutant. This model can be used for serial calculations modeling the different emergency scenarios. Originality. A new way to protect the atmosphere from contamination by release of hazardous substances from a moving railroad car. Developed a numerical model that allows to evaluate the effectiveness of the proposed method of protection taking into account those physical parameters that affect this process. Practical value. An efficient numerical model, so called «diagnostic models» were considered for rapid calculation of the level of pollution of the atmosphere, and the atmosphere is provided a method of protection in emergency situations, in the case of solid rocket propellant transportation by railway.

UK: Мета. Розробка способу захисту атмосфери від забруднення при горінні твердого ракетного палива, що знаходиться в рухомому залізничному вагоні. Створення методу розрахунку для обґрунтування ефективності запропонованого способу захисту на основі чисельного моделювання процесу розсіювання домішки в атмосфері. Методика. Для розв’язання поставленої задачі розроблена чисельна модель, заснована на застосуванні багатовимірного рівняння масопереносу. Для чисельного інтегрування рівняння транспорту забруднювача використовувалася неявна поперемінно-трикутна різницева схема. При побудові різницевої схеми здійснюється фізичне і геометричне розщеплення рівняння переносу на чотири кроки. Невідоме значення концентрації забруднювача на кожному кроці розщеплення визначається за явною схемою – методу біжучого рахунку. При проведенні обчислювального експерименту враховувалися швидкість вітрового потоку, швидкість потягу, процес емісії хімічно небезпечної речовини та нейтралізатора. На основі побудованої чисельної моделі проведено обчислювальний експеримент по оцінці рівня забруднення атмосфери при загорянні в рухомому залізничному вагоні небезпечного вантажу. Проведено розрахунки щодо застосування нейтралізації продуктів горіння твердого ракетного палива. Результати. Запропоновано ефективний спосіб захисту атмосфери від забруднення при емісії небезпечної речовини з вагона, що рухається. Розроблено чисельну модель, яка дозволяє оперативно розрахувати забруднення атмосфери в разі аварії при транспортуванні твердого ракетного палива, а також розрахувати раціональні параметри процесу нейтралізації забруднювача. Ця модель може використовуватися для серійних розрахунків з моделювання різних сценаріїв аварійних ситуацій. Наукова новизна. Запропоновано новий спосіб захисту атмосфери від забруднення при викиді небезпечної речовини з рухомого залізничного вагона. Розроблена чисельна модель, що дозволяє виконати оцінку ефективності запропонованого методу захисту з урахуванням тих фізичних параметрів, які впливають на цей процес. Практична значимість. Розглянуто ефективна чисельна модель «diagnostic models» для експрес розрахунку рівня забруднення атмосфери, і розроблений спосіб захисту атмосфери при аварійних ситуаціях, в разі перевезення залізничним транспортом твердого ракетного палива.