Оценка уровня загрязнения атмосферы при чрезвычайных ситуациях на железнодорожном транспорте

Abstract

RU: Цель. Разработка численных моделей для прогноза загрязнения атмосферы при горении твердого ракетного топлива в железнодорожном вагоне, расположенном вблизи здания на примагистральной территории. Методика. Для решения поставленной задачи разработаны численные модели, основанные на применении уравнений Навье-Стокса, для определения поля скорости ветрового потока вблизи вагонов и зданий, и уравнении переноса примеси в атмосфере. 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. Для численного интегрирования уравнений Навье-Стокса применяются неявные разностные схемы. На основе построенных численных моделей проведен вычислительный эксперимент по оценке уровня загрязнения атмосферы при транспортировке железнодорожным транспортом опасного груза при диверсии на примагистральной территории. Результаты. Разработаны численные модели, которые относятся к классу «diagnostic models». Данные модели учитывают основные физические факторы, влияющие на развитие чрезвычайной ситуации, но при этом требуют небольших затрат компьютерного времени при практической реализации на компьютерах малой и средней мощности. Эти модели используются для серийных расчетов разнообразных сценариев чрезвычайных ситуаций и диагностики интенсивности загрязнения окружающей среды. Выполнены вычислительные расчеты по определению концентрации загрязнителя и формирования зоны загрязнения атмосферного воздуха в масштабах «microscale» и «local». Научная новизна. Созданы численные модели, позволяющие учесть существенные факторы, влияющие на процесс рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере, и формирование зоны загрязнения при чрезвычайных ситуациях на железнодорожном транспорте связанных с эмиссией химически опасных веществ. Практическая значимость. Рассмотрены эффективные численные модели «diagnostic models» для экспресс расчета уровня загрязнения атмосферы при аварийных ситуациях в случае перевозки железнодорожным транспортом твердого ракетного топлива. Модели могут быть применены при разработке ПЛАСа. Предложенные модели позволяют рассчитать 2D гидродинамику ветрового потока и процесс массопереноса опасных веществ в атмосфере.

UK: Мета. Розробка чисельних моделей для прогнозу забруднення атмосфери при горінні твердого ракетного палива в залізничному вагоні, розташованому поблизу будівлі на примагістральній території.

Методика. Для вирішення поставленого завдання розроблені чисельні моделі, засновані на застосуванні рівнянь Нав'є-Стокса, для визначення поля швидкості вітрового потоку поблизу вагонів і будівель, і рівнянні переносу домішки в атмосфері. 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. Для чисельного інтегрування рівнянь Нав'є-Стокса застосовуються неявні різницеві схеми. На основі побудованих чисельних моделей проведено обчислювальний експеримент з оцінки рівня забруднення атмосфери при транспортуванні залізничним транспортом небезпечного вантажу при диверсії на примагістральній території.

Результати. Розроблено чисельні моделі, які відносяться до класу «diagnostic models». Дані моделі враховують основні фізичні фактори, що впливають на розвиток надзвичайної ситуації, але при цьому вимагають невеликих витрат комп'ютерного часу при практичній реалізації на комп'ютерах малої та середньої потужності. Ці моделі використовуються для серійних розрахунків різноманітних сценаріїв надзвичайних ситуацій та діагностики інтенсивності забруднення навколишнього середовища. Виконані обчислювальні розрахунки по визначенню концентрації забруднювача і формування зони забруднення атмосферного повітря в масштабах «microscale» і «local».

Наукова новизна. Створені чисельні моделі, що дозволяють врахувати істотні фактори, що впливають на процес розсіювання забруднюючих речовин в атмосфері, і формування зони забруднення при надзвичайних ситуаціях на залізничному транспорті пов'язаних з емісією хімічно небезпечних речовин.

Практична значимість. Розглянуто ефективні чисельні моделі «diagnostic models» для експрес розрахунку рівня забруднення атмосфери при аварійних ситуаціях у разі перевезення залізничним транспортом твердого ракетного палива. Моделі можуть бути застосовані при розробці ПЛАСа. Запропоновані моделі дозволяють розрахувати 2D гідродинаміку вітрового потоку і процес масопереносу небезпечних речовин в атмосфері.

EN: Purpose. The development of numerical models for the prediction of air pollution by burning solid propellant in a railway carriage, which is located near the building on railway territory.

Methodology. For the numerical simulations of pollutant transport use implicit change triangle difference schemes. To solve this problem developed numerical models based on the use of Navier-Stokes equations, to determine the velocity field of the wind flow near the cars and buildings, transport equation impurities in the atmosphere. When constructing a difference scheme is carried out physical and geometric splitting of the transport equation in the four steps. Unknown value pollutant concentration at each step of cleavage is determined by the explicit scheme.

Findings. Numerical models are used for production of various settlement scenarios emergency and diagnostic intensity of pollution. Computational calculations are made to determine the concentration of the pollutant and the formation of the zone of air pollution on a scale «microscale» and «local»

Originality. Created numerical models to take into account relevant factors influencing the process of dispersion of pollutants in the atmosphere. Practical value. Efficiency of numerical models «diagnostic models» for the express calculation of the level of air pollution in emergency situations in the case of transport by rail of solid rocket propellant. Models can be used in the development of PLAS. The proposed model allows to calculate the hydrodynamics of the 2D wind flow and mass transfer process of hazardous substances in the atmosphere.