Чисельне моделювання забруднення повітря на промисловому майданчику під час штилю

Abstract

UK: 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.

EN: Problem statement.The task of forecasting zones of chemical pollution at an industrial site under unfavorable conditions −calm is under consideration. It is under such weather conditions that there is very intense air pollution in working areas at industrial sites. In order to quickly predict the level of chemical pollution, you need to have mathematical models that allow you to quickly make such a forecast.The purpose of the article.Development of a numerical multi-parameter model and computer code for predicting the size and intensity of air pollution areas at industrial sites formed in calm conditions.Methodology.The three-dimensional equation of convective-diffusion transport is used to calculate the spread of gaseous impurities. This equation takes into account the direction of the wind, atmospheric stratification, and the intensity of the impurity emission. For the numerical integration of the equation of convective-diffusion transport of impurities, the physical splitting of this equation is used. The first equation describes the convective transport of the impurity, the second equation –the transport of the impurity due to diffusion, the third equation describes the change in concentration of the impurity due to the action of the emission source. Next, finite-difference splitting schemes are constructed, which allow solving the splitting equation. Scientific novelty.An effective numerical model has been developed that allows you to predict the intensity and size of pollution areas that are formed during adverse weather conditions −calm.Practicalsignificance.On the basis of the built model, a computer code was developed, which allows to quickly carry out serial calculations to determine areas of air pollution at industrial sites in calm conditions. Conclusions.A numerical model and computer code were built that allow forecasting the level of air pollution in calm conditions. The results of the computational experiment are presented.