Аналіз ефективності всмоктувальної системи для зниження рівня забруднення повітря в робочих зонах

Abstract

UK: 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.

EN: Problem statement. The task of efficiency assessment for suction system located near the highway and allows reducing chemical air pollution level in work areas is considered. This system changes the air flow aerodynamics and creates a dynamic barrier in the path of polluted air moving into the working areas. At the stage of designing systems for protecting air from pollution in working areas, it is necessary to have calculation methods that allow determining its efficiency for specific operating conditions. The purpose of the article. Development of mathematical models and software for conducting a computational experiment to determine the efficiency of using the suction system located near the highway. Methodology. An aerodynamic model of potential movement and the equation of impurities convective-diffusion transfer in the air are used for mathematical modeling of the pollutants spread of in work areas near the highway during using a suction protection system. The proposed mathematical model makes it possible to take into account wind velocity, turbulent diffusion, the intensity of impurities’ emission from cars, the operation mode of the suction system, the presence of screen on this system. Two finite-difference schemes are used to solve the aerodynamics problem, allowing determining the velocity potential by an explicit formula. The splitting method for the numerical integration of the impurities convective-diffusion transfer equation is used. A computer program for conducting a computational experiment based on the constructed numerical models is developed. Scientific novelty. Numerical models are developed for solving problems of aerodynamics and mass transfer in relation to the task of efficiency assessment of the special suction system using, which allows reducing the level of air pollution in work areas near the highway. Practical value. Based on the developed model, a code is created that allows the rapid calculation of the air pollution process, both near the highway and in the working areas where suction systems for protection is used. Conclusions. Created numerical models allow rapid assessment of using a special suction system installed near the highway. The models take into account the most significant physical factors affecting the pollution areas formation near the highway. Practical application of models does not require the use of powerful computers. The results of the computational experiment are presented