ВИКОРИСТАННЯ МАТЕМАТИЧНИХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ ОЦІНЮВАННЯ РІВНЯ ТЕПЛОВОГО ТА ХІМІЧНОГО ЗАБРУДНЕННЯ РОБОЧИХ ЗОН

Автор(и)

  • В. БІЛЯЄВА Дніпровський національний університет ім. Олеся Гончара, Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.30838/J.BPSACEA.2312.010721.39.765

Ключові слова:

термічне забруднення; хімічне забруднення; робоча зона; числове моделювання

Анотація

Постановка проблеми. Розглядається проблема прогнозування рівня забруднення повітря в робочих зонах на базі математичних моделей аеродинаміки та тепломасопереносу. Ставиться задача розрахунку поля концентрації хімічно небезпечних речовин та поля температури в робочих зонах. Мета роботи. Побудова числових моделей, що дозволяють швидко визначати розподіл температури та концентрації хімічно небезпечних речовин в областях, які мають складну геометричну форму. Методика. Для числового моделювання процесу забруднення повітря в робочих зонах у разі поширення хімічно небезпечних речовин використовується рівняння Г. Марчука, що враховує перенос хімічно небезпечної речовини шляхом конвекції, а також за рахунок турбулентної дифузії. Для моделювання теплового забруднення робочих зон використовується рівняння енергії. Для моделювання поля швидкості вітру за наявності різного роду перешкод – рівняння Лапласа для потенціалу швидкості. Інтегрування моделювальних рівнянь здійснюється на прямокутній сітці. Для числового інтегрування рівняння, що описує розповсюдження хімічно небезпечної речовини в повітрі робочих зон, використовується скінченнорізницева схема розщеплення. Для числового інтегрування рівняння Лапласа для потенціалу швидкості – дві схеми розщеплення. Невідоме значення потенціалу швидкості на кожному кроці розщеплення розраховується за явною формулою. Числове інтегрування рівняння енергії здійснюється за допомогою явної різницевої схеми. Наукова новизна. Побудовано числові моделі, що дають можливість розраховувати зони хімічного та теплового забруднення з урахуванням комплексу важливих фізичних факторів. Особливість числових моделей полягає у швидкості розрахунку, що важливо для проведення серійних розрахунків на практиці. Практична значимість. На базі розроблених числових моделей створено комплекс прикладних програм, який дозволяє аналізувати та прогнозувати інтенсивність та розміри зон теплового або хімічного забруднення. Він може бути корисним для визначенння зон ураження у випадку екстремальних ситуацій на хімічно небезпечних об’єктах. Висновки. Розроблено числові моделі, на базі яких створено комплекс прикладних програм, що дозволяють методом комп’ютерного моделювання досліджувати багатопараметричні процеси хімічного та теплового забруднення робочих зон, повітря. Комплекс програм може бути реалізований на комп’ютерах малої та середньої потужності. Наведено результати обчислювального експерименту.

Біографія автора

В. БІЛЯЄВА, Дніпровський національний університет ім. Олеся Гончара

Кафедра аерогідромеханіки та енергомасопереносу, канд. техн. наук, доц.

Посилання

Alymov V.T. and Tarasova N.P. Tekhnogennyy risk : analiz i otsenka : uchebnoye posobiye dlya vuzov [Technogenic risk : analysis and evaluation : a manual for higher education institutions]. Moscow : IKTs “Akademkniga” Publ., 2004, 118 p. (in Russian).

Gorshkov V.I. Tushenie plameni goryuchih zhidkostej [Extinguishing flames of flammable liquids]. Moscow : Pozhnauka, 2007, 136 p. (in Russian).

Bilyayev N.N., Berlov O.V., Bilyayeva V.V. and Cherednychenko L.A. Ocinka ryzyku termichnogo urazhennya u vypadku avarijnogo gorinnya [Risk assessment of thermal damage in case of emergency combustion]. Visnyk Prydniprovskoi dergavnoi akademii budivnytstva ta arkhitektury [Bulletin of Pridneprovska State Academy of Civil Engineering and Archicture]. 2020, no. 6, pp. 54–60. DOI: 10.30838/J.BPSACEA.2312.241120.54.698. (in Ukraine).

Rouch P. Vychislitelnaya gidrodinamika [Computational fluid dynamics]. Moscow : Mir Publ., 1980, 412 p.

(in Russian).

Samarskij A.A. Teoriya raznostnyh skhem [Difference Scheme Theory]. Moscow : Nauka Publ., 1983, 616 p.

(in Russian).

Zgurovskiy M.Z., Skopetskiy V.V., Khrushch V.K. and Belyaev N.N. Chislennoye modelirovaniye rasprostraneniya zagryazneniya v okruzhayushchey srede [Numerical modeling of pollution spreading in the environment]. Kyiv : Naukova dumka Publ., 1997, 368 p. (in Russian).

Barret Anthony Michael Mathematical Modeling and Decision Analysis for Terrorism Defense: Assessing Chlorine Truck Attack Consequence and Countermeasure Cost Effectivness. Dissertation. Pittsburg, Pennsylvania, USA, 2009, 123 p.

Biliaiev M., Biliaieva V., Kozachyna V., Berlov O. and Kalashnikov I. Numerical Simulation of Toxic Chemical Transport after Accidental Release at Chemical Plant. Romanian Journal of Information Science and Technology. 2020, vol. 23, pp. 3–23.

Chan W.R., Nazaroff W.W., Price P.N. and Gadgil A.J. Effectiveness of Urban Shelter-in-Place. II: Residental Districts. 2008, 31 р. URL: http://www.osti.gov/scitech/servlets/purl/928232 (Accessed: 29 March 2014).

DOI: 10.1016/j.atmosenv.2007.04.059.

Ilic P., Ilic S., Stojanovic Bjelic L. Hazard modelling of accidental release chlorine gas using modern tool. ALOHA Software. Quality of Life. 2018, no. 9, pp. 38–45.

John S. Nasstrom, Gayle Sugiyama, Ronald L. Baskett, Shawn C. Larsen and Michael M. Bradley. The National Atmospheric Release Advisory Center (NARAC) Modeling and Decision Supports System for Radiological and NUCLEAR Emergency Preparedness and Response. Int. J. Emergency Management. 2007, no. 3, vol. 4, pp. 1–32.

Lacome J.M., Truchot D. and Duplantier S. Application of an innovative risk dedicated procedure for both conventional and 3D atmospheric dispersion models evaluation. 18th International Conference on Harmonisation within Atmospheric Dispersion Modelling for Regulatory Purposes. 2017, pp. 1–5.

Cao C., Li C., Yang Q. and Zhang, F. Multi-Objective Optimization Model of Emergency Organization Allocation for Sustainable Disaster Supply Chain. Sustainability. 2017, vol. 9, iss. 11. DOI: 10.3390/su9112103.

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-09-19

Номер

Розділ

Статті