ЧИСЕЛЬНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ЗАБРУДНЕННЯ ПОВІТРЯ БІЛЯ АВТОШЛЯХУ ІЗ ЗАХИСНИМИ БАР’ЄРАМИ

Автор(и)

  • М. М. БІЛЯЄВ Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Україна
  • О. В. БЕРЛОВ Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Україна
  • В. В. БІЛЯЄВА Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара, Україна
  • В. А. КОЗАЧИНА Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Україна
  • Т. І. РУСАКОВА Дніпровський національний університет імені Олеся Гончара, Україна

DOI:

https://doi.org/10.30838/J.BPSACEA.2312.260422.7.846

Ключові слова:

забруднення атмосфери; захисний бар’єр; чисельне моделювання; викид від автотранспорту; робоча зона

Анотація

Постановка проблеми. Розглядається задача прогнозування зон хімічного забруднення біля автошляху, де розташовані захисні бар’єри. Захисні  бар’єри впливають на аеродинаміку повітряного потоку біля автошляху та дозволяють зменшити рівень хімічного забруднення робочих зон, що розташовані біля автошляху. Для оперативного оцінювання ефективності використання захисних бар’єрів потрібно мати математичні моделі, що дозволяють здійснити таке оцінювання на етапі проведення проектних робіт.
Мета роботи − розроблення чисельної багатопараметричної моделі та комп’ютерної програми для оцінювання ефективності використання захисних  бар’єрів біля автошляху з метою зменшення рівня хімічного забруднення робочих зон. Методика. Для математичного моделювання процесу розповсюдження хімічно небезпечних речовин, що викидаються від авто та розповсюджуються біля автошляху, використовується двовимірне рівняння масопереносу. Це моделююче рівняння враховує напрям вітру, атмосферну дифузію, інтенсивність викиду хімічно небезпечної речовини від авто, місце розташування джерела емісії, корпус авто та розташування захисних бар’єрів біля автошляху. Для рішення задачі аеродинаміки визначення нерівномірного поля швидкості повітряного потоку біля автошляху використовуються дві гідродинамічні моделі: рівняння Нав’є − Стокса та модель потенціального руху. Рівняння Нав’є − Стокса застосовуються у змінних «вихор – функція току». Для чисельного інтегрування рівняння переносу вихору використовується неявна різницева схема розщеплення. Для чисельного інтегрування рівняння для функції току використовуються дві різницеві схеми. Для чисельного інтегрування рівняння Лапласа для потенціалу швидкості – явна різницева схема. На базі побудованої чисельної моделі розроблено пакет програм. Для чисельного інтегрування рівняння переносу домішки використовуються різницеві схеми розщеплення. Наукова новизна. Запропоновано чисельну модель, що дозволяє розрахувати формування областей хімічного забруднення атмосферного повітря біля автошляху від викидів та оцінити ефективність використання захисних бар’єрів для зниження рівня забруднення повітря в робочих зонах. 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 споруджуються бар’єри. Висновки. Розроблена чисельна модель та комп’ютерний код, що реалізує її, дозволяють досліджувати процес розповсюдження хімічно небезпечної речовини в атмосферному повітрі біля автошляху. Модель дозволяє оперативно визначити ефективність використання захисних бар’єрів біля автошляху. Пропонована програма може бути реалізована на комп’ютерах малої та середньої потужності. Наведено результати обчислювального експерименту.

Посилання

Chernychenko I.O., Pershehuba Ya.V., Lytvynenko O.M. and Shvaher O.V. Osoblyvosti formuvannia kantserohennoho ryzyku dlia naselennia, shcho prozhyvaie v zoni vplyvu avtomahistrali [Features of carcinogenic risk formation for the population living in the zone of influence of the highway]. Zbirnyk naukovykh pratsʹ [Collection of Scientific Works]. 2010, vol. 56, pp. 159–167. (in Ukraine).

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).

Marchuk G.I. Matematicheskoye modelirovaniye v probleme okruzhayushchey sredy. Moscow : Nauka Publ., 1982, 320 p. (in Russian).

Samarskiy A.A. Teoriya raznostnykh skhem [The theory of difference schemes]. Moscow : Nauka Publ., 1983, 616 p. (in Russian).

Biliaiev M., Pshinko O., Rusakova T., Biliaieva V. and Sladkowski A. Computer Model for Simulation of Pollutant Dispersion Near the Road with Solid Barriers. Transport Problems. Vol. 16 (2), part 1, 2021, pp. 73–86. URL: https://doi.org/10.21307/tp-2021-024. http://transportproblems.polsl.pl/pl/Archiwum/2021/zeszyt2/2021t16z2_06.pdf

Brolin N. Development of Curved Noise and NOx Barrier. Digitala Vetenskapliga Arkivet, 2010. URL: http://www.diva-portal.org/smash/get/diva2:444437/FULLTEXT01.pdf

Brantley Halley L., Hagler Gayle S.W., Deshmukh Parikshit J. and Baldauf Richard W. Field Assessment of the effects of Roadside Vegetation on Near Road Black Carbon and Particulate Matter. Science of The Total Environment. 2014, pp. 120–129. URL: https://digitalcommons.unl.edu/cgi/viewcontent.cgi?referer=&httpsredir=1&article= 1240&context=usepapapers

Hagler G.S.W. Model evaluation of roadside barrier impact on near-road air pollution. Atmospheric Environment. 2011, vol. 45 (15), pp. 2522–2530. URL: https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2011.02.030.

Heist D. et al. Estimating near-road pollutant dispersion: A model inter-comparison. Transportation Research Part D: Transport and Environment. 2013, vol. 25, pp. 93–105. URL: https://cfpub.epa.gov/si/si_public_file_download.cfm? p_download_id=516154&Lab=NERL

Jeong S. J. Effect of Double Noise-Barrier on Air Pollution Dispersion around Road, Using CFD. Asian Journal of Atmospheric Environment. 2013, vol. 8 (2), pp. 81–88. URL: http://koreascience.or.kr/article/ JAKO201420947475958.pdf

Jeong S. J. A CFD Study of Roadside Barrier Impact on the Dispersion of Road Air Pollution. Asian Journal of Atmospheric Environment. 2015, vol. 9 (1), pp. 22–30. URL: http://asianjae.org/xml/19504/19504.pdf.

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-07-09

Номер

Розділ

Статті