АНАЛІЗ ДИНАМІКИ ЗАБРУДНЕННЯ АТМОСФЕРНОГО ПОВІТРЯ МЕТОДОМ ЧИСЕЛЬНОГО МОДЕЛЮВАННЯ

М. М. БІЛЯЄВ; О. В. БЕРЛОВ; В. А. КОЗАЧИНА; В. І. НОЧВАЙ; Т. І. РУСАКОВА

doi:10.30838/J.BPSACEA.2312.271222.21.908

Автор(и)

М. М. БІЛЯЄВ Український державний університет науки і технологій, Ukraine
О. В. БЕРЛОВ Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Ukraine
В. А. КОЗАЧИНА Український державний університет науки і технологій, Ukraine
В. І. НОЧВАЙ Центр інновацій, Київський академічний університет, Ukraine
Т. І. РУСАКОВА Дніпровський національний університет ім. О. Гончара, Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.30838/J.BPSACEA.2312.271222.21.908

Ключові слова:

аварійне забруднення атмосфери; гептил; чисельне моделювання; аварійний розлив

Анотація

Постановка проблеми. Розглядається задача оцінювання рівня хімічного забруднення атмосферного повітря при виникненні екстремальної ситуації, що приводить до розливу гептилу на території промислового об’єкту. Здійснено аналіз формування зон забруднення як на промислових майданчиках, так і в сельбищній зоні, що розташована поблизу промислового об’єкту. Для рішення такої задачі потрібно створення багатофакторних математичних моделей, які дозволяють оперативно визначати області забруднення, що формуються під час екстремальної ситуації. Мета роботи: створити комп’ютерну модель для оперативного аналізу областей забруднення, що формуються під час аварійної емісії в атмосферу хімічно небезпечних речовин. Методика. Комп’ютерну модель створено на базі чисельної моделі, що є різницевим аналогом багатофакторного кінематичного рівняння масопереносу домішки в атмосферному повітрі. Рівняння масопереносу враховує тривимірне поле швидкості вітру, атмосферну дифузію, інтенсивність викиду хімічно-небезпечної речовини в повітря. Для чисельного інтегрування тривимірного рівняння масоперносу використовується чотирикрокова кінцево-різницева схема розщеплення. Визначення концентрації хімічно-небезпечної речовини на кожному кроці розщеплення реалізується за явною формулою. Для розрахунку інтенсивності емісії хімічно-небезпечної речовини від зони аварійного розливу використовується емпірична залежність. Наукова новизна. Розроблено чисельну модель та здійснено її програмну реалізацію для оперативного аналізу формування областей аварійного забруднення в атмосфері. Модель враховує комплекс факторів, що впливають на процес поширення домішки в атмосфері. Практична значущість. Розроблено програму для розрахунку динаміки забруднення атмосферного повітря на базі запропонованої чисельної моделі. Це дозволяє методом обчислювального експерименту аналізувати наслідки аварійних розливів на території хімічно-небезпечних об’єктів. Висновки. Створено ефективний інструмент для оперативного аналізу рівня забруднення атмосферного повітря внаслідок емісії хімічно небезпечних речовин. Представлені результати обчислювального експерименту.

Посилання

Basmanov A.Ye. and Govalenkov S.S. Otsenka kontsentratsii opasnykh khimicheskikh veshchestv v vozdukhe pri nepreryvnoy aktivnosti istochnika [Estimation of the concentration of hazardous chemicals in the air with continuous source activity]. Problemi nadzvichaynikh situatsíy [Problems of Emergency Situations]. 2010, vol. 12, pp. 21−27. (in Russian).

Berlyand M.Ye. Prognoz i regulirovanie zagryaznenyia atmosfery [Forecasting and regulation of atmospheric pollution]. Leninhrad : Gidrometeoizdat Publ., 1985, 273 p. (in Russian).

Bruyaczkyj Ye.V. Teoriya atmosfernoj diffuzii radioaktivnyh vubrosov [Theory of atmospheric diffusion of radioactive emissions]. Kyiv : Institute of Hydromechanics of NAS of Ukraine, 2000, 443 p. (in Russian).

Biliaiev M.M., Biliaieva V.V., Berlov O.V. and Kalashnikov I.V. Matematychne modelyuvannya zatikannya toksychnoho hazu u prymishchennya pry avariyi na promyslovomu maydanchyku [Mathematical modeling of toxic gas leakage into the premises during an accident on an industrial site]. Matematychne modelyuvannya [Mathematical Modeling]. 2018, vol. 2 (39), pp. 95–101. (in Ukrainian).

Matsak V.G. and Khotsyanov L.G. Gigienicheskoe znachenie skorosti ispareniya i davleniya para toksicheskikh veshchestv, primenyaemykh v proizvodstve [Hygienic significance of the evaporation rate and vapor pressure of toxic substances used in production]. Moscow : Medgiz Publ., 1959, 231 p. (in Russian).

Pshinko A.N., Belyayev N.N. and Mashihina P.B. Modelirovanie zagryazneniya atmosfery pri tekhnogennyh avariyah : monografiya [Modeling of atmospheric pollution during technogenic accidents : monograph]. Dnipropetrovsk : Nova Ideologiya Publ., 2011, 166 p. (in Russian).

Roache P.J. Vychislitel'naia gidrodinamika [Computational Fluid Dynamics]. Moscow : Mir Publ., 1980, 412 p. (in Russian).

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

Zgurovskii M.Z., Skopetskii V.V., Khrutch V.K. and Biliaiev M.M. Chislennoe modelirovanie rasprostraneniya zagryazneniya v okruzhayuschey srede [Numerical simulation of the spread of pollution in the environment]. Kyiv : Naukova Dumka Publ., 1997, 368 p. (in Russian).

Anthony Michael Barret. 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. Numerical Simulation of Indoor Air Pollution and Atmosphere Pollution for Regions Having Complex Topography. Air Pollution Modeling and its Application XXI (Springer). 2012, pp. 87−91.

Ilic P., Ilic S. and Stojanovic Bjelic L. Hazard modelling of accidental release chlorine gas using modern tool – ALOHA Software. Quality of Life. Vol. 9, 2018, pp. 38−45.

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