Математична модель процесу знищення хмари токсичного газу в атмосфері за рахунок подачі нейтралізуючих розчинів від наземних установок. Оцінка захисту атмосферного середовища повітряною завісою при відомих характеристиках поверхні розливу аміаку.
Аннотация к работе
Ефективність захисних заходів направлених на нейтралізацію ТР в атмосфері в значній мірі визначатиметься не тільки кількістю і технічними можливостями використовуваних засобів, але і стратегією їх застосування з урахуванням конкретної специфіки аварії, метеорологічних умов і т.д. Ідея роботи полягає в використанні результатів математичного моделювання та чисельного експерименту процесів розповсюдження ТР в атмосфері та відповідних інгібуючих речовин чи струменів, котрі подаються для нейтралізації з мобільних засобів, що у сукупності дозволяє системно, науково обґрунтовано і ефективно знешкодити забруднення. Для моделювання перенесення токсичного газу в атмосфері, що потрапив туди в результаті аварії, використовується наступне рівняння: (1) де Qi - інтенсивність стаціонарного точкового викиду в точці з координатами кг/с; - координати розташування точкового джерела токсичної речовини; GJ - інтенсивність миттєвого точкового джерела викиду в точці з координатами кг; - позначення дельта-функції Дірака. Для експрес-розрахунку перенесення токсичних речовин в атмосфері в роботі пропонується використовувати планову модель - рівняння (1), усереднене по висоті перенесення Н - токсичної речовини: (2) де - усереднене значення концентрації токсичної речовини по висоті розповсюдження Н; XOY - декартова система координат; , - компоненти вектора швидкості горизонтального руху повітряного середовища; - коефіцієнт, який враховує зміну концентрації токсичної речовини з часом, за рахунок хімічного розпаду, вимивання опадами, і захоплення поверхнею землі; ? - ?урбулентний коефіцієнт дифузії, ; qi - інтенсивність викиду точкового джерела токсичної речовини; - дельта-функції Дірака; t - час; , - координати розташування точкового джерела забруднення. У модель (1) для обліку процесу гравітаційного осадження капель нейтралізатора із швидкістю ws, вводиться величина в складову, що враховує конвективно перенесення із швидкістю вітру w.У дисертації дано рішення важливої науково-прикладної задачі - підвищення ефективності технічних заходів спрямованих на підвищення екологічної безпеки при міграції токсичних речовин в атмосфері. В основу запропонованого і розробленого рішення покладено метод математичного моделювання процесу перенесення домішок на основі тривимірного і двовимірного диференційних рівнянь масопереносу забруднювачів в повітрі та оперативний обчислювальний експеримент, що враховує реальні параметри токсичної речовини, стан атмосфери і технічних засобів знешкодження токсичної речовини. Побудована математична модель процесу нейтралізації хмари токсичного газу, яка рухається в атмосфері за рахунок подачі нейтралізуючих розчинів від наземних установок (пожежні машини, що рухаються або стаціонарні пристрої). На основі цієї моделі вперше досліджені процеси знешкодження хмари токсичного газу (аміаку), розміри якої встановлюються обємами аварійного розливу з урахуванням ступеню випаровування, в умовах рівнинної місцевості і характерних параметрах стану атмосфери, що враховуються через певні значення коефіцієнтів турбулентної дифузії та профілю швидкості вітру. Побудована математична модель прогнозу токсичного ураження людей у вагоні потягу, що проходить через хмару токсичного газу, що рухається в атмосфері, з урахуванням певної траєкторії руху потягу відносно хмари, метеорологічних умов, розмірів та форми токсичної хмари, швидкості руху потягу, величини повітрообміну у вагоні.
Вывод
токсичний нейтралізуючий повітряний
За результатами дисертаційної роботи зроблені такі висновки: 1. У дисертації дано рішення важливої науково-прикладної задачі - підвищення ефективності технічних заходів спрямованих на підвищення екологічної безпеки при міграції токсичних речовин в атмосфері. В основу запропонованого і розробленого рішення покладено метод математичного моделювання процесу перенесення домішок на основі тривимірного і двовимірного диференційних рівнянь масопереносу забруднювачів в повітрі та оперативний обчислювальний експеримент, що враховує реальні параметри токсичної речовини, стан атмосфери і технічних засобів знешкодження токсичної речовини.
2. Розроблені ефективні тривимірні, двомірні чисельні моделі розрахунку процесів міграції токсичних речовин і нейтралізатора в атмосфері (враховуючі специфіку даного процесу) на основі неявних поперемінно-трикутних різницевих схем розвязання диференційних рівнянь. Запропоновані моделі є науковим супроводом інженерно-технічних заходів для захисту атмосфери від забруднення при аварійних викидах токсичних речовин. Розроблені моделі можуть бути застосовані для розрахунку забруднення повітряного середовища, території і прогнозу токсичного ураження населення у разі аварій на автомобільному, залізничному транспорті, газоводах, промислових обєктах.
3. Побудована математична модель процесу нейтралізації хмари токсичного газу, яка рухається в атмосфері за рахунок подачі нейтралізуючих розчинів від наземних установок (пожежні машини, що рухаються або стаціонарні пристрої). На основі цієї моделі вперше досліджені процеси знешкодження хмари токсичного газу (аміаку), розміри якої встановлюються обємами аварійного розливу з урахуванням ступеню випаровування, в умовах рівнинної місцевості і характерних параметрах стану атмосфери, що враховуються через певні значення коефіцієнтів турбулентної дифузії та профілю швидкості вітру.
4. На основі побудованої математичної моделі вперше вирішена задача про знешкодження хмари токсичного газу, мігруючого в атмосфері, шляхом подачі нейтралізатора від рухомого літального апарату (гелікоптер). Досліджена ефективність захисту атмосфери при різній стратегії організації ліквідування хмари, що передбачає певні траєкторії літального апарату залежно від швидкості і напрямку вітру, а також способи подавання нейтралізатора в хмару.
5. Побудована математична модель прогнозу токсичного ураження людей у вагоні потягу, що проходить через хмару токсичного газу, що рухається в атмосфері, з урахуванням певної траєкторії руху потягу відносно хмари, метеорологічних умов, розмірів та форми токсичної хмари, швидкості руху потягу, величини повітрообміну у вагоні.
6. Розроблена математична модель процесу захисту атмосфери від забруднення шляхом відсмоктування пари токсичної речовини від зони аварійного розливу. Досліджена ефективність відсмоктування токсичної пари при різному положенні забірників повітря вентиляторів. Проведені дослідження вказують на те, що відсмоктування парів токсичної речовини від зони розливу є не ефективним при великих зонах розливу та реальних метеоумовах.
7. Розроблені чисельні моделі процесу захисту атмосфери від забруднення шляхом створення повітряної завіси на шляху токсичної речовини, що рухається у вигляді хмари або шлейфа. Досліджений вплив параметрів висхідного струменю повітря на рівень захисту атмосфери та формування зони безпеки біля установок, що створюють струмінь при різноманітних метеорологічних умовах.
8. Створене спеціалізоване програмне забезпечення для проведення обчислювального експерименту на базі розроблених чисельних моделей.
9. На основі створеного спеціалізованого програмного забезпечення проведена серія обчислювальних експериментів за визначенням ефективності різних технічних заходів, направлених на захист атмосфери при міграції в ній токсичних речовин, що надійшли в атмосферу у випадку різноманітних аварій, зокрема розливів аміаку або залпових викидів токсичних речовин.
Список литературы
1. Антонов А.М., Беляев Н.Н., Лисняк В.М. Защита воздушной среды от загрязнения при миграции токсичных веществ // Матеріали одинадцятої міжнар. наук.-практ. конф. ім. ак. М. Кравчука, Київ, 18-20 травня 2006 року. - С.19.
2. Беляев Н.Н., Лисняк В.М. Защита атмосферы от загрязнения при аварийных выбросах и разливах токсичных веществ // Проблеми обчислювальної механіки і міцності конструкцій: Зб. наук. пр. - Донецьк: Норд-Прес, 2004. - Вип. 8. - С.32-40.
3. Беляев Н.Н., Лисняк В.М. Ликвидация облака токсичного газа в атмосфере // Науково-практичний журнал “Новини науки Придніпровя”. - Дніпропетровськ, 2005. - №6. - С. 7-12.
4. Беляев Н.Н., Лисняк В.М. Использование струйных установок для подавления облака токсичного газа // Пробл. та перспективи розвитку залізничного трансп.: Тези 66-ї міжнар. наук.-практ. конф., Дніпропетровськ, 11-12 травня 2006 року, с. 242-245.
5. Беляев Н.Н., Лисняк В.М., Лукашенко А.Н. Численное моделирование рассеивания загрязняющих веществ на промплощадках // Прикладні проблеми аерогідромеханіки та тепломасопереносу, Дніпропетровськ, 16-17 листопада 2006 року, с. 128-129.
6. Беляев Н.Н., Лисняк В.М., Полищук С.З. Нейтрализация токсичного облака в атмосфере // Матеріали наук. конф. “Математичні проблеми технічної механіки - 2006”, Дніпропетровськ, Дніпродзержинськ, 17-20 квітня 2006 року, с.197.
7. Беляев Н.Н., Полищук С.З., Лисняк В.М. Численные модели в задачах охраны окружающей среды // Системні технології. Регіональний Міжвузівський зб. наук. пр. - Дніпропетровськ, 2006. - Вип. 4 (45). - С.12-19.