Моделирование переноса загрязняющих веществ на реальной местности с учетом ветра и осаждения вредных веществ на поверхность земли




Скачать 50.39 Kb.
Дата30.04.2016
Размер50.39 Kb.
Катаева Л.Ю., Галина Н.В., Тюгин Д.Ю.

НГТУ им. Р.Е.Алексеева


МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЕРЕНОСА ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ НА РЕАЛЬНОЙ МЕСТНОСТИ С УЧЕТОМ ВЕТРА И ОСАЖДЕНИЯ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ НА ПОВЕРХНОСТЬ ЗЕМЛИ
Проблема прогноза образования и распространения выбросов токсичных веществ актуальна для всех промышленно развитых стран мира.

Точные методы математического моделирования распространения в атмосфере, основанные на использовании точных уравнений Навье-Стокса требуют точного задания множества входных данных, прежде всего коэффициентов переноса, которые для турбулентных течений в атмосфере в общем случае неизвестны. Поэтому при решении конкретных прикладных задач, связанных с определением траектории движения центра масс облака вредных веществ в атмосфере после внезапной разгерметизации контейнера для хранения кристаллического токсичного вещества, изменение масс частиц и размеров зоны загрязнения целесообразно использовать теорию термиков.

Программные продукты серии "Эколог", которые реализуют "Методику расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий СОНД-86". Однако эти методики не позволяют моделировать такой существенный нестационарный процесс как распространение в атмосфере вредных веществ, вследствие образования разных типов термиков.

Целью данной работы было математическое моделирование движения термика возникающего при выбросе токсичных веществ в атмосферу, на основе математической модели представленной в работах [1,2].

Решалась сопряженная задача, включающая в себя решение уравнений описывающих процессы протекающие внутри каверны и системы уравнений описывающей изменение и движение самого термика.

При моделировании движения термика в атмосфере используются следующие предположения:



  1. Термик рассматривается как тело переменной массы. Это тело приобретает массу в результате внезапного образования облака дисперсных частиц при разгерметизации или взрыве контейнера для хранения токсичного вещества, сублимации этих частиц и образования газообразного токсичного вещества, вовлечения в него частиц воздуха и образования дисперсных частиц в результате термогидролиза, а также теряет массу в результате седиментации частиц.

  2. Размеры термика намного меньше расстояния на которое он переносится, поэтому можно считать, что температура и плотность во всех его точках одинаковы и изменяются только с течением времени.

  3. Перемещение термика происходит достаточно медленно поэтому давление внутри облака равно давлению в окружающей среде, в то время как температура и плотность после взрывной разгерметизации контейнера не успевают выравняться с их значениями в атмосфере.

  4. Скорость ветра не изменяется во времени и подчиняется логарифмическому закону: , где – уровень шероховатости подстилающей поверхности; – скорость на стандартной заданной высоте =2 м, принятой в метеорологии.

  5. Считаем, что термик образовался в результате взрыва контейнера для хранения токсичного вещества и поэтому он содержит твердые частицы, которые сублимируют в нагретом термике, в результате чего у поверхностей этих частиц протекает реакция термогидролиза.

  6. Начальное распределение дисперсных частиц находится в соответствии с функцией дисперсного состава Замышляева-Розина-Рамлера-Шперлинга-Боннета.

  7. Скорость седиментации дисперсных частиц определяется из закона Стокса.

  8. Коэффициент вовлечения воздушных масс в термик обратно пропорционален радиусу термика.

  9. Будем предполагать, что единый процесс образования термика в результате взрыва и его дальнейшее распространение в атмосфере можно разделить на стадию образования термика в результате взрыва и стадию его распространения в приземном слое атмосферы.

В отличие от классической теории термиков для математического моделирования движения термика целесообразно использовать уравнение Мещерского [5], записанное в форме Буссинеска-Бассе-Озеена, учитывающей взаимодействие облака с окружающим воздухом и позволяющей определить траекторию движения его центра масс, а также уравнение для момента количества движения, которое позволяет исследовать вращение облака относительно его центра масс, вызываемого неравномерным распределением сил сопротивления.

При записи уравнения движения центра масс тела термика используется неподвижная система координат x,y,z, начало совпадает с положением проекции центра масс термика, образовавшегося в результате взрыва контейнера для хранения токсичного вещества, на горизонтальную подстилающую поверхность. Предполагается, что первичный термик имеет форму шара, центр масс которого задается исходя из мощности заряда взрывчатого вещества.

В результате выполнения работы бал создан программный продукт позволяющий наглядно отображать на реальной батиметрии процесс движения облака и отображать процесс оседания вредных веществ на поверхности. На рис.1 представлен вид пользовательского меню позволяющий задавать параметры расчета и значения предельно допустимых концентраций (ПДК).








Рис.1. Вид меню пользователя

При достижении ПДК для всех концентраций визуализация остановливается.

На рис.2 показана траектория движения облака вредных веществ на реальной батиметрии.

Реализация наглядного представления результатов проводимых расчетов была создана графическая оболочка с использованием библиотеки OpenGL. Пользователю демонстрируется движение облака токсичного вещества, с показом области загрязнения на трехмерной оцифрованной карте местности. Что позволяет в режиме опережающим реальное время увидеть направление распространения облака, а также проследить какие населенные пункты попадут в зону загрязнения.

На рис. 3.2 показано отображение движения облака токсичного вещества и области загрязнения на трехмерной карте местности. Таким образом, для начала васчета пользователю необходимо загрузить батиметрию местности с указанием населенных пунктом, задать параметры расчета и затем просмотреть как траекторию движения облака так и выделить наиболее опасные участки местности и время через которое данная территория будет заражена.

Рис. .2


Список литературы

  1. Гришин А.М., Долгов А.А., Катаева Л.Ю., Алексеенко Е.М., Крутых В.Н. Отчет о НИР по х/д №306/1. Математическое моделирование негативных экологических последствий аварий при хранении отвального гексафторида урана на открытой площадке СХК. Книга 1. Номер госрегистрации У82674. Томск, 1999 г., 118 с.

  2. Гришин А.М., Долгов А.А., Катаева Л.Ю., Алексеенко Е.М., Крутых В.Н. Отчет о НИР по х/д №306/1. Математическое моделирование негативных экологических последствий аварий при хранении отвального гексафторида урана на открытой площадке СХК. Книга 2. Номер госрегистрации У82674. Томск, 1999 г., 113 с.

  3. Маршал В. Основные опасности химических производств. М.: Мир. 1989.

  4. Бесчастнов М.В. Промышленные взрывы. Опасности и предупреждение. М.: Химия, 1991.

  5. Андреев В., Панчев С. Динамика атмосферных термиков. Л.: Гидрометеоиздат, 1975. 152 с.

  6. Десятков Б.М., Сарманаев С.Р., Бородулин А.И. Численное моделирование «шапок» над промышленными центрами.//Оптика атмосферы и океана. Том 10. № 6. 1998 год. С. 573-581.


База данных защищена авторским правом ©ekonoom.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница