Модель перенесення атмосферних забруднень в смузі насаджень навколо автомобільної дороги
DOI:
https://doi.org/10.30977/VEIT.2018.13.0.98Анотація
Робота присвячена розробці моделі і дослідженню процесу перенесення забруднюючих речовин в приземному шарі автомобільної дороги загального призначення при наявності насаджень і рельєфу місцевості. В якості основи моделі розглядається довга ділянка автодороги з придорожнім рельєфом місцевості і насаджень. Уздовж осьової лінії автодороги передбачається лінійне джерело, що виділяє постійну в часі витрату домішки вздовж дороги. Домішка переноситися в приземному шарі автомобільної дороги в умовах бічної вітрової епюрі, змінного рельєфу прилеглої місцевості и придорожніх насаджень різної щільності. Модель заснована на сітковому описі даної тривимірної області. Рух повітряного суцільного середовища описується рівняннями Нав'є-Стокса, усередненими за Рейнольдсом. Суцільне середовище приймається як нестисливе, багатокомпонентне і хімічно нейтральне. Для моделювання турбулентних ефектів перенесення в якості базової використовується високорейнольдсова двохпараметрична диференціальна модель турбулентності з пристінними функціями. Моделювання захаращень простору листям і гілками дерев виконується на основі захаращення пористого середовища. Рівняння Навье-Стокса, а також рівняння переносу для параметрів моделі турбулентності містять джерельні члени в правих частинах у вигляді ступеневої залежності модуля швидкості в областях пористості. Дана модель інтерпретує вплив рослинності як однорідний ізотропний опір малоінерційного об’єму, додаткові члени в рівняннях моделі турбулентності збільшують виробництво турбулентності. Дослідження проведено з використанням авторського програмного комплексу MTFS®, в якому базовий неявний алгоритм забезпечений розщепленням за методом змінних напрямків і TVD схемою 2/3-го порядку точності. Розрахунки виконані методом встановлення течії від загальмованого стану до розвиненої сталої в середньому течії. Течія поза розрахунковою областю передбачається повністю турбулентною, що визначається вхідними граничними умовами. Вхідний профіль швидкості вітру використовувався з урахуванням прикордонного шару. Виконано моделювання поширення домішки для довгої прямолінійної ділянки і отримано задовільний збіг з експериментальними даними. Проведено дослідження на ділянках з істотно просторової структурою перенесення домішки. Показано, скіс ліній струму по відношенню до осьової лінії автодороги сприяє знесенню домішки вздовж автодороги, при цьому інтенсивність завіхреності між насадженнями зменшується в порівнянні з двовимірної моделлю.
Ключові слова:
автомагістраль, насадження приземний шар, перенесення забруднень
Посилання
Govorushenko N.Ya., Filippov V.V., Velichko G.V. Problemi i metodi otsenki ekologicheskogo i energeticheskogo kachestva avtomobilnix dorog / Avtomatizirovanie technologii CREDO’2000. P. 45-51.
Mochida A., Kimura A., Youshino H., Murakami S., Iwata T. Optimization of tree canopy model for CFD application to local area wind energy prediction. NATO ASI 980064. Flow and Transport. Processes in complex obstructed geometries. May 4-15, 2004, IHM NAS, Kyiv, Ukraine, p. 139-141.
Borrego C., Tchepel O., Costa A., Amorim J., Miranda A. Emission and dispersion modeling of Lisbon air quality at local scale / Atmospheric Environment, 2003.- Vol. 37.- P. 5197-5205.
Thykier-Nielsen S., Roed J. Dispersion as consequence of a detonation of a dirty bomb in an urban area. In: NKS Conference on “Radioactive contamination in urban areas”, Riso, Roskilde, Denmark, May 7-9, 2003/ - P. 135.
Murakami S., Otsuka K., Mochida H., Kataoka H, Kato S., CFD prediction of flow over complex terrain using Local Area Wind Energy Prediction System (LAWEPS). In: Proc. of 11th Int. Conf. On Wind Engineering, Texas. Vol.2. – 2003. - P.2821-2828.
Mărunţălu O., Lăzăroiu G., Manea E., Bondrea D., Robescu L Numerical Simulation of the Air Pollutants Dispersion Emitted by CHP Using ANSYS CFX. World Academy of Science, Engineering and Technology International Journal of Environmental and Ecological Engineering Vol:9, No:9, 2015. - PP.1058-1064.
Hiraoka H. Modeling a Microclimate within Vegetation. NATO ASI 980064. Flow and Transport Processes in complex obstructed geometries. May 4-15, 2004, IHM NAS, Kyiv, Ukraine. - 2004. P.142-145.
Flow and transport with complex Obstructions/ Applications to Cities. Vegetative Canopies and Industry/ Editors Ye. Gayev, Julian Hunt. Springer Publ.- 2007. - 414p.
Addepalli B., E.Pardyjak Investigation of the Flow Structure in Step-Up Street Canyons—Mean Flow and Turbulence Statistics. Boundary-Layer Meteorology. -V.148. -2013. P.133–155.
Solodov V. Turbulent flow modeling. Large Eddy Simulation. Kharkiv, HNADU publ., 2011. - 167 p.
Solodov, V., Starodubtsev, Yu. The Scientific Application Software MTFS® for Calculation of 3D Viscous Turbulent Liquid and Gas Flows in Arbitrary Shape Domains, Certificate of State Registration, Ukrainian State Agency of Copyrights and Related Rights, No. 5921, 07.16.2002.
Vargaftik V.B. Handbook of thermophysical properties of gases and liquids. М.: Nauka, 1972. - 720p.
Solodov V., Filippov V., Jdaniuk V. Kiyasko I. Маtемаtiche modeluvannia zabrudnennia atmosfernogo povitria pridorojnogoо proctoru. Avtoshlahovik Ukraini - 2009. - №3. P.42-47.
Пристатейна бібліографія ДСТУ
Говорущенко Н. Я. Проблемы и методы оценки экологического и энергетического качества автомобильных дорог/ Н. Я. Говорущенко, В. В. Филиппов, Г. В. Величко /Автоматизированные технологии CREDO’2000. - С. 45-51.
Mochida A. Optimization of tree canopy model for CFD application to local area wind energy prediction/ A.Mochida, A.Kimura, H.Youshino, S.Murakami, T.Iwata / NATO ASI 980064. Flow and Transport Processes in complex obstructed geometries. May 4-15, 2004, IHM NAS, Kyiv, Ukraine. P. 139-141.
Borrego C. Emission and dispersion modeling of Lisbon air quality at local scale / C.Borrego, O.Tchepel, A.Costa, J.Amorim, A.Miranda / Atmospheric Environment, 2003.- Vol. 37.- P. 5197-5205.
Thykier-Nielsen S. Dispersion as consequence of a detonation of a dirty bomb in an urban area / S.Thykier-Nielsen, J.Roed / In: NKS Conference on “Radioactive contamination in urban areas”, Riso, Roskilde, Denmark, May 7-9, 2003/ - P. 135.
Murakami S. CFD prediction of flow over complex terrain using Local Area Wind Energy Prediction System (LAWEPS) / S.Murakami, K.Otsuka, H.Mochida, H.Kataoka, S.Kato / in: Proc. of 11th Int. Conf. On Wind Engineering, Texas. Vol. 2. – 2003. - P. 2821-2828.
Mărunţălu O. Numerical Simulation of the Air Pollutants Dispersion Emitted by CHP Using ANSYS CFX / O.Mărunţălu, G.Lăzăroiu, E.Manea, D.Bondrea, L.Robescu / World Academy of Science, Engineering and Technology International Journal of Environmental and Ecological Engineering Vol:9, No: 9, 2015. - PP. 1058-1064.
Hiraoka H. Modeling a Microclimate within Vegetation. NATO ASI 980064. Flow and Transport Processes in complex obstructed geometries. May 4-15, 2004, IHM NAS, Kyiv, Ukraine. - 2004. P. 142-145.
Flow and transport with complex Obstructions/ Applications to Cities. Vegetative Canopies and Industry/ Editors Ye. Gayev, Julian Hunt. Springer Publ.- 2007. - 414 p.
Addepalli B. "Investigation of the Flow Structure in Step-Up Street Canyons—Mean Flow and Turbulence Statistics"/ B.Addepalli, E.Pardyjak / Boundary-Layer Meteorology. -V. 148. - 2013. P. 133–155.
Солодов В. Г. Моделирование турбулентных течений. Расчет больших вихрей. Харків, вид-во ХНАДУ, 2011. - 167 с.
Солодов В. Г. Научно-прикладной программный комплекс MTFS® для расчета трехмерных вязких турбулентных течений жидкостей и газов в областях произвольной формы. / В. Г. Солодов, Ю. В. Стародубцев / Сертификат гос. регистр. авт. прав, УГААСП, № 5921, 07.16.2002.
Варгафтик В. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. М.: Наука, 1972. - 720 с.
Солодов В.Г. Математичне моделювання забруднення атмосферного повітря придорожнього простору / В.Г.Солодов, В. В. Філіппов, В. К. Жданюк, И. В. Кияшко / Автошляховик України/ - 2009. №3. C.42-47.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2021 Валерий Григорьевич Солодов, Андрей Геннадьевич Авершин
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
