Динамика накопления и распространения выбросов отрицательной плавучести вдоль земной поверхности

• Автор: Галиаскарова, Гузелия Рафкатовна
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 109 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. ОСНОВНЫЕ УРАВНЕНИЯ
1.1 Обзор литературы
1.1.1 Распространение примесей в атмосфере
1.1.2 Гравитационные течения жидкости и гранулированных сред
1.2 Основные уравнения
1.3 Способы задания сил сопротивления
ГЛАВА 2. РАСТЕКАНИЕ ВЫБРОСОВ С ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ
ПЛАВУЧЕСТЬЮ ИЗ ТОЧЕЧНОГО ИСТОЧНИКА
2.1 Оценка инерционных эффектов
2.2 Растекание смога в плоско-одномерной области
2.2.1 Задача о растекании смога, когда высота его на границе поддерживается постоянной
2.2.2 Распространение смога из точечного источника, когда мощность
источника постоянна
2.3 Распространение смога в радиально-симметричной области
2.3.1 Динамика накопления при наличии флоры
2.3.2 Динамика накопления при отсутствии флоры
2.4 Результаты расчетов
2.5 Выводы по главе
ГЛАВА 3. ДИНАМИКА МГНОВЕННЫХ ВЫБРОСОВ С
ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ПЛАВУЧЕСТЬЮ
3.1 Плоско-одномерная и радиально симметричная задачи о разрушении столба смога без учета взаимодействия с атмосферой
3.2 Численное исследование плоскоодномерной задачи
3.3 Задача о разрушении столба смога с учетом массообменас окружающей средой
3.4 Сравнение с результатами безынерционного растекания
3.5 Результаты численного моделирования и их анализ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
Список обозначений
г - расстояние, отсчитываемое от источника;
1 - время;
и - скорость смога;
/г - толщина смога;
г -вертикальная координата, вдоль которой измеряется к; р - ускорение силы тяжести;
р и ра - плотности смога и атмосферного воздуха;
г,- приведенные силы сопротивления, отнесенные на столбики
смога с единичным основанием;
іи - эмпирический параметр;
сі - характерный диаметр деревьев,
п - число деревьев на единицу площади (густота леса),
X- безразмерный коэффициент (х ~1);
/г* - характерная толщина слоя;
0- мощность источника;
/(7) - координата передней границы слоя смога;
А**-эффективный параметр, отвечающий за шероховатости поверхности Земли;
Я - коэффициент сопротивления со стороны земной поверхности.
I - интенсивность массообмена.
Индексы і = С, А, Г относятся к земной поверхности, атмосфере, наземным объектам.
ВВЕДЕНИЕ
В работе рассмотрена динамика накопления и распространения, тяжелых по сравнению с атмосферным воздухом газовых смесей под действием сил плавучести вдоль земной поверхности. Исследованы два сценария выбросов: продолжительные и мгновенные. Построены
автомодельные и приближенные аналитические решения, соответствующие различным вариантам линейных и точечных источников выбросов. Проведено численное моделирование процесса разрушения столба смога в плоском и осесимметричном случаях.
Актуальность темы. В связи с усиливающимся влиянием человека на окружающую среду проблема описания накопления и распространения тяжелых выбросов в атмосфере является особенно актуальной для городов с развитой химической промышленностью. На формирование уровня загрязнения воздушного бассейна таких городов -оказывают влияние не только качественный и количественный состав, интенсивность выбросов, но и метеорологические условия. Наиболее благоприятным условием для накопления смога является безветренная погода, вследствие чего создается напряженная экологическая обстановка. Для разработки эффективной стратегии решения задач промышленной безопасности необходимо проведение исследований, которые должны включать в себя создание современных методов расчета нагрузки, создаваемой различными выбросами на окружающую среду. В связи с этим необходимо создание математических моделей процессов накопления тяжелых примесей вблизи поверхности земли с учетом ландшафта местности.
Цель работы. На основе математической модели, построенной аналогично теории «мелкой воды» изучить распространение выбросов отрицательной плавучести в атмосфере. Выявить качественные закономерности данного процесса, а также факторы, оказывающие существенное влияние на процессы накопления и распространения смога.

б) Сила сопротивления со стороны поверхности Земли
1) Сила сопротивления со стороны земной поверхности задается следующим образом TF—Xu2, причем коэффициент Л = const. Тогда слагаемые отвечающие за инерционные эффекты удовлетворяют условиям:
/г. Ли -jf и^. Ли*
U к 2 г* 1%
В этом случае для характерных времен и расстояний /,„ и г* получим оценки:
t г —
Лги * 2Я
2) Если сила сопротивления задается по закону Маннинга tf =

то слагаемые отвечающие за инерцию и сопротивление поверхности удовлетворяют условиям:

3 и* м* Ан,
h% /* fat
т /
Тогда инерционные эффекты существенны при временах и расстояниях
4/ 4/
/г/3 /-7*/
-* 1/ ■* у
/г** и * 2 Ы*
Следовательно, если в рассматриваемой системе возникают движения, для которых характерные времена и расстояния значительно превышают и г* (7 » и и г » г*), то инерционные эффекты не будут оказывать значительного влияния на последующую картину эволюции смога.
По видимому, при растекании смога наибольший интерес представляет ситуация, когда действие силы тяжести уравновешивает силу сопротивления (силы инерции несущественны). Для этой ситуации при больших временах и расстояниях: /“»?*, г » г* система уравнений (2.1)-(2.2), опи-