Математическое моделирование процесса образования кислотных осадков в районах работы тепловой электрической станции

• Автор: Гвоздяков, Дмитрий Васильевич
• Шифр специальности: 05.14.14, 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 120 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИССЛЕДОВАНИЙ ПРОЦЕССА ОБРАЗОВАНИЯ И ВЫПАДЕНИЯ КИСЛОТНЫХ ОСАДКОВ НА ТЕРРИТОРИЯХ, ПРИЛЕГАЮЩИХ К ЕПЛОВОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ
СТАНЦИИ
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБРАЗОВАНИЯ КИСЛОТНЫХ ОСАДКОВ В РАЙОНЕ
РАСПОЛОЖЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ
2Л Физическая постановка задачи
2.2 Математическая постановка задачи
2.3 Метод решения
2.4 Решение уравнения энергии
2.5. Решение уравнения энергии для газовой фазы
2.6. Решение уравнения Пуассона
2.7. Решение уравнения для вектора вихря скорости
2.8. Решение уравнения диффузии паров серного ангидрида
2.9 Решение уравнений движения капли
2.10 Алгоритм решения задачи
2.11. Расчет коэффициента диффузии
2.12 Решение тестовых задач
2.12.1. Естественная конвекция в замкнутой области
2.12.2. Вынужденная конвекция
2.12.3. Двумерный теплоперенос в однородном теле
2.12.4. Решение одномерного уравнения теплопроводности с фазовым
переходом границе
ГЛАВА 3. ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА
ФОРМИРОВАНИЯ КИСЛОТНЫХ ОСАДКОВ В РАЙОНЕ

РАСПОЛОЖЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ
3.1. Численное исследование выполнения условий образования серной кислоты в районе расположения тепловой электрической
станции
3.2. Конденсация серного ангидрида в атмосфере, прилегающей к тепловой электрической станции
3.3. Влияние времени года на процесс образования седиментационных кислотных осадков в районе расположения тепловых электрических станций
3.4. Влияние конвекции на процесс формирования капель серной кислоты в районе расположения тепловых электрических станций
3.5. Сравнение результатов численных исследований с данными известными методиками
3.5.1. Превращение соединений серы в кислоту и ее выведение из атмосферы в виде осадков
3.5.2. Расчет приземного поля концентрации антропогенных
компонент на прилегающих к ТЭС территория
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Одним из основных источников антропогенного загрязнения воздушного бассейна Земли являются объекты теплоэнергетического комплекса, и прежде всего тепловые электрические станции (ТЭС), на долю которых приходится около 65% от общего объема антропогенных выбросов в атмосферу [1-10]. При использовании на ТЭС, в качестве топлива угля, образуется большое количество соединений серы, оксидов азота и золы [1-10]. В состав компонент, выбрасываемых в воздушное пространство, также входит диоксид углерода С02 и водяной пар Н20 [1-3].
До начала второй половины 19 века химический состав атмосферы Земли подвергался изменению только за счет естественных природных факторов [1-3]. За последние 100-150 лет в воздушный бассейн планеты ежегодно поступают миллионы тонн загрязняющих веществ антропогенного характера [1-10]. Вступая в химические и физические взаимодействия с отдельными компонентами атмосферного воздуха, эти вещества способны трансформироваться, в результате чего возможно образование различных химических соединений, например, кислот. Образовавшиеся токсичные и опасные для окружающей среды вещества поглощаются и выпадают с осадками на поверхность Земли [1-5, 10].
Выпадение кислотных осадков на поверхность Земли наблюдается во многих странах мира, независимо от уровня развития территории, географического и климатического района расположения [2-5]. Во многих регионах и областях Российской Федерации, наибольшее количество выпадающих кислотных осадков зафиксировано в индустриально-развитых районах, в том числе на территориях, сопредельных с ТЭС [1-3, 9]. Подобная экологическая проблема наблюдается и на обширных территориях Европы, Азии и Северной Америки [2-3].
2.3 Метод решения
Система дифференциальных уравнений (2.2.8) - (2.2.12) с
соответствующими начальными и граничными условиями (2.2.19) - (2.2.24) и (2.2.33) - (2.2.40) решена методом конечных разностей [94-97]. Для решения разностных аналогов дифференциальных уравнений использован локально-одномерный метод [94]. Нелинейные разностные уравнения решены методом итераций [93]. От системы нелинейных двумерных дифференциальных уравнений осуществлен переход к системе одномерных разностных уравнений, для решения которой применен метод прогонки с использованием неявной четырехточечной разностной схемы [96]. Шаг по времени принят равным Аг= 1 (Г3 с, шаги по пространственным координатам -/3.кх=Г м, Лйу=1(Г5 м. Вычисления проведены сквозной прогонкой через выделенную область решения (рис. 2.2.1 и 2.2.2).
2.4 Решение уравнения энергии
Уравнение энергии для капли в безразмерной постановке имеет вид:
1 э®2_а’0 У
Бо дт дХ2 дУ2 ' 4 ■
При использовании локально одномерного метода и аппроксимации Самарского [97] выполнялся переход к разностной форме дифференциального уравнения (2.4.1) [96]:

пл— л+— «н— п+—
1 02 2-0” 02 2 -2-0, 2+02
1 ■%./ _ ■ч+ь./_~ч ^ 4 2)
Ио т к2х
1 0Г1 -0" 0"+1 , - 2 ■ 0Г1 +0Г
1 ■‘■а _Ы — 1_____1,1 и1~х (2 4 3)
Уо' т Иу
Разностные уравнения сводились к трехдиагональному виду и решались методом прогонки [94]: