Математическое моделирование процессов переноса загрязняющих веществ в многокомпонентной воздушной среде в прибрежной зоне

• Автор: Хачунц, Дианна Самвеловна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Таганрог
• Количество страниц: 168 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДВИЖЕНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНОЙ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ С УЧЕТОМ ПАРООБРАЗОВАНИЯ И КОНДЕНСАЦИИ
1.1. Используемые математические модели аэродинамики и транспорта субстанций в приземном слое атмосферы
1.2. Задача движения многокомпонентной воздушной среды
1.3. Задача транспорта загрязняющих веществ
1.4. Задача притока тепла (уравнения теплопроводности газа и конденсата)
1.5. Задача расчета давления
1.6. Модели турбулентности для задачи движения многокомпонентной
воздушной среды
Выводы по главе
ГЛАВА II. РАЗНОСТНЫЕ СХЕМЫ И ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ СЕТОЧНЫХ УРАВНЕНИЙ ДЛЯ ЗАДАЧ ПРИЗЕМНОЙ АЭРОДИНАМИКИ
2.1. Общие сведения об используемых разностных схемах
2.2. Построение двумерной дискретной модели воздушной среды
2.3. Дискретная модель транспорта ЗВ в воздушной среде
2.4. Устойчивость дискретной модели транспорта ЗВ
2.5. Дискретная модель транспорта тепла в газообразной среде
2.6. Дискретная модель транспорта тепла за счет переноса аэрозоли.
2.7. Дискретная модель задачи расчета давления
2.8. Исследование консервативности модели движения многокомпонентной воздушной среды
2.9. Модифицированный попеременно-треугольный итерационный метод для задачи диффузии-конвекции приземной аэродинамики (МПТМ)
2.10. Адаптация МПТМ минимальных поправок решения сеточных уравнений диффузии-конвекции-реакции для задач приземной
аэродинамики многокомпонентной воздушной среды
Выводы по главе
ГЛАВА III. КОМПЛЕКС ПРОГРАММ ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДВИЖЕНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНОЙ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ
3.1. Комплекс программ для расчета движения многокомпонентной воздушной среды
3.1.1. Общие сведения о программном комплексе
3.1.2. Функциональное назначение программного комплекса «AeroEcology»
3.1.3. Описание логической структуры программного комплекса
«AeroEcology»
3.1.4. Описание основных функций программного комплекса
«AeroEcology»
3.1.5. Пример работы разработанного программного комплекса
«AeroEcology»
3.2. Результаты численных экспериментов по моделированию воздушной
среды на основе программного комплекса «AeroEcology»
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы.
Проблема анализа, контроля и прогноза качества воздушной среды городов с интенсивными транспортными потоками является важной, от решения которой зависят здоровье и комфортные условия проживания. С теоретической и прикладной точек зрения значимыми среди задач анализа и прогноза состояния воздушной среды являются те из них, в которых учитывается многокомпонентный характер, в том числе существенное изменение влажности, наличие фазовых переходов и т.д., что особенно актуально для прибрежных городов.
Эффективным инструментом прогнозирования качества воздушной среды является математическое моделирование изменчивости газового и аэрозольного ее состава, а также оценка влияния атмосферных примесей на окружающую среду. Многие процессы трансформации газовых примесей и аэрозолей протекают в турбулентной атмосфере. Поэтому, чтобы воспроизвести изменчивость турбулентных характеристик атмосферы, решение задачи о распространении примесей необходимо проводить совместно с гидродинамическими моделями.
Другой важной проблемой, связанной с экологией воздушной среды, является прогнозирование распространения загрязняющих веществ (ЗВ) в ней. В области математического моделирования движения загрязнений в атмосфере и разработки численных методов для этих целей, в настоящее время, сложилась ситуация, при которой проводимые исследования рассматривают отдельные явления и не охватывают их в комплексе. Поэтому для решения проблем, отвечающих поставленной задаче, необходима разработка новых математических моделей, базирующихся на уравнениях газовой динамики и законах сохранения вещества, с учетом многокомпонентное среды, пространственного распределения субстанций и неоднородности их термодинамических

V я =Г

І — сх1,
где у - нормаль к вектору и, утур6 - турбулентная вязкость.
3. Модель Кармана [25, с.556]:

(1.30)
(1.31)
1 = 0.
ди /д2Н
ду / ду
4. Модель Риварда (Лос-Аламос):
(1.32)
дК ^ТТ дК уі б + > V, — = > —
ді уУ дхІ дхі
дК Узфф а V / V
“Vmvрт Є(
,=1 у=

5^ + д(^
V йх, у

^ |Ю«рм Ке„,деб <5,
12 Кеп,УРв при Кеи>р6 > 5, Утурб
Ж2К/уиа1приКетурб<5,
212 ^2КприКетурб>5,
где масштаб турбулентности / расчитывается либо по формуле Прандтля (1.31), либо по формуле Кармана (1.32).
5. Модель Абрамовича-Секундова:
^турб_Х у^£1=уАГ(у
£ ' ах, £ах,^-“ол ти,е' ах, ,

^ V - ^ туро

МОП /
О-уБ,
_ У турб [умол ~ Р^’турб ) Г) — ГХ~'
"= С ’ =]1^Г^
Дг) = ОХ 2+1’47г + 0’
^ ау, аи, ^ чах, + ах, ,
22-1,47г +
где к - 2, у = 50, р - 0,06, Ьтт - минимальное расстояние до твердой стенки; умол -молекулярная вязкость, Утур6 - турбулентная вязкость.