Математическая модель и минимизация на её основе концентрации промышленных загрязнителей атмосферы зон жилой застройки

• Автор: Соляник, Николай Александрович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 134 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ МИНИМИЗАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ВЫБРОСОВ I I

1.1. Описание объекта управления.

1.2. Критерии оценки качества воздуха

1.3. Обзор направлений минимизации промышленных выбросов.

1.4. Обзор моделей и методов, минимизации промышленных выбросов

1.5. Обзор моделей экологического мониторинга атмосферного воздуха в зоне влияния промышленных предприятий.

1.6. Формализованная постановка задачи.

Выводы к главе 1.

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДЛЯ КОМПЛЕКСА

ПРОГРАММ МИНИМИЗАЦИИ УРОВНЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ
2.1. Общая характеристика комплекса моделей
2.2. Разработка модели переноса загрязняющих примесей атмосферном воздухе. .
2.3. Разработка математической модели подъема перегретой примеси.
2.4. Анализ основных математических свойств целевой функций и систем ограничений модели переноса примеси
2.5. Анализ основных математических свойств целевой функции и систем ограничений модели подъема перегретой примеси
2.6. Разработка нейросетевой модели определения дисперсионных параметров
гауссова уравнения распространения примесей в атмосферном воздухе
Выводы к главе 2.
ГЛАВА 3. МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ ДЛЯ КОМПЛЕКСА ПРОГРАММ
МИНИМИЗАЦИИ УРОВНЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ
3.1. Общая характеристика метода решения.
3.1.1 Выбор шага кантования
3.1.2 Анализ динамических свойств объекта управления
3.2. Алгоритм решения частной задачи оптимизации с использованием в качестве управляющего параметра интенсивности источника выброса
3.3. Алгоритм решения частной задачи оптимизации с использованием в качестве управляющего параметра эффективной высоты подъема шлейфа
3.4. Алгоритм решения частной задачи оптимизации с управляющими параметрами эффективной высоты подъема шлейфа и интенсивности выброса.
3.5. Решение задачи оптимизации целевой функции эффективной высоты подъема шлейфа
3.6. Решение общей задачи минимизации целевой функции.
3.7. Метод преобразования координат.
Выводы к главе
ГЛАВА 4. ЭКСГ ГЕРИМ ВИТАЛЬНА Я ПРОВЕРКА И РЕАЛИЗАЦИЯ
РАЗРАБОТАННОГО МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
4.1. Анализ вычислительной сложности решаемой задачи
4.2 Структура комплекса прикладных программ реализующих разработанные
модели, методы и алгоритмы
4.3. Методика экспериментального подтверждения достоверности разработанных моделей, методов и алгоритмов
4.3.1. Область допустимых значений переменных имитационной системы моделирования.
4.3.2. Основные этапы экспериментального подтверждения достоверности разработанных моделей и алгоритмов.
4.3.3. Результаты имитационного моделирования процесса минимизации уровня концентрации загрязнителей.
4.3.4. Результаты натурных экспериментов1
4.4. Методика внедрения результатов диссертационной работы в информационных
системах промышленного предприятия.
Выводы к главе 4.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Имитационная математическая модель определения концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, отличающаяся учетом особенностей городской застройки, интенсивности выбросов поллютантов, направления и скорости ветра на эффективной высоте подъема факела, дисперсионных параметров, зависящих от класса устойчивости атмосферы, что позволяет осуществить минимизацию уровня концентрации загрязняющих веществ в процессе функционирования промышленных предприятий. Математическая модель определения дисперсионных параметров гауссова уравнения распространения примесей в атмосферном воздухе, в основу которой положена нейронная сеть радиальнобазисных функций. Модель аппроксимирует результаты натурных экспериментов, полученных при различных значениях параметров источника загрязнения и окружающей среды. Эвристический алгоритм минимизации концентрации загрязнителя, заключающийся в определении значений интенсивности выброса, высоты источника, внутреннего радиуса устья трубы, начальной скорости подъема примеси, начального перегрева примеси, при которых концентрация загрязнителя в зоне жилой застройки достигает своего минимума. Численный алгоритм определения эффективной высоты подъема факела, заключающийся в нахождении значений высоты источника, внутреннего радиуса устья трубы, начальной скорости подъема примеси и начального перегрева примеси, с целью поиска заранее заданного значения эффективной высоты подъема шлейфа. Особенностью алгоритма является применение градиентного метода наискорейшего спуска совместно с методом штрафных функций, в котором используется внешняя ппрафная функция типа квадрата срезки. Процедура изменения формы и угла направления факела, позволяющая минимизировать концентрацию загрязнителей. Ее характерной особенностью является использование численного алгоритма определения эффективной высоты подъема факела, учитывающего изменение направления и скорости ветра на различных высотах в пределах пограничного слоя атмосферы. Комплекс программ, реализующий разработанные математические модели, методы и алгоритмы для минимизации уровня концентрации загрязняющих примесей в атмосфере, ориентированный на использование в составе имитационной системы, моделирующей распространение иримеси в атмосферном воздухе. Методика внедрения разработанного математического обеспечения па промышленных предприятиях. Апробация работы. Интернет на службу обществу Саратов, седьмой и девятой Международных научнопрактических конференциях Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности СанктПетербург, , . Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано печатных работ, из них одна в издании, рекомендованном ВАК РФ. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения и 2 приложений она содержит 4 страницы текста, рисунков, 4 таблицы и список использованной литературы из 3 наименований. ГЛАВА 1. В данной главе диссертации дано формализованное описание объекта управления, приведен обзор методов, минимизации промышленных выбросов, моделей экологического мониторинга атмосферного воздуха, рассмотрена схема процесса загрязнения атмосферного воздуха со стороны точечного, непрерывно действующего промышленного источника выбросов. Разработана содержательная и формализованная постановка задачи минимизации уровня концентрации загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу в результате функционирования точечного, непрерывно действующего промышленного источника выбросов. В качестве объекта управления выступает стационарное технологическое оборудование, используемое предприятиями промышленности для организованного выброса загрязняющих примесей ЗП в пределах пограничного слоя атмосферы, называемое далее источником выброса. ЗП от источника выброса поступает в атмосферный воздух, который выступает в качестве транспортирующей среды. Далее, в результате взаимодействия с транспортирующей средой, компоненты выброса оседают на поверхности земли в районах постоянного пребывания людей, называемых рецепторными точками. Качество воздуха в пределах рецепторных точек, является основным критерием оценки эффективности генерируемых управляющих воздействий. В связи с тем, что объект управления и элементы окружающей среды сложно формализуемы, необходимо построить обобщенную модель рассматриваемой предметной области. Ниже представлены общие модели источника выброса, транспортирующей среды и рецепторной точки.