Защита атмосферы от загрязнения при эмиссии опасных веществ на железнодорожном транспорте

Abstract

RU: Цель. Разработка численных моделей для прогноза загрязнения атмосферы при эмиссии химически опасных веществ на железнодорожном транспорте в случае аварийных ситуаций. Методика. Для решения поставленной задачи разработаны численные модели, основанные на применении уравнений массопереноса и потенциального течения. Уравнения для потенциального течения используются для определения поля скорости ветрового потока вблизи вагонов и зданий. Для численного интегрирования уравнения массопереноса загрязнителя использовалась неявная попеременно-треугольная разностная схема. При построении разностной схемы осуществляется физическое и геометрическое расщепление уравнения переноса на четыре шага. Неизвестное значение концентрации загрязнителя на каждом шаге расщепления определяется по явной схеме – методу бегущего счета. Для численного интегрирования уравнения для потенциального течения применяется неявная разностная схема условной аппроксимации. На основе построенных численных моделей проведен вычислительный эксперимент по оценке уровня загрязнения атмосферы в случае эмиссии химически опасного вещества на примагистральной территории. Результаты. Разработаны численные модели, которые относятся к классу «operational models». Эти численные модели позволяют учесть при проведении вычислительного эксперимента основные физические процессы, влияющие на рассеивание химически опасных веществ в атмосфере с учетом размещения различного рода препятствий возле очага эмиссии. Построенные модели требуют небольших затрат компьютерного времени при практической реализации на компьютерах малой и средней мощности. Данные численные модели могут применяться при разработке ПЛАСа, когда проводятся серийные расчеты различных сценариев аварийных ситуаций на транспорте. Представлены результаты вычислительного эксперимента по оценке размеров, формы, концентрации химически опасного вещества в случае эмиссии на железной дороге. Научная новизна. Разработаны эффективные численные модели, позволяющие в режиме реального времени моделировать аварийные ситуации, сопровождающиеся эмиссией опасных веществ на транспорте. Практическая значимость. Разработаны численные модели типа «operational models» для определения размеров и интенсивности зон химического заражения при аварийных ситуациях в случае перевозки железнодорожным транспортом химически опасных веществ. Разработанные численные модели используют стандартную метеорологическую информацию и не требуют специальной подготовки у пользователя.

UK: Мета. Розробка чисельних моделей для прогнозу забруднення атмосфери при емісії хімічно небезпечних речовин на залізничному транспорті в разі аварійних ситуацій. Методика. Для вирішення поставленого завдання розроблені чисельні моделі, засновані на застосуванні рівнянь масопереносу і потенційної течії. Рівняння для потенційної течії використовуються для визначення поля швидкості вітрового потоку поблизу вагонів і будівель. Для чисельного інтегрування рівняння масопереносу забруднювача використовувалася неявна поперемінно-трикутна різницева схема. При побудові різницевої схеми здійснюється фізичне і геометричне розщеплення рівняння переносу на чотири кроки. Невідоме значення концентрації забруднювача на кожному кроці розщеплення визначається за явною схемою – методу біжучого рахунку. Для чисельного інтегрування рівняння для потенційної течії застосовується неявна різницева схема умовної апроксимації. На основі побудованих чисельних моделей проведено обчислювальний експеримент з оцінки рівня забруднення атмосфери у разі емісії хімічно небезпечної речовини на примагістральній території. Результати. Розроблено чисельні моделі, які відносяться до класу «operational models». Ці чисельні моделі дозволяють врахувати при проведенні обчислювального експерименту основні фізичні процеси, що впливають на розсіювання хімічно небезпечних речовин в атмосфері з урахуванням розміщення різного роду перешкод біля джерела емісії. Побудовані моделі вимагають невеликих витрат комп'ютерного часу при практичній реалізації на комп'ютерах малої та середньої потужності. Дані чисельні моделі можуть застосовуватися при розробці ПЛАСа, коли проводяться серійні розрахунки різних сценаріїв аварійних ситуацій на транспорті. Представлені результати обчислювального експерименту з оцінки розмірів, форми, концентрації хімічно небезпечної речовини у разі емісії на залізниці. Наукова новизна. Розроблено ефективні чисельні моделі, що дозволяють в режимі реального часу моделювати аварійні ситуації, що супроводжуються емісією небезпечних речовин на транспорті. Практична значимість. Розроблено чисельні моделі типу «operational models» для визначення розмірів та інтенсивності зон хімічного ураження при аварійних ситуаціях у разі перевезення залізничним транспортом хімічно небезпечних речовин. Розроблені чисельні моделі використовують стандартну метеорологічну інформацію і не вимагають спеціальної підготовки у користувача.

EN: Purpose. The development of numerical models for the prediction of air pollution in the emission of chemical hazardous substances in rail transport in the case of emergencies. Methodology. To solve this problem developed numerical models based on the use of the equations of mass transfer and potential flow. The equations for potential flow are used to determine the velocity field of the wind flow near the carriages and buildings. For the numerical simulations of mass transfer of the pollutant used implicit change triangle difference schemes. When constructing a difference scheme is carried out physical and geometric splitting of the transport equation in the four steps. For the numerical integration of the equation for potential flow of implicit difference scheme is used conditional approximation. Findings. The numerical models that belong to the class «operational models». These numerical models allow to take into account in conducting the computational experiment the basic physical processes that affect dispersion of hazardous chemical substances in the atmosphere taking into account the placement of various types of obstacles near place of emission. These numerical models can be applied in the development of the PLAS, when carried out serial calculations of various scenarios of emergencies in transport. The results of computational experiments to assess the size, shape, concentration of chemical substances in the case of dangerous emissions on the railroad. Originality. The effective numerical models for real-time simulated emergencies, accompanied by the emission of hazardous substances in transport. Practical value. A numerical model of the type of «operational models» to determine the size and intensity zones of chemical contamination in emergency situations in the case of transport by rail chemically hazardous substances. A numerical model using standard meteorological information and do not require special training of the user.