Search

Purpose. Emissions from mine ventilation system can create intensive atmosphere air pollution. As a rule, a huge amount of dust from mine fan enters atmosphere low layers. An important task is the development of methods to assess levels of the atmosphere pollution near mines and settlements. To solve this problem it is important to have physically proved mathematical models. Nowadays to predict the atmosphere pollution near settlements which are effected by mine fan the empirical model OND–86 is used. This model does not take into account many important physical factors. So, the purpose of this study is the development of quick computing mathematical model to predict the atmosphere pollution in case of dust emissions from mine fan. Methodology. To predict levels of the atmosphere pollution in case of mine fan work 3D equation of dust convective – diffusive flow was used. This equation takes into account gravity fallout, wind velocity, atmosphere turbulent diffusion, location of dust emission source. To sole modeling equation the implicit difference scheme of splitting was used. Findings. Developed mathematical model allows quick prediction of the level of atmosphere pollution in case of dust emissions from mine ventilation fan. The models allow to obtain zones of contamination near settlements which are situated in vicinity of mine. Originality. The developed mathematical model takes into account a number of physical factors, which at the present time are not considered on the days when prediction of the atmosphere pollution in settlements near mine is carried out. Practical value. On the basis of the developed mathematical model program code was created. This code can be used for evaluation of atmosphere pollution in settlements which are effected mine fan emissions., Мета. Викиди із системи вентиляції шахти можуть створювати інтенсивне забруднення атмосферного повітря. Як правило, величезна кількість пилу з шахтного вентилятора потрапляє в атмосферу в приземних шарах. Важливим завданням є розробка методів оцінки рівня забруднення атмосфери поблизу шахт і населених пунктів. Для вирішення цієї проблеми важливо мати фізично обґрунтовані математичні моделі. У наш час для прогнозування забруднення атмосфери шахтним вентилятором поблизу населених пунктів, використовують емпіричну модель OND–86. Ця модель не враховує багато важливих фізичних факторів. Тому метою нашого дослідження є розробка швидкодіючої математичної моделі для прогнозування забруднення атмосфери в разі викидів пилу з шахтного вентилятора. Методика. Для прогнозування рівня забруднення атмосфери під час роботи шахтного вентилятора використано тривимірне рівняння пилового конвективно-дифузійного потоку. Це рівняння враховує гравітаційні випадання, швидкість вітру, турбулентну дифузію в атмосфері, розташування джерела викидів пилу. Як єдине модельне рівняння використано неявну різницеву схему розщеплення. Результати. Розроблена математична модель дозволяє швидко прогнозувати рівень забруднення атмосфери в разі викидів пилу від шахтного вентилятора. Модель дозволяє виявити зони забруднення поблизу населених пунктів, які знаходяться в безпосередній близькості від шахти. Наукова новизна. Розроблена математична модель враховує ряд фізичних факторів, які наразі не беруть до уваги в дні, коли здійснюють прогноз забруднення атмосфери в населених пунктах, розташованих поблизу шахти. Практична значимість. На основі розробленої математичної моделі створено програмний код. Цей код може бути використаний для оцінки забруднення атмосфери в населених пунктах, де відбуваються викиди від шахтних вентиляторів., Цель. Выбросы из системы вентиляции шахты могут создавать интенсивное загрязнение атмосферного воздуха. Как правило, огромное количество пыли из шахтного вентилятора попадает в атмосферу в приземных слоях. Важной задачей является разработка методов оценки уровня загрязнения атмосферы вблизи шахт и населенных пунктов. Для решения этой проблемы важно иметь физически обоснованные математические модели. В настоящее время для прогнозирования загрязнения атмосферы шахтным вентилятором вблизи населенных пунктов, используют эмпирическую модель OND–86. Эта модель не учитывает многие важные физические факторы. Поэтому целью данного исследования является разработка быстродействующей математической модели для прогнозирования загрязнения атмосферы в случае выбросов пыли из шахтного вентилятора. Методика. Для прогнозирования уровня загрязнения атмосферы при работе шахтного вентилятора использовано трехмерное уравнение пылевого конвективно-диффузионного потока. Это уравнение учитывает гравитационные выпадения, скорость ветра, турбулентную диффузию в атмосфере, расположение источника выбросов пыли. В качестве единственного модельного уравнения использована неявная разностная схема расщепления. Результаты. Разработанная математическая модель позволяет быстро прогнозировать уровень загрязнения атмосферы при выбросах пыли от шахтного вентилятора. Модель позволяет определить зоны загрязнения вблизи населенных пунктов, которые находятся в непосредственной близости от шахты. Научная новизна. Разработанная математическая модель учитывает ряд физических факторов, которые в настоящее время не учитываются в дни, когда осуществляют прогноз загрязнения атмосферы в населенных пунктах, расположенных вблизи шахты. Практическая значимость. На основе разработанной математической модели создан программный код. Этот код может быть использован для оценки загрязнения атмосферы в населенных пунктах, где происходят выбросы от шахтных вентиляторов.

Purpose. The article aims to develop 2D numerical models for the prediction of atmospheric pollution during transportation of coal in the railway car, as well as the ways to protect the environment and the areas near to the mainline from the dust emission due to the air injection installation. Methodology. To solve this problem there were developed numerical models based on the use of the equations of motion of an inviscid incompressible fluid and mass transfer. For the numerical integration of the transport equation of the pollutant the implicit alternating-triangular difference scheme was used. For numerical integration of the 2D equation for the velocity potential the method of total approximation was used. The developed numerical models are the basis of established software package. On the basis of the constructed numerical models it was carried out a computational experiment to assess the level of air pollution when transporting bulk cargo by rail when the railway car has the air injection. Findings. 2D numerical models that belong to the class «diagnostic models» were developed. These models take into account the main physical factors affecting the process of dispersion of dust pollution in the atmosphere during transportation of bulk cargo. The developed numerical models make it possible to calculate the dust loss process, taking into account the use of the air injection of the car. They require a small cost of the computer time during practical realization at the low and medium power machines. There were submitted computational calculations to determine pollutant concentrations and the formation of the zone of pollution near the train with bulk cargo in «microscale» scale taking into account the air curtains. Originality. 2D numerical models taking into account the relevant factors influencing the process of dispersion of pollutants in the atmosphere, and the formation of the zone of pollution during transportation of bulk cargo by rail were created. A way to protect the atmosphere from pollution during the emission of bulk cargoes from the rail car, which is based on the principle of the air injection, was developed. Practical value. The efficient numerical models which can be used in the development of environmental protection measures in the operation of railway transport were considered. The proposed model allows calculating 2D dynamics of wind flow, taking into account the installed air injection, and mass transfer process of pollutants in the atmosphere., Цель. В работе необходимо провести разработку 2D численных моделей для прогноза загрязнения атмосферы при транспортировке сыпучих грузов в железнодорожном вагоне, а также способа защиты окружающей среды и примагистральных территорий от уноса пыли из полувагонов за счет установки воздушных завес. Методика. Для решения поставленной задачи разработаны численные модели, основанные на применении уравнений движения невязкой несжимаемой жидкости и массопереноса. Для численного интегрирования уравнения транспорта загрязнителя использовалась неявная разностная схема. Для численного интегрирования 2D уравнения для потенциала скорости применяется метод суммарной аппроксимации. Разработанные численные модели составляют основу созданного пакета прикладных программ. На основе построенных численных моделей проведен вычислительный эксперимент по оценке уровня загрязнения атмосферы при уносе угольной пыли из полувагона и наличии воздушной завесы. Результаты. Разработаны 2D численные модели, которые относятся к классу «diagnosticmodels». Данные модели учитывают основные физические факторы, влияющие на процесс рассеивания пылевых загрязнений в атмосфере при транспортировке сыпучих грузов. Разработанные численные модели позволяют рассчитывать процесс уноса пыли с учетом применения воздушной завесы, установленной на полувагоне. Они требуют небольших затрат компьютерного времени при практической реализации на компьютерах малой и средней мощности. Выполнены расчеты по определению концентрации загрязнителя и формирования зоны загрязнения вблизи вагона с сыпучим грузом в масштабе «microscale» с учетом воздушных завес. Научная новизна. Созданы 2D численные модели, позволяющие учесть существенные факторы, влияющие на процесс рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере, и формирование зоны загрязнения при перевозке сыпучих грузов железнодорожным транспортом. Разработан способ защиты атмосферы от загрязнения при сносе сыпучих грузов с железнодорожного вагона, который основан по принципу воздушной завесы. Практическая значимость. Рассмотрены эффективные численные модели, которые могут быть применены при разработке мероприятий по охране окружающей среды при эксплуатации железнодорожного транспорта. Предложенные модели позволяют рассчитать 2D гидродинамику ветрового потока, с учетом установленной воздушной завесы, и процесс массопереноса вредных веществ в атмосфере., Мета. У роботі необхідно виконати розробку 2D числових моделей для прогнозу забруднення атмосфери при транспортуванні сипучих вантажів в залізничному вагоні, а також способу захисту навколишнього середовища і примагістральних територій від знесення пилу з піввагонів за рахунок установки повітряних завіс. Методика. Для розв’язання поставленої задачі розроблені числові моделі, засновані на застосуванні рівнянь руху нев’язкої нестисливої рідини і масопереносу. Для числового інтегрування рівняння транспорту забруднювача використовувалася неявна різницева схема. Для числового інтегрування 2D рівняння для потенціалу швидкості застосовується метод сумарної апроксимації. Розроблені числові моделі складають основу створеного пакета прикладних програм. На основі побудованих числових моделей проведено обчислювальний експеримент по оцінці рівня забруднення атмосфери при знесенні вугільного пилу з піввагона та наявності повітряної завіси. Результати. Розроблені 2D числові моделі, які відносяться до класу «diagnosticmodels». Дані моделі враховують основні фізичні фактори, що впливають на процес розсіювання пилових забруднень в атмосфері при транспортуванні сипучих вантажів. Розроблені числові моделі дозволяють розраховувати процес виносу пилу з урахуванням застосування повітряної завіси, встановленої на на піввагоні. Вони вимагають невеликих затрат комп’ютерного часу при практичній реалізації на комп’ютерах малої і середньої потужності. Виконано розрахунки по визначенню концентрації забруднювача і формування зони забруднення поблизу вагона з сипучим вантажем в масштабі «microscale» з урахуванням повітряних завіс. Наукова новизна. Створено 2D числові моделі, що дозволяють врахувати істотні фактори, що впливають на процес розсіювання забруднюючих речовин в атмосфері, і формування зони забруднення при перевезенні сипучих вантажів залізничним транспортом. Розроблено спосіб захисту атмосфери від забруднення при знесенні сипучих вантажів з залізничного вагона, який заснований за принципом повітряної завіси. Практична значимість. Розглянуті ефективні числові моделі, які можуть бути застосовані при розробці заходів з охорони навколишнього середовища при експлуатації залізничного транспорту. Запропоновані моделі дозволяють розрахувати 2D гідродинаміку вітрового потоку, з урахуванням встановленої повітряної завіси, і процес масопереносу шкідливих речовин в атмосфері.

Purpose. Scientific work involves: 1) development of 3D numerical models that allow calculating the process of air pollution by motor vehicles emissions; 2) creation of models which would allow predicting the air pollution level in urban areas. Methodology. To solve the problem upon assessing the level of air pollution by motor vehicles emissions fundamental equations of aerodynamics and mass transfer are used. For the solution of differential equations of aerodynamics and mass transfer finite-difference methods are used. For the numerical integration of the equation for the velocity potential the method of conditional approximations is applied. The equation for the velocity potential written in differential form, splits into two equations, where at each step of splitting an unknown value of the velocity potential is determined by an explicit scheme of running computation, while the difference scheme is implicit one. For the numerical integration of the emissions dispersion equation in the atmosphere applies the implicit alternating-triangular difference scheme of splitting. Emissions from the road are modeled by a series of point sources of given intensity. Developed numerical models form is the basis of the created software package. Findings. 3D numerical models were developed; they belong to the class of «diagnostic models». These models take into account main physical factors that influence the process of dispersion of harmful substances in the atmosphere when emissions from vehicles in the city occur. Based on the constructed numerical models the computational experiment was conducted to assess the level of air pollution in the street. Originality. Authors have developed numerical models that allow to calculate the 3D aerodynamics of the wind flow in urban areas and the process of mass transfer emissions from the highway. Calculations to determine the area of contamination, which is formed near the buildings, located along the highway were carried out. Practical value. Efficient numerical models that can be applied when developing activities for environmental protection in the operation of road transport in the city. The developed models allow to estimate the size, shape, and intensity of the contamination zone near the highway., Цель. Научная работа предполагает: 1) разработку 3D численных моделей, которые позволяют рассчитывать процесс загрязнения атмосферного воздуха выбросами автотранспорта; 2) создание моделей, которые давали бы возможность прогнозировать уровень загрязнения атмосферного воздуха в условиях городской застройки. Методика. Для решения задачи по оценке уровня загрязнения атмосферного воздуха выбросами автотранспорта используются фундаментальные уравнения аэродинамики и массопереноса. Для решения дифференциальных уравнений аэродинамики и массопереноса используются конечно-разностные методы. Для численного интегрирования уравнения потенциала скорости применяется метод условной аппроксимации. Уравнение для потенциала скорости, записанное в разностном виде, расщепляется на два уравнения, причем на каждом шаге расщепления неизвестное значение потенциала скорости определяется по явной схеме бегущего счета, при этом сама разностная схема – неявная. Для численного интегрирования уравнения рассеивания выбросов в атмосфере применяется неявная попеременно-треугольная разностная схема расщепления. Выбросы от автотрассы моделируются серией точечных источников заданной интенсивности. Разработанные численные модели составляют основу созданного пакета прикладных программ. Результаты. Разработаны 3D численные модели, которые относятся к классу «diagnosticmodels». Данные модели учитывают основные физические факторы, влияющие на процесс рассеивания вредных веществ в атмосфере при выбросах от автотранспорта в городе. На основе построенных численных моделей проведен вычислительный эксперимент по оценке уровня загрязнения воздушной среды на улице. Научная новизна. Авторами разработаны численные модели, которые позволяют рассчитать 3D аэродинамику ветрового потока в условиях городской застройки и процесс массопереноса выбросов от автотрассы. Выполнены расчеты по определению зоны загрязнения, которая формируется возле зданий, расположенных вдоль автомагистрали. Практическая значимость. В работе рассмотрены эффективные численные модели, которые могут быть применены при разработке мероприятий по охране окружающей среды при эксплуатации автомобильного транспорта в городе. Разработанные модели позволяют оценить размеры, форму и интенсивность зоны загрязнения возле автомагистрали., Мета. Наукова робота передбачає: 1) розробку 3D чисельних моделей, які дозволяють розраховувати процес забруднення атмосферного повітря викидами автотранспорту; 2) створення моделей, які давали б можливість прогнозувати рівень забруднення атмосферного повітря в умовах міської забудови. Методика. Для розв’язання задачі з оцінки рівня забруднення атмосферного повітря викидами автотранспорту використовуються фундаментальні рівняння аеродинаміки і масопереносу. Для розв’язання диференціальних рівнянь аеродинаміки і масопереносу використовуються кінцево-різницеві методи. З метою чисельного інтегрування рівняння для потенціалу швидкості застосовується метод умовної апроксимації. Рівняння для потенціалу швидкості, записане в різницевому вигляді, розщеплюється на два рівняння, причому на кожному кроці розщеплення невідоме значення потенціалу швидкості визначається за явною схемою біжучого рахунку, при цьому сама різницева схема – неявна. Для чисельного інтегрування рівняння розсіювання викидів в атмосфері застосовується неявна поперемінно-трикутна різницева схема розщеплення. Викиди від автотраси моделюються серією точкових джерел заданої інтенсивності. Розроблені чисельні моделі складають основу створеного пакета прикладних програм. Результати. Розроблені 3D чисельні моделі, які належать до класу «diagnostic models». Дані моделі враховують основні фізичні фактори, що впливають на процес розсіювання шкідливих речовин в атмосфері при викидах від автотранспорту в місті. На основі побудованих чисельних моделей виконано обчислювальний експеримент із оцінки рівня забруднення повітряного середовища на вулиці. Наукова новизна. Авторами розроблено чисельні моделі, які дозволяють розрахувати 3D аеродинаміку вітрового потоку в умовах міської забудови та процес масопереносу викидів від автотраси. Виконано розрахунки з визначення зони забруднення, яка формується біля будівель, розташованих вздовж автомагістралі. Практична значимість. В роботі розглянуті ефективні чисельні моделі, які можуть бути застосовані при розробці заходів із охорони навколишнього середовища при експлуатації автомобільного транспорту в місті. Розроблені моделі дозволяють оцінити розміри, форму та інтенсивність зони забруднення біля автомагістралі.

Purpose. The scientific work is concentrated on development of 3D, 2D numerical models for the prediction of atmospheric pollution during transport of bulk cargo in the railway car. Methodology. To solve this problem numerical models were developed, based on the use of the motion equations of inviscid incompressible fluid and mass transfer, to determine the field of wind velocity near the cars and dispersion of dust in the atmosphere. For the numerical integration of the pollutant transport equation implicit alternating-triangular difference scheme was used. When constructing a difference scheme splitting of the transport equation is carried out that allows us to construct an efficient algorithm for solving a differential problem. Unknown value of the pollutant concentration at every step of splitting is determined by the explicit scheme – the method of point-to-point computation, which provides a simple numerical implementation of splitting equations. For numerical integration of the 3D equation for the velocity potential method of Richardson is applied. For numerical integration of the 2D equation for the velocity potential the method of total approximation is applied. The developed numerical models are the basis of established software package. On the basis of the constructed numerical models a computational experiment to assess the level of air pollution when demolition of coal dust from the gondola car was carried out. Findings. 3D, 2D numerical models that belong to the class «diagnostic models» were developed. These models take into account the main physical factors affecting the process of dust pollution dispersion in the atmosphere during transportation of bulk cargo, but require small costs of the computer time in the practice at the low and medium power machines. These models are used for serial calculations of various situations of scenarios related to issues of environmental protection and pollution intensity diagnostics for different weather conditions. Computational calculations to determine pollutant concentrations and formation of pollution zone near the cars with bulk cargo in «microscale» scale were submitted. Originality. 3D, 2D numerical models were created. They allow taking into account the relevant factors, influencing the process of pollutants dispersion in the atmosphere, and formation of the pollution zone during transport of bulk cargo by rail. Practical value. Efficient numerical models «diagnostic models» for rapid calculation of the atmosphere pollution level during transportation of bulk cargo by rail were considered. Models can be used in the development of environmental protection measures at the operation of rail transport. Proposed model allows calculating 3D, 2D hydrodynamics of wind flow and mass transfer process of pollutants in the atmosphere., Мета. Наукова робота спрямована на розробку 3D, 2D чисельних моделей для прогнозу забруднення атмосфери при транспортуванні сипучих вантажів у залізничному вагоні. Методика. Для вирішення поставленої задачі розроблені чисельні моделі, засновані на застосуванні рівнянь руху нев'язкої нестисливої рідини і масопереносу, для визначення поля швидкості вітрового потоку поблизу вагонів та розсіювання пилу в атмосфері. Для чисельного інтегрування рівняння транспорту забруднювача використовувалася неявна різницева схема. При побудові різницевої схеми здійснюється розщеплення рівняння переносу, що дозволяє побудувати ефективний алгоритм розв’язання диференціальної задачі. Невідоме значення концентрації забруднювача на кожному кроці розщеплення визначається за явною схемою – методу біжучого рахунку, що забезпечує просту чисельну реалізацію рівнянь розщеплення. Для чисельного інтегрування 3D рівняння для потенціалу швидкості застосовується метод Річардсона. Для чисельного інтегрування 2D рівняння для потенціалу швидкості застосовується метод сумарної апроксимації. Розроблені чисельні моделі складають основу створеного пакета прикладних програм. На основі побудованих чисельних моделей проведений обчислювальний експеримент по оцінці рівня забруднення атмосфери при знесенні вугільного пилу з піввагона. Результати. Розроблено 3D, 2D чисельні моделі, які відносяться до класу «diagnostic models». Дані моделі враховують основні фізичні фактори, що впливають на процес розсіювання пилових забруднень в атмосфері при транспортуванні сипучих вантажів. Запропоновані чисельні моделі вимагають невеликих затрат комп'ютерного часу при практичній реалізації на комп'ютерах малої та середньої потужності. Ці моделі використовуються для серійних розрахунків різноманітних сценаріїв ситуацій, пов'язаних із питаннями охорони навколишнього середовища і діагностики інтенсивності забруднення при різних метеоумовах. Виконано розрахунки по визначенню концентрації забруднювача і формування зони забруднення поблизу вагона з сипучим вантажем у масштабі «microscale». Наукова новизна. Створені 3D, 2D чисельні моделі, що дозволяють врахувати істотні фактори, впливаючі на процес розсіювання забруднюючих речовин в атмосфері, і формування зони забруднення при перевезенні сипучих вантажів залізничним транспортом. Практична значимість. Розглянуто ефективні чисельні моделі «diagnostic models» для експрес-розрахунку рівня забруднення атмосфери при транспортуванні сипучих вантажів залізничним транспортом. Моделі можуть бути застосовані при розробці заходів із охорони навколишнього середовища при експлуатації залізничного транспорту. Запропоновані моделі дозволяють розрахувати 3D, 2D гідродинаміку вітрового потоку і процес масопереносу шкідливих речовин в атмосфері., Цель. Научная работа направлена на разработку 3D, 2D численных моделей для прогноза загрязнения атмосферы при транспортировке сыпучих грузов в железнодорожном вагоне. Методика. Для решения поставленной задачи разработаны численные модели, основанные на применении уравнений движения невязкой несжимаемой жидкости и массопереноса, для определения поля скорости ветрового потока вблизи вагонов и рассеивания пыли в атмосфере. Для численного интегрирования уравнения переноса загрязнителя использовалась неявная разностная схема. При построении разностной схемы осуществляется расщепление уравнения переноса, что позволяет построить эффективный алгоритм решения дифференциальной задачи. Неизвестное значение концентрации загрязнителя на каждом шаге расщепления определяется по явной схеме – методу бегущего счета, что обеспечивает простую численную реализацию уравнений расщепления. Для численного интегрирования 3D уравнения для потенциала скорости применяется метод Ричардсона. Для численного интегрирования 2D уравнения для потенциала скорости применяется метод суммарной аппроксимации. Разработанные численные модели составляют основу созданного пакета прикладных программ. На основе построенных численных моделей проведен вычислительный эксперимент по оценке уровня загрязнения атмосферы при сносе угольной пыли из полувагона. Результаты. Разработаны 3D, 2D численные модели, которые относятся к классу «diagnostic models». Данные модели учитывают основные физические факторы, влияющие на процесс рассеивания пылевых загрязнений в атмосфере при транспортировке сыпучих грузов. Предложенные численные модели требуют небольших затрат компьютерного времени при практической реализации на компьютерах малой и средней мощности. Эти модели используются для серийных расчетов разнообразных сценариях ситуаций, связанных с вопросами охраны окружающей среды и диагностики интенсивности загрязнения при различных метеоусловиях. Выполнены расчеты по определению концентрации загрязнителя и формирования зоны загрязнения вблизи вагона с сыпучим грузом в масштабе «microscale». Научная новизна. Созданы 3D, 2D численные модели, позволяющие учесть существенные факторы, влияющие на процесс рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере, и формирование зоны загрязнения при перевозке сыпучих грузов железнодорожным транспортом. Практическая значимость. Рассмотрены эффективные численные модели «diagnostic models» для экспресс-расчета уровня загрязнения атмосферы при транспортировке сыпучих грузов железнодорожным транспортом. Модели могут быть применены для разработки мероприятий по охране окружающей среды при эксплуатации железнодорожного транспорта. Предложенные модели позволяют рассчитать 3D, 2D гидродинамику ветрового потока и процесс массопереноса вредных веществ в атмосфере.