Search

Purpose. The work involves the development of a numerical model for calculating the «vulnerability» zone of a possible terrorist attack objective with the use of a chemical agent in a built-up environment. The «vulnerability» zone is a territory near the attack objective, where the emission of a chemical agent during the attack will lead to undesirable consequences. The emission of a chemical agent outside the «vulnerability» zone will not create a dangerous concentration near the attack objective. Methodology. To solve this problem, we use the equation for the velocity potential, on the basis of which we determine the wind stream velocity field, and the equation adjoint to the equation of mass transfer in the atmospheric air of the chemical agent emitted in the event of a terrorist attack. During simulation, we take into account the uneven wind stream velocity field, atmospheric diffusion and the rate of emission of a chemically hazardous substance. For the numerical integration of the velocity potential equation, we use the method of A. A. Samarsky. For numerical solution of the adjoint equation, we introduce new variables and use an implicit difference splitting scheme. The peculiarity of the developed numerical model is the possibility of operative estimation of the «vulnerability» zone near a possible attack objective. Findings. The developed numerical model and computer program can be used for scientifically grounded assessment of the «vulnerability» zone near significant facilities in the event of possible attacks with the use of chemical (biological) agents. The constructed numerical model can be implemented on computers of small and medium power, which allows it to be widely used to solve the problems of this class when developing the emergency response plan. The results of the computational experiment are presented, which allow us to evaluate the possibilities of the proposed numerical model. Originality. An effective numerical model is proposed for calculating the «vulnerability» zone near the facility, which may be the target of a terrorist attack with the use of a chemical agent. The model is based on the numerical integration of the velocity potential equation and the equation adjoint to the equation of mass transfer of a chemically dangerous substance in the atmosphere. Practical value. The developed model can be used to organize protective actions near the target facility of a possible chemical attack by terrorists., Цель. Работа предполагает разработку численной модели для расчета зоны «уязвимости» возможного объекта атаки террориста с применением химического агента в условиях застройки. Зона «уязвимости» представляет собой территорию возле объекта атаки, где эмиссия химического агента при теракте приведет к нежелательным последствиям. Эмиссия химического агента вне зоны «уязвимости» не создаст опасной концентрации возле объекта атаки. Методика. Для решения поставленной задачи использовано уравнение для потенциала скорости, на базе которого определено поле скорости ветрового потока, и уравнение, сопряженное с уравнением массопереноса в атмосферном воздухе химического агента, выброшенного в случае теракта. При моделировании были учтены неравномерное поле скорости ветрового потока, атмосферная диффузия, интенсивность выброса химически опасного вещества. При численном интегрировании уравнения для потенциала скорости использован метод Самарского А. А. Для численного решения сопряженного уравнения введены новые переменные и применена неявная разностная схема расщепления. Особенностью разработанной численной модели является возможность оперативной оценки зоны «уязвимости» возле возможного объекта атаки. Результаты. Разработанная численная модель и компьютерная программа могут быть использованы для научно обоснованной оценки положения зоны «уязвимости» возле значимых объектов в случае возможных терактов с применением химических (биологических) агентов. Построенная численная модель может быть реализована на компьютерах малой и средней мощности, что позволяет широко использовать ее для решения задач рассматриваемого класса при разработке плана ликвидации в аварийной ситуации. Представлены результаты вычислительного эксперимента, позволяющие оценить возможности этой численной модели. Научная новизна. Предложена эффективная численная модель для расчета зоны «уязвимости» возле объекта, который может быть целью террористической атаки с применением химического агента. Модель основана на численном интегрировании уравнения для потенциала скорости и уравнения, являющегося сопряженным к уравнению массопереноса химически опасного вещества в атмосфере. Практическая значимость. Разработанная модель может быть использована для организации защитных мероприятий возле объектов возможной химической атаки террориста., Мета. Робота передбачає розробку чисельної моделі для розрахунку зони «уразливості» можливого об’єкта атаки терориста із застосуванням хімічного агента в умовах забудови. Зона «уразливості» являє собою територію біля об’єкта атаки, де емісія хімічного агента під час теракту призведе до небажаних наслідків. Емісія хімічного агента поза зоною «уразливості» не створить небезпечну концентрацію біля об’єкта атаки. Методика. Для вирішення поставленого завдання використано рівняння для потенціалу швидкості, на базі якого визначено поле швидкості вітрового потоку, і рівняння, спряжене з рівнянням масопереносу в атмосферному повітрі хімічного агента, викинутого в разі теракту. Під час моделювання були враховані нерівномірне поле швидкості вітрового потоку, атмосферна дифузія, інтенсивність викиду хімічно небезпечної речовини. Під час чисельного інтегрування рівняння для потенціалу швидкості використаний метод Самарського А. А. Для чисельного розв’язання спряженого рівняння введені нові змінні та застосована неявна різницева схема розщеплення. Особливістю розробленої чисельної моделі є можливість оперативної оцінки зони «уразливості» біля можливого об’єкта атаки. Результати. Розроблена чисельна модель і комп’ютерна програма можуть бути використані для науково обґрунтованої оцінки стану зони «уразливості» біля важливих об’єктів у разі можливих терактів із застосуванням хімічних (біологічних) агентів. Побудована чисельна модель може бути реалізована на комп’ютерах малої і середньої потужності, що дозволяє широко використовувати її для вирішення завдань зазначеного класу під час розробки плану ліквідації в аварійній ситуації. Наведені результати обчислювального експерименту, що дозволяють оцінити можливості цієї чисельної моделі. Наукова новизна. Запропоновано ефективну чисельну модель для розрахунку зони «уразливості» біля об’єкта, який може бути ціллю терористичної атаки із застосуванням хімічного агента. Модель заснована на чисельному інтегруванні рівняння для потенціалу швидкості й рівняння, що є спряженим до рівняння масопереносу хімічно небезпечної речовини в атмосфері. Практична значимість. Розроблена модель може бути використана для організації захисних заходів біля об’єктів можливої хімічної атаки терориста.

Purpose. The scientific paper solves the question of 2D numerical model development, which allows quick computation of air pollution in streets from vehicles. The aim of the work is numerical model development that would enable to predict the level of air pollution by using protective barriers along the road. Methodology. The developed model is based on the equation of inviscid flow and equation of pollutant transfer. Potential equation is used to compute velocity field of air flow near road in the case of protection barriers application. To solve equation for potential flow implicit difference scheme of «conditional approximation« is used. The implicit change – triangle difference scheme is used to solve equation of convective – diffusive dispersion. Numerical integration is carried out using the rectangular difference grid. Method of porosity technique («markers method») is used to create the form of comprehensive computational region. Emission of toxic gases from vehicle is modeled using Delta function for point source.Findings. Authors developed 2D numerical model. It takes into account the main physical factors affecting the process of dispersion of pollutants in the atmosphere when emissions of vehicle including protection barriers near the road. On the basis of the developed numerical models a computational experiment was performed to estimate the level of air pollution in the street. Originality. A numerical model has been created. It makes it possible to calculate 2D aerodynamics of the wind flow in the presence of noises and the process of mass transfer of toxic gas emissions from the motorway. The model allows taking into account the presence of the car on the road, the form of a protective barrier, the presence of a curb. Calculations have been performed to determine the contamination zone formed at the protective barrier that is located at the motorway. Practical value. An effective numerical model that can be applied in the development of environmental protection measures for the operation of road transport in the city is considered. The developed model allows estimating sizes, the form and intensity of a zone of pollution at a motorway., Цель. В научной статье необходимо решить вопрос разработки 2D численной модели, которая позволила бы быстро рассчитать процесс загрязнения атмосферного воздуха выбросами автотранспорта. Предполагается также создать численную модель, которая давала б возможность прогнозировать уровень загрязнения атмосферного воздуха при использовании защитных барьеров у дороги. Методика. Использована разработанная модель, основанная на уравнении невязкой жидкости и уравнении массопереноса. Уравнение для потенциала скорости используется для расчета поля скорости воздушного потока при эксплуатации барьеров. При решении уравнения для потенциала скорости задействована неявная разностная схема «условной аппроксимации». Для численного решения задачи массопереноса употребляется неявная попеременно-треугольная разностная схема. Численное интегрирование осуществляется на прямоугольной разностной сетке. Для формирования сложной формы расчетной области применяются маркеры. А для моделирования источника эмиссии – модель точечного источника, которая моделируется с помощью дельта-функции Дирака. Результаты. Авторами разработана 2D численная модель, которая учитывает основные физические факторы, влияющие на процесс рассеивания вредных веществ в атмосфере при выбросах от автотранспорта с учетом размещения защитных барьеров у дороги. На основе построенных численных моделей проведен вычислительный эксперимент по оценке уровня загрязнения воздушной среды на улице. Научная новизна. Создана численная модель, которая позволяет рассчитать 2D аэродинамику ветрового потока в условиях наличия помех и процесс массопереноса выбросов токсичных газов от автотрассы. Модель позволяет учитывать наличие автомобиля на дороге, форму защитного барьера, присутствие бордюра. Выполнены расчеты по определению зоны загрязнения, формируемой у защитного барьера, который расположен у автомагистрали. Практическая значимость. Рассмотрена эффективная численная модель, которая может быть применена при разработке мероприятий по охране окружающей среды при эксплуатации автомобильного транспорта в городе. Разработанная модель позволяет оценить размеры, форму и интенсивность зоны загрязнения у автомагистрали., Мета. У науковій статті необхідно вирішити питання щодо розробки 2D чисельної моделі, яка дозволила б швидко розрахувати процес забруднення атмосферного повітря викидами автотранспорту. Передбачено також створити чисельну модель, що давала б можливість прогнозувати рівень забруднення атмосферного повітря при використанні захисних бар’єрів біля дороги. Методика. Використано розроблену модель, яка базується на рівнянні нев’язкої рідини та рівнянні масопереносу. Рівняння для потенціалу швидкості використовується для розрахунку поля швидкості повітряного потоку при експлуатації бар’єрів. При вирішенні рівняння для потенціалу швидкості задіяна неявна різницева схема «умовної апроксимації». Для чисельного рішення задачі масопереносу вживається неявна поперемінно-трикутна різницева схема. Чисельне інтегрування здійснюється на прямокутній різницевій сітці. Для формування складної форми розрахункової області використовуються маркери, а для моделювання джерела емісії – модель точкового джерела, яка формується за допомогою дельта-функції Дірака. Результати. Авторами розроблено 2D чисельну модель, яка враховує основні фізичні фактори, що впливають на процес розсіювання шкідливих речовин в атмосфері при викидах від автотранспорту з урахуванням розміщення захисних бар’єрів біля дороги. На основі побудованих чисельних моделей проведено обчислювальний експеримент із оцінки рівня забруднення повітряного середовища на вулиці. Наукова новизна. Створено чисельну модель, яка дозволяє розрахувати 2D аеродинаміку вітрового потоку в умовах наявності перешкод та процес масопереносу викидів токсичних газів від автотраси. Модель дозволяє враховувати наявність автомобіля на дорозі, форму захисного бар’єру, присутність бордюру. Виконано розрахунки по визначенню зони забруднення, що формується біля захисного бар’єру, розташованого біля автомагістралі. Практична значимість. Розглянута ефективна чисельна модель, яка може бути застосована при розробці заходів із охорони навколишнього середовища при експлуатації автомобільного транспорту в місті. Розроблена модель дозволяє оцінити розміри, форму та інтенсивність зони забруднення біля автомагістралі.

Цель. Научная работа предполагает разработку 3D численной модели для прогноза загрязнения атмосферы при транспортировке сыпучих грузов в железнодорожном вагоне. Методика. Для решения поставленной задачи разработана трехмерная численная модель, основанная на применении уравнения переноса пылевых загрязнений в атмосферном воздухе под действием ветра и атмосферной турбулентной диффузии. Для численного интегрирования моделирующего уравнения переноса пыли использовалась неявная разностная схема. При построении разностной схемы осуществляется предварительное расщепление исходного уравнения переноса на последовательность решения трех уравнений. Первое из них учитывает перенос пыли по траекториям, второе уравнение – перенос пыли под действием атмосферной турбулентной диффузии, а третье уравнение – изменение концентрации пыли в атмосферном воздухе за счет ее эмиссии из вагонов. Неизвестное значение концентрации загрязнителя на каждом шаге расщепления определяется по явной схеме – методу бегущего счета, что обеспечивает простую численную реализацию уравнений расщепления. Разработанная численная модель составляет основу специализированной компьютерной программы. На основе построенной численной модели проведен вычислительный эксперимент по оценке уровня загрязнения атмосферы на железнодорожной станции при движении состава с углем. Результаты. Разработана 3D численная модель, которая относится к классу «screening models». Данная модель учитывает основные физические факторы, влияющие на процесс рассеивания пылевых загрязнений в атмосфере при транспортировке угля. Предложенная численная модель требует небольших затрат компьютерного времени при практической реализации на компьютерах малой и средней мощности. Эта модель может использоваться для оперативных расчетов динамики загрязнения атмосферного воздуха при перевозке угля железнодорожным транспортом. Выполнены расчеты по определению концентрации загрязнителя и формированию зоны загрязнения на станции Enugu. Представлены результаты физического эксперимента, позволяющие рекомендовать применение дополнительных бортов специальной формы для минимизации выноса угольной пыли из полувагонов. Научная новизна. Авторами создана 3D численная модель, позволяющая учесть существенные физические факторы, влияющие на процесс рассеивания пыли в атмосфере. Модель позволяет рассчитывать формирование зон загрязнения при перевозке угля железнодорожным транспортом. Практическая значимость. Рассмотрена эффективная численная модель класса «screening models» для экспресс-расчета уровня загрязнения атмосферы при транспортировке угля железнодорожным транспортом. Модель может быть применена при разработке мероприятий по охране окружающей среды при эксплуатации железнодорожного транспорта. Предложенная модель позволяет оперативно рассчитать 3D перенос пыли в атмосферном воздухе., Мета. Наукова робота передбачає розробку 3D чисельної моделі для прогнозу забруднення атмосфери при транспортуванні сипучих вантажів у залізничному вагоні. Методика. Для вирішення поставленої задачі розроблена тривимірна чисельна модель, заснована на застосуванні рівняння переносу пилових забруднень в атмосферному повітрі під дією вітру та атмосферної турбулентної дифузії. Для чисельного інтегрування моделюючого рівняння транспорту пилу використовувалася неявна різницева схема. При побудові різницевої схеми здійснюється попереднє розщеплення вихідного рівняння переносу на послідовність розв’язання трьох рівнянь. Перше з них враховує перенесення пилу по траєкторіях, друге рівняння – перенесення пилу під дією атмосферної турбулентної дифузії, а третє рівняння – зміна концентрації пилу в атмосферному повітрі за рахунок її емісії з вагонів. Невідоме значення концентрації забруднювача на кожному кроці розщеплення визначається за явною схемою – методу біжучого рахунку, що забезпечує просту чисельну реалізацію рівнянь розщеплення. Розроблена чисельна модель становить основу спеціалізованої комп’ютерної програми. На основі побудованої чисельної моделі проведено обчислювальний експеримент по оцінці рівня забруднення атмосфери на залізничній станції під час руху потяга з вугіллям. Результати. Розроблено 3D чисельну модель, яка відноситься до класу «screning models». Дана модель враховує основні фізичні фактори, що впливають на процес розсіювання пилових забруднень в атмосфері при транспортуванні вугілля. Запропонована чисельна модель вимагає невеликих витрат комп’ютерного часу при практичній реалізації на комп’ютерах малої та середньої потужності. Ця модель може використовуватися для оперативних розрахунків динаміки забруднення атмосферного повітря при перевезенні вугілля залізничним транспортом. Виконано розрахунки по визначенню концентрації забруднювача та формуванню зони забруднення на станції Enugu. Представлені результати фізичного експерименту, що дозволяють рекомендувати застосування додаткових бортів спеціальної форми для мінімізації виносу вугільного пилу з напіввагонів. Наукова новизна. Авторами створена 3D чисельна модель, що дозволяє врахувати істотні фізичні фактори, що впливають на процес розсіювання пилу в атмосфері. Модель дозволяє розраховувати формування зон забруднення при перевезенні вугілля залізничним транспортом. Практична значимість. Розглянута ефективна чисельна модель класу «screening models» для експрес-розрахунку рівня забруднення атмосфери при транспортуванні вугілля залізничним транспортом. Модель може бути застосована при розробці заходів із охорони навколишнього середовища при експлуатації залізничного транспорту. Запропонована модель дозволяє оперативно розрахувати 3D перенесення пилу в атмосферному повітрі., Purpose. The article is aimed to develop 3D numerical model for the prediction of atmospheric pollution during transportation of bulk cargo in the railway car. Methodology.To solve this problem, it was developed three-dimensional numerical model, based on the use of the transport equation of dust pollution in the air by the wind and atmospheric turbulent diffusion. For the numerical integration of the simulating equation of the dust transport the implicit difference scheme was used. When constructing a difference scheme, it was carried out prior splitting of the original transport equation into the sequence of solutions of three equations. The first of them takes into account the transport of dust in paths, the second equation – dust transport under the influence of atmospheric turbulent diffusion, and the third equation –change of the dust concentration in the air due to its emissions from the cars.Unknown value of the pollutant concentration at every step of splitting is determined by the explicit scheme – the method of running account, which provides a simple numerical implementation of splitting equations. The developed numerical model is the basis for specialized computer program. On the basis of the constructed numerical model we carried out a computational experiment to assess the level of air pollution at the railway station during the motion of train with coal. Findings. Authors developed 3D numerical model, which belongs to the class of «screening models». This model takes into account the main physical factors affecting the process of dispersion of dust pollution in the atmosphere during coal transportation. The proposed numerical model requires low cost of computer time in the practical implementation on small and medium-power computers. This model can be used for rapid calculations of the dynamics of air pollution when transporting coal by rail. Calculations to determine the pollutant concentration and formation of the contamination zone at Enugu station were performed. The results of physical experiment, allow us to recommend the use of additional specially shaped boards to minimize the removal of coal dust from gondola cars. Originality.It was created3D numerical model that makes it possible to take into account significant physical factors that influence the process of dust dispersion in the atmosphere. The model allows calculating the formation of pollution zones during transportation of coal by rail. Practical value. The effective numerical model of the class «screening models» for rapid calculation of the level of air pollution from coal transport by rail was considered. The model can be applied in the development of environmental protection measures in the operation of rail transport. The proposed model allows you to quickly calculate the 3D transfer of dust in the air.

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.

Purpose. Development of a method for protection of atmosphere against pollution by burning solid rocket propellant within the moving railway carriage. Create a calculation method to substantiate the effectiveness of the proposed method of protection on the basis of numerical modeling of impurity scattering processes in the atmosphere. Methodology. To solve this problem developed a numerical model based on the application of multivariate equations of mass transfer. For the numerical integration of pollutant transport equation was used implicit «change – triangle» difference scheme. When constructing a difference scheme physical and geometric cleavage of the transfer equation is carried out in four steps. Unknown value of pollutant concentration at each step of cleavage is determined by the explicit scheme – the method of point-to-point computation. When conducting computational experiments considered the speed of the wind flow, the speed of the train, the process of emission of chemically dangerous substances and neutralizer. On the basis of the numerical model a computational experiment to assess the level of air pollution if burned in a moving railway carriage of dangerous goods. The calculations for application of the neutralization of combustion products of solid rocket propellant. Findings. An effective way to protect against contamination of the atmosphere in the emission of hazardous substances from a moving rail car. A numerical model that allows to quickly calculate the air pollution in the event of an accident during transport of solid rocket propellant, as well as to calculate the rational parameters of the process of neutralization of pollutant. This model can be used for serial calculations modeling the different emergency scenarios. Originality. A new way to protect the atmosphere from contamination by release of hazardous substances from a moving railroad car. Developed a numerical model that allows to evaluate the effectiveness of the proposed method of protection taking into account those physical parameters that affect this process. Practical value. An efficient numerical model, so called «diagnostic models» were considered for rapid calculation of the level of pollution of the atmosphere, and the atmosphere is provided a method of protection in emergency situations, in the case of solid rocket propellant transportation by railway., Разработка способа защиты атмосферы от загрязнения при горении твердого ракетного топлива, находящегося в движущемся железнодорожном вагоне. Создание метода расчета для обоснования эффективности предложенного способа защиты на основе численного моделирования процесса рассеивания примеси в атмосфере. Методика. Для решения поставленной задачи разработана численная модель, основанная на применении многомерного уравнения массопереноса. Для численного интегрирования уравнения транспорта 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. При проведении вычислительного эксперимента учитывались скорость ветрового потока, скорость поезда, процесс эмиссии химически опасного вещества и нейтрализатора. На основе построенной численной модели проведен вычислительный эксперимент по оценке уровня загрязнения атмосферы при возгорании в движущемся железнодорожном вагоне опасного груза. Проведены расчеты по применению нейтрализации продуктов горения твердого ракетного топлива. Результаты. Предложен эффективный способ защиты атмосферы от загрязнения при эмиссии опасного вещества из движущегося вагона. Разработана численная модель, которая позволяет оперативно рассчитать загрязнение атмосферы в случае аварии при транспортировке твердого ракетного топлива, а также рассчитать рациональные параметры процесса нейтрализации загрязнителя. Эта модель может использоваться для серийных расчетов по моделированию различных сценариев аварийных ситуаций. Научная новизна. Предложен новый способ защиты атмосферы от загрязнения при выбросе опасного вещества из движущегося железнодорожного вагона. Разработана численная модель, позволяющая выполнить оценку эффективности предложенного метода защиты с учетом тех физических параметров, которые влияют на этот процесс. Практическая значимость. Рассмотрена эффективная численная модель «diagnostic models» для экспресс расчета уровня загрязнения атмосферы, и разработан способ защиты атмосферы при аварийных ситуациях, в случае перевозки железнодорожным транспортом твердого ракетного топлива., Мета. Розробка способу захисту атмосфери від забруднення при горінні твердого ракетного палива, що знаходиться в рухомому залізничному вагоні. Створення методу розрахунку для обґрунтування ефективності запропонованого способу захисту на основі чисельного моделювання процесу розсіювання домішки в атмосфері. Методика. Для розв’язання поставленої задачі розроблена чисельна модель, заснована на застосуванні багатовимірного рівняння масопереносу. Для чисельного інтегрування рівняння транспорту 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. При проведенні обчислювального експерименту враховувалися швидкість вітрового потоку, швидкість потягу, процес емісії хімічно небезпечної речовини та нейтралізатора. На основі побудованої чисельної моделі проведено обчислювальний експеримент по оцінці рівня забруднення атмосфери при загорянні в рухомому залізничному вагоні небезпечного вантажу. Проведено розрахунки щодо застосування нейтралізації продуктів горіння твердого ракетного палива. Результати. Запропоновано ефективний спосіб захисту атмосфери від забруднення при емісії небезпечної речовини з вагона, що рухається. Розроблено чисельну модель, яка дозволяє оперативно розрахувати забруднення атмосфери в разі аварії при транспортуванні твердого ракетного палива, а також розрахувати раціональні параметри процесу нейтралізації забруднювача. Ця модель може використовуватися для серійних розрахунків з моделювання різних сценаріїв аварійних ситуацій. Наукова новизна. Запропоновано новий спосіб захисту атмосфери від забруднення при викиді небезпечної речовини з рухомого залізничного вагона. Розроблена чисельна модель, що дозволяє виконати оцінку ефективності запропонованого методу захисту з урахуванням тих фізичних параметрів, які впливають на цей процес. Практична значимість. Розглянуто ефективна чисельна модель «diagnostic models» для експрес розрахунку рівня забруднення атмосфери, і розроблений спосіб захисту атмосфери при аварійних ситуаціях, в разі перевезення залізничним транспортом твердого ракетного палива.

Разработана численная модель для моделирования трехмерного процесса переноса загрязнителя в атмосфере. Модель основывается на численном интегрировании трехмерного уравнения переноса примеси. Для численного интегрирования используется неявная разностная схема. Представлены результаты численного моделирования., Постановка задачі. Внаслідок надзвичайних ситуацій техногенного характеру відбувається інтенсивне забруднення атмосфери. Прогнозування процесу розповсюдження забруднювача є важливим при прийнятті адекватних рішень під час локалізації зон забруднення та ліквідації наслідків аварійних ситуацій з хімічно небезпечними речовинами.Аналіз проблеми дослідження. Аналіз сучасних методів прогнозування забруднення атмосфери після аварій з небезпечними речовинами показав наявність суттєвих недоліків, а саме: вони не враховують вплив будівель на процес переносу небезпечних речовин в атмосфері, параметри метеоситуації та потребують великих втрат часу на отримання результату прогнозування. Таким чином, постає необхідність у створенні чисельних моделей, що дозволяють комплексно врахувати перелічені вище чинники та швидко виконувати розрахунки.Для практичного застосування вкрай важливо мати стійкі чисельні алгоритми, які дозволяли б розраховувати забруднення атмосфери для широкого кола аварійних ситуацій. Тому в даній роботі для прогнозу аварійного забруднення атмосфери застосовано неявну поперемінно-трикутну різницеву схему. Ця схема має особливість – вона є неявною за побудовою, але розрахунок значення концентрації здійснюється за явною схемою — метод «бегущего счета».Мета дослідження. Метою дослідження є розробка нової ефективної 3D чисельної моделі для розрахунку розсіювання токсичних газів в атмосфері, яка враховує вплив будівель на процес переносу забруднювача в атмосфері, параметри метеоситуації, легка в користуванні та для отримання результату прогнозування потребує 10–15 секунд.Висновки. Розроблено ефективну чисельну модель для моделювання тривимірного процесу забруднення атмосфери у разі надзвичайних ситуацій на базі гідродинамічної моделі потенціальної течії і тривимірного рівняння переносу домішки, які враховують вплив вітрового потоку на перенос забруднювача і хімічний розпад забруднюючої речовини.Розроблену модель було використано для розрахунку зони ураження в селітебній зоні у випадку аварії з викидом токсичних газів поблизу залізничного мосту. Представлено результати розрахунків, що ілюструють ефективність розробленої 3D моделі прогнозування розсіювання забруднювача в атмосфері. На основі проведених розрахунків показано, що у випадку аварійної ситуації можливе швидке та небезпечне забруднення атмосфери в селітебній зоні., A numerical model was developed to simulate the pollutant dispersion in the atmosphere after accidents. The model is based on the 3-D K-gradient model of pollutant dispersion. The implicit scheme is used for the numerical integration. Results of numerical experiment are presented.

A numerical model was developed to simulate the pollutant dispersion in the atmosphere after accidents. The model is based on the 3-D K-gradient model of pollutant dispersion. The implicit scheme is used for the numerical integration. Results of numerical experiment are presented. Разработана численная модель для моделирования трехмерного процесса переноса загрязнителя в атмосфере. Модель основывается на численном интегрировании трехмерного уравнения переноса примеси. Для численного интегрирования используется неявная разностная схема. Представлены результаты численного моделирования. Постановка задачі. Внаслідок надзвичайних ситуацій техногенного характеру відбувається інтенсивне забруднення атмосфери. Прогнозування процесу розповсюдження забруднювача є важливим при прийнятті адекватних рішень під час локалізації зон забруднення та ліквідації наслідків аварійних ситуацій з хімічно небезпечними речовинами.Аналіз проблеми дослідження. Аналіз сучасних методів прогнозування забруднення атмосфери після аварій з небезпечними речовинами показав наявність суттєвих недоліків, а саме: вони не враховують вплив будівель на процес переносу небезпечних речовин в атмосфері, параметри метеоситуації та потребують великих втрат часу на отримання результату прогнозування. Таким чином, постає необхідність у створенні чисельних моделей, що дозволяють комплексно врахувати перелічені вище чинники та швидко виконувати розрахунки.Для практичного застосування вкрай важливо мати стійкі чисельні алгоритми, які дозволяли б розраховувати забруднення атмосфери для широкого кола аварійних ситуацій. Тому в даній роботі для прогнозу аварійного забруднення атмосфери застосовано неявну поперемінно-трикутну різницеву схему. Ця схема має особливість – вона є неявною за побудовою, але розрахунок значення концентрації здійснюється за явною схемою — метод «бегущего счета».Мета дослідження. Метою дослідження є розробка нової ефективної 3D чисельної моделі для розрахунку розсіювання токсичних газів в атмосфері, яка враховує вплив будівель на процес переносу забруднювача в атмосфері, параметри метеоситуації, легка в користуванні та для отримання результату прогнозування потребує 10–15 секунд.Висновки. Розроблено ефективну чисельну модель для моделювання тривимірного процесу забруднення атмосфери у разі надзвичайних ситуацій на базі гідродинамічної моделі потенціальної течії і тривимірного рівняння переносу домішки, які враховують вплив вітрового потоку на перенос забруднювача і хімічний розпад забруднюючої речовини.Розроблену модель було використано для розрахунку зони ураження в селітебній зоні у випадку аварії з викидом токсичних газів поблизу залізничного мосту. Представлено результати розрахунків, що ілюструють ефективність розробленої 3D моделі прогнозування розсіювання забруднювача в атмосфері. На основі проведених розрахунків показано, що у випадку аварійної ситуації можливе швидке та небезпечне забруднення атмосфери в селітебній зоні.

A numerical model was developed to simulate the pollutant dispersion in the atmosphere. The model is based on the 2D-gradient model of pollutant dispersion. The implicit scheme is used for the numerical integration. Results of numerical experiment are presented., Разработана численная модель для моделирования процесса переноса загрязнителя в атмосфере. Разработанная модель основывается на численном интегрировании двухмерного уравнения переноса примеси. Для численного интегрирования используется неявная разностная схема. Представлены результаты численного моделирования., Розроблено числову модель для моделювання процесу переносу забруднювача в атмосфері. Розроблена модель базується на числовому інтегруванні двовимірного рівняння переносу домішки. Для числового інтегрування застосовується неявна різницева схема. Наведено результати розрахунків на базі розробленої моделі.