Моделирование распространения загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы с учетом влияния застройки и рельефа местности

Версии

pdf

Ключевые слова

Рассеивание загрязняющих веществ
загрязнение атмосферы
компьютерное моделирование
вычислительная гидродинамика
ветровой режим территории
сложный рельеф местности
учет влияния застройки

Как цитировать

Седляров, О., & Бородина, Е. (2023). Моделирование распространения загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы с учетом влияния застройки и рельефа местности. Industrial Processes and Technologies, 2(2(4), 8–25. https://doi.org/10.37816/2713-0789-2022-2-2(4)-8-25 (Original work published 26 июнь 2022 г.)

Аннотация

Традиционно оценка загрязнения атмосферного воздуха делается на базе данных о высотах труб, температуре, скорости, объеме и специфических свойствах выбрасываемого аэрозоля с поправками на преобладающее направление ветров и другими изменениями. Допуски данной методики очень велики — это, как правило, средние метеоусловия и единичный источник. Рассеивание загрязняющих веществ (ЗВ) зависит от условий их эмиссии, переноса и турбулентного смешивания. В работе рассмотрены характеристики, влияющие на устойчивость приземных слоев атмосферы и определяющие процессы турбулентного переноса.

В данной работе предложена методика расчета рассеивания загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы, основанная на методах вычислительной гидродинамики. Использование данной методики позволяет учитывать влияние сложного рельефа местности и характера застройки. В качестве примера расчета распространения загрязняющих веществ в работе рассмотрен расчет выбросов ацетона из отдельно стоящего источника, расположенного в непосредственной близости от здания. Представленные результаты расчетов наглядно показывают сложный характер распределения полей концентраций в непосредственной близости от зданий, а также в условиях плотной застройки и сложного рельефа местности. Моделирование такого сложного распределения практически невозможно без использования мощного аппарата вычислительной гидродинамики.

https://doi.org/10.37816/2713-0789-2022-2-2(4)-8-25
pdf

Библиографические ссылки

Б. Бретшнайдер, И. Курфюрст ; перевод с английского Н. Г. Вашкевич; под редакцией А. Ф. Туболкина. Охрана воздушного бассейна от загрязнений : Технология и контроль Ленинград : Химия : Ленингр. отд-ние, 1989, 287 с.

Pielke R. A. Mesoscale Meteorological Modeling. New York : Academic Press, 1984, 612 p.

VDI Guideline 3945. Part 1. Environmental meteorology - Atmospheric dispersion models; Gaussian Puff Model. – Technical Division Environmental Meteorology, 1996, 36 p.

Venkatram A., Wyngaard J. C. Lectures on Air Pollution Modeling Boston, MA : American Meteorlogical Society, 1988, 390 p.

VDI Guideline 3945. Part 3. Environmental meteorology - Atmospheric dispersion models - Particle model. – Technical Division Environmental Meteorology, 2000, 60 p.

Мешалкин В. П., Бутусов О. Б. Компьютерная оценка воздействия на окружающую среду магистральных трубопроводов. Москва : ИНФРА-М, 2020, 449 с.

User’s Guide for the Industrial Source Complex (ISC3) Dispersion Models, Volume 1 User Instructions : Volume 1. Environmental Protection Agency, 1995, 391 p.

User’s Guide for the Industrial Source Complex (ISC3) Dispersion Models, Volume 2 Description of Model Algorithms : Volume II. Environmental Protection Agency, 1995, 129 p.

Дуничкин, И. В. Особенности аэрационного режима жилой застройки при развитии и реконструкции: На примере пятиэтажной застройки Москвы 1950-60-х годов, не подлежащей сносу : специальность 18.00.04 «Градостроительство, планировка сельскохозяйственных населенных пунктов» : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук; Московский государственный строительный университет. Москва, 2005, 217 с.

Bottema M., Mestayer P. G. Urban roughness mapping—validation techniques and some first results. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 1998, № 74, pp. 163-173.

Bottema M. Aerodynamic roughness parameters for homogeneousbuilding groups : part 2: results : Document SUB-MESO 23. Nantes : Ecole Centrale De Nantes, 1995, 80 p.

Oke T. R. Boundary Layer Climates. London : Routledge, 1992,435 p.

Попова И. В. Методика геоэкологической оценки комфортности городской среды с учетом микроклиматических особенностей : специальность 25.00.36 «Геоэкология» :диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук; Военно–воздушная академия имени профессора Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина, Воронеж, 2019, 198 с.

Gandemer, J. Wind environment around buildings: aerodynamic concepts.International Conference on wind effects on buildings and structures : Proceedings, 4. – Cambridge : Cambridge University Press, 1977. – P. 423-432.

Методы расчетов рассеивания выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферном воздухе: [утверждены приказом Минприроды России от 6 июня 2017 года N 273 : подлежат применению с 1 января 2018 года]. – Текст : электронный. URL: https://docs.cntd.ru/document/456074826 (дата обращения: 04.08.2020).

Общесоюзный нормативный документ. Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ содержащихся в выбросах предприятий (ОНД-86) [не подлежит применению]. Ленинград : Гидрометеоиздат, 1987, 92 с.

Leitl B. M. Meroney R. N. Car exhaust dispersion in a street canyon. Numerical critique of a wind tunnel experiment. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 1997, Vols. 67—68, P. 293-304. DOI: 10.1016/S0167-6105(97)00080-9

F. Gonzalez Olivardia, Q. Zhang, T. Matsuo [et al.]. Analysis of Pollutant Dispersion in a Realistic Urban Street Canyon Using Coupled CFD and Chemical Reaction Modeling. Atmosphere, 2019, Vol. 10, № 9, pp. 479. DOI: 10.3390/atmos10090479

Blocken B., Stathopoulos T., Carmeliet J. CFD simulation of the atmospheric boundary layer: wall function problems. Atmospheric Environment, 2007, Vol. 41, № 2, pp. 238-252. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2006.08.019

M. Piringer, S. Joffre, A. Baklanov [et al.]. The surface energy balance and the mixing height in urban areas—activities and recommendations of COST-Action 715. Boundary-Layer Meteorology, 2007, Vol. 124, № 1, pp. 3-24. DOI 10.1007/s10546-007-9170-0

Chang C.-H., Meroney R. N. Numerical and physical modeling of bluff body flow and dispersion in urban street canyons. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2001, Vol. 89, № 14-15, pp. 1325-1334. DOI: 10.1016/S0167-6105(01)00129-5

Bonner C. S., Ashley M. C. B., Cui X., [et al.]. Thickness of the Atmospheric Boundary Layer Above Dome A, Antarctica, during 2009. Publications of the Astronomical Society of the Pacific, 2010, Vol. 122, № 895, pp. 1122-1131. DOI: 10.1086/656250

Pul W. A. J. Van, Holtslag A. A. M., Swart D. P. J. A comparison of ABL heights inferred routinely from lidar and radiosondes at noontime. Boundary-Layer Meteorology, 1994, Vol. 68, № 1-2, pp. 173-191. DOI: 10.1007/BF00712670

Huq P., Franzese P. Measurements of Turbulence and Dispersion in Three Idealized Urban Canopies with Different Aspect Ratios and Comparisons with a Gaussian Plume Model. Boundary-Layer Meteorology, 2013, Vol. 147, № 1, pp. 103‑121. DOI 10.1007/s10546-012-9780-z

Akhatova A., Kassymov A., Kazmaganbetova M., Rojas-Solórzano L. R. CFD Simulation of the Dispersion of Exhaust Gases in a Traffic Loaded Street of Astana, Kazakhstan. Journal of Urban and Environmental Engineering, 2016, Vol. 9, № 2, pp. 158-166. DOI 10.4090/juee.2015.v9n2.158166

Stoll R., Porté-Agel F. Large-Eddy Simulation of the Stable Atmospheric Boundary Layer using Dynamic Models with Different Averaging Schemes. Boundary-Layer Meteorology, 2007, Vol. 126, № 1, pp. 1-28. DOI: 10.1007/s10546-007-9207-4

Obukhov A. M. Turbulence in an atmosphere with a non-uniform temperature. Boundary-Layer Meteorology, 1971, Vol. 2, № 1, pp. 7-29. DOI: 10.1007/BF00718085

Dhunny A., Toja-Silva F., Peralta C., [et al.].Computational fluid dynamics simulation and full-scale experimental model inter-comparison of the wind flow around a university campus. Wind Engineering, 2017, Vol. 41, № 1, pp. 43-54. DOI: 10.1177/0309524X16666460

Okafor C. V.,Ezeokonkwo U. J., Obodoh D. A., Ogunoh P. Atmospheric Boundary Layer Simulation Using Wall Function Approach in OpenFoam CFD Software. European Journal of Engineering Research and Science, 2018, Vol. 3, № 2, pp. 1. DOI: 10.24018/ejers.2018.3.2.597

Antoniou N., Montazeri H., Wigo H., [et al.]. CFD and wind-tunnel analysis of outdoor ventilation in a real compact heterogeneous urban area: Evaluation using “air delay”. Building and Environment, 2017, Vol. 126, pp. 355-372. DOI: 10.1016/j.buildenv.2017.10.013

So E. S. P., Chan A. T. Y., Wong A. Y. T. Large-eddy simulations of wind flow and pollutant dispersion in a street canyon. Atmospheric Environment, 2005, Vol. 39, № 20, pp. 3573-3582. DOI: 10.1016/j.atmosenv.2005.02.044

Watakabe M., Ohashi M., Okada H., [et al.].Comparison of wind pressure measurements on tower-like structure obtained from full-scale observation, wind tunnel test, and the CFD technology. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2002, Vol. 90, № 12-15, pp. 1817-1829. DOI: 10.1016/S0167-6105(02)00290-8

Tamura T., Nozawa K., Kondo K. AIJ guide for numerical prediction of wind loads on buildings. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2008, Vol. 96, № 10-11, pp. 1974-1984. DOI: 10.1016/j.jweia.2008.02.020

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

Copyright (c) 2022 Промышленные процессы и технологии