Аэродинамическое моделирование распространения дымовых газов

Математическое Моделирование от профессионалов

Моделирование воздействия ветра на распространение выбросов дымовых газов

Источники загрязнения атмосферы можно разделить на природные и антропогенные. К природным источникам загрязнения можно отнести вулканические и биологические процессы, вызванную воздействиями ветра почвенную эрозию, лесные пожары и т.д. Антропогенные включают транспорт и промышленность, сельское хозяйство, а также бытовое загрязнение.

Автомобильный транспорт в наше время стоит на первом месте по объемам выбросов дымовых газов из всех других видов транспорта. Наиболее значимыми промышленными загрязнителями являются металлургические предприятия, химическое производство и теплоэнергетика.

В России тепловая энергетика, работающая на продуктах нефтепереработки, вносит наибольший вклад в общий объем загрязняющих атмосферу веществ. В процессе их сжигания образуются видимые невооруженным взглядом твердые частицы сажи и оксиды металлов, а также газообразные – углекислый газ, оксиды азота и серы. Т.к. КПД существующих тепловых энергетических установок не превышает 50%, то очевидно, что более половины получаемой от сжигания энергии преобразуется в тепловую – еще один значимый вид загрязнения.

Предприятия металлургического и химического комплексов в результате воздействия ветра привносят в окружающий воздух большое количество пыли и разнообразных твердых и газообразных химических веществ. Различные по своей структуре и массе эти вещества могут оседать как вблизи предприятий, так и за сотни и тысячи километров от них.

Известные аналитические методики позволяют с хорошей степенью точности определить расстояния, на которых значения ПДК по исследуемым веществам уже не превышают норму. Однако, точность данных расчетов сильно снижается если рассматривать источник загрязнения в плотной застройке. Т.е. при наличии нескольких труб в ограниченном городском пространстве суммарное влияние выбросов дымовых газов на ПДК данными методами невозможно определить.

В этом случае на помощь приходят методы компьютерного аэродинамического моделирования, при помощи которых можно определить скорость рассеивания и оседания вредных веществ от любого количества источников загрязнения. Т.е. определить зоны, в которых есть превышение предельно допустимых концентраций загрязнителей.

В данной работе проведено математическое моделирование распространения дымовых газов от нескольких источников, расположенных на территории промышленного предприятия при различных скоростях и направлениях ветра.

Кроме того, проведен расчет воздействия ветра и определены аэродинамические коэффициенты ветровой нагрузки на находящиеся на территории объекта две градирни для 8 направлений ветра, согласно СП 20.13330.2011. При проведении моделирования обтекания ветром на входе в расчетную область задавался логарифмический профиль скорости, соответствующий изменению ветрового давления с высотой.

При расчёте распространения дымовых газов учитывались роза ветров и средняя скорость ветра в месте нахождения предприятия, а также окружающая застройка.

В результате компьютерного аэродинамического моделирования были визуализированы линии тока распространения вредных веществ. Определены расстояния, на которых концентрации исследуемых веществ уже не превышают ПДК. Построены поля рассеивания выбросов дымовых газов в пределах территории предприятия и окружающего его пространства.

Получены поля давлений на конструкциях градирен, аэродинамические коэффициенты ветровой нагрузки, а также силы, действующие на них на различных высотных отметках. Отмечено взаимное влияние зданий на периодическое изменение нагрузок в связи с вихреобразованием на их кромках. Особенно это влияние велико в случае обтекания одной из гардирен спутным следом от другой. Данную особенность, полученную при моделировании обтекания ветром, следует учитывать при проектировании усиления конструкции.

Аэродинамический коэффициент ветровой нагрузки Аэродинамический коэффициент ветровой нагрузки
Аэродинамический коэффициент ветровой нагрузки Аэродинамический коэффициент ветровой нагрузки
Аэродинамический коэффициент ветровой нагрузки Аэродинамический коэффициент ветровой нагрузки
Моделирование обтекания ветром Моделирование обтекания ветром
Воздействия ветра на конструкции Воздействия ветра на конструкции
Выбросы дымовых газов Выбросы дымовых газов
Моделирование обтекания ветром Моделирование обтекания ветром
Коэффициент ветровой нагрузки Коэффициент ветровой нагрузки