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.