ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Моделирование процессов загрязнения атмосферного воздуха из "Управление безопасностью химических производств на основе новых информационных технологий" Успех в разработке модели загрязнения воздушного бассейна зависит от понимания законов распространения загрязняюших веществ. Основными факторами, определяющими распространение загрязняющего вещества, являются адвекция (горизонтальный перенос) и вертикальная диффузия. Скорость ветра отражает не только механизм переноса примесей, но и атмосферную турбулентность. [c.56] Входная информация, необходимая при построении модели, включает в себя три главные группы параметров параметры источника, параметры среды и граничные условия. [c.56] К параметрам источника относятся скорость вьщеления примеси, тип источника (точечный, линейный, поверхностный), характер функционирования источника (мгновенный, непрерывный), свойства загрязняющего вещества, его химическая активность. [c.56] В группу параметров среды входят градиент температуры (вертикальный, горизонтальный), направление и скорость ветра, облачность, радиация, осадки, скорость изменения температуры и давления, значения фоновых концентраций примесей в воздухе. [c.56] Группу граничных условий образуют свойства поверхности (шероховатость, топография), высота инверсии, температура поверхности, поверхностные потоки воздуха. [c.56] Точность модели зависит от полноты учета переменных, входящих в каждую группу. Моделирование позволяет получить распределение концентрации примеси в пространстве и во времени, оценить процессы осаждения примеси, вымывания, химического взаимодействия и сорбции. Кроме того, модели могут быть использованы для решения широкого круга задач прогноза и управления. [c.56] Построение математической модели загрязнения воздушного бассейна существенно упрощается при формализации процесса ее создания. Постановка решаемой задачи может быть связана либо с оперативным прогнозом и управлением, как, например, прогноз появления опасных уровней загрязнения в зависимости от сложившихся метеоусловий, либо с долгосрочным планированием — выбором места строительства нового объекта, определением высоты и диаметра труб и т.д. [c.56] На этапе постановки задачи определяются требования к будущей модели, отмеченные выше. Кроме того, требуется определить качество и количество имеюшейся информации, которую можно использовать для построения модели, и оценить область применения данной модели. [c.57] Выбор шкалы модели связан с определением ее разрешающей способности, времени осреднения параметров, целесообразностью учета действия различных стоков в системе и химических реакций. Так, например, известное в химической технологии уравнение диффузии не должно использоваться на мезо- и макрошкалах учета конвективного члена, поскольку на этих шкалах имеют место турбулентность и явления переноса. [c.57] В связи с тем что к настоящему времени отсутствует единая физико-математическая модель, способная объяснить и учесть все многочисленные аспекты проблемы атмосферной диффузии, важным этапом при построении модели является выбор подхода к моделированию. Существует четыре основных подхода к решению задачи о рассеянии вещества в движущейся газообразной среде [9]. [c.57] Тип случайного процесса, который часто используется при изучении турбулентности и диффузии, может быть охарактеризован как стационарный, однородный, изотропный и гауссовский. [c.58] Трудности применения статистической теории связаны с проверкой вьщвинутых гипотез о типе исследуемых случайных процессов и характере распределения загрязняющего вещества. [c.58] Так как каждый подход имеет свои достоинства и недостатки, выбор любого из перечисленных подходов зависит от того, насколько адекватны ему условия изучаемого процесса загрязнения. Прогресс в развитии понимания атмосферной диффузии обеспечивается сочетанием использования теории с тщательно спланированными наблюдениями и экспериментами. [c.58] Один из последних этапов моделирования связан с выбором системы координат. Одни модели используют движущуюся систему координат Лагранжа, другие — фиксированную систему координат Эйлера. Модели, использующие координаты Лагранжа, позволяют определять концентрации вещества в любой момент времени вдоль криволинейной траектории его распространения, и здесь нет необходимости интегрировать модель по всем трем пространственным координатам. Модель с координатами Эйлера позволяет получить решение в любой точке пространства и для любого момента времени. Удобство такой модели ощущается в случае большого количества точечных источников. [c.58] Окончательным этапом в построении модели является выбор ее базового варианта, который характерен для принятого подхода к моделированию. Под базовым вариантом модели следует понимать ту модель, которая может быть взята за основу для разрабатываемой модели. Эта базовая модель может быть статической или динамической, детерминированной или стохастической, линейной или нелинейной, стационарной или нестационарной по аналогии с моделями, используемыми в химической технологии. [c.58] Для моделирования процессов загрязнения атмосферного воздуха используют модели прогнозирования. [c.58] Различают модели долгосрочного и оперативного прогнозирования. Для долгосрочного прогнозирования наибольщее распространение получили расчетные (аналитические, аппроксима-ционные) модели, полученные на основе решения уравнений турбулентной диффузии. Это модели факела , клубка , ящика , конечно-разностные. Для оперативного прогнозирования широкое распространение получили статистические модели линейной и нелинейной регрессии, а также модели эвристической самоорганизации (метод группового учета аргументов). Для оперативного прогнозирования загрязнения воздуха при аварийных и залповых выбросах следует использовать расчетные (аналитические методы) — модели клубка , применяемые для прогнозирования распространения примесей от мгновенных точечных источников. [c.59] Самыми распространенными моделями прогнозирования являются модели, полученные на основе решения уравнения турбулентной диффузии. [c.59] Выбор начальных и граничных условий, необходимых для решения уравнения (2.1), зависит от условий работы источника и свойств подстилающей поверхности. [c.59] Вернуться к основной статье