Прогноз загрязнения атмосферы при случайном выборе дискретных пылящих участков на базе численного моделирования

摘要

Цель работы. Оценка методом численного моделирования уровней загрязнения атмосферы г. Апатиты в зависимости от дискретного расположения изменяющегося числа участков пиления, выбираемых случайным образом, и скорости ветрового потока.Методика. Компьютерное моделирование аэродинамики и переноса пыли в трехмерной геометрии выполнено с помощью программы СОМSOL. Для вычисления аэродинамических характеристик применялось приближение несжимаемой жидкости с привлечением стандартной (к-ε)-модели турбулентности. Интенсивность пыления задавалась как функция динамической скорости при сухом состоянии отвальных хвостов на поверхности пляжа. Прогресс распространения пылевых загрязнений моделировался посредством численного решения конвективно-диффузионного уравнения переноса примеси с учетом скорости оседания. Численные эксперименты проводились при случайном выборе дискретных участков и вариации скорости ветра от 5 до 23 м/с и площади пыления от 2 до 10 га.Результаты и их анализ. Получены пространственные распределения аэродинамических характеристик модели и распределения пылевых загрязнений (частицы пыли диаметром 35 мкм). Наибольшему загрязнению подвержена атмосфера района Старые Апатиты. Проанализированы и обобщены до фунтщоналъных зависимостей расчетные уровни загрязнения атмосферы в центре г. Апатиты. Приняты во внимание диапазоны значений варьируемых параметров модели с учетом осреднения по количеству испытаний для конкретной площади пыления. Расчетные зависимости концентрации пыли от плогцади пыления при фиксированной скорости ветра в центре г. Апатиты описываются линейными функциями. Зависимость концентрации пыли от скорости ветрового потока при фиксированной площади пыления может быть аппроксимирована степенной фунщией.Выводы и область применения. Обобщенная фунщиональная зависимость позволяет прогнозировать концентрацию пыли в г. Апатиты в зависимости от площади пыления случайным образом выбранных дискретных участков хвостохранилища и скорости ветрового потока. Полученная зависимость позволяет сделать прогноз критической площади пыления, при которой уровень загрязнения атмосферы достигает предельно допустимых концентраций.