УДК 519.63:504.3.054

Моделирование распространения и эволюции загрязнений в воздушном бассейне большого города и окрестности предприятия

В.В.ПЕКУНОВ
(Ивановский государственный энергетический университет)

Состояние воздушной среды в больших городах с интенсивным автомобильным движением, а также в окрестностях предприятий, выбрасывающих в атмосферу токсичные вещества, всегда требовало особого внимания. Актуальна задача прогнозирования распространения загрязнений в воздушном бассейне большого города и в окрестности предприятия.
Предлагается модель в частных производных, описывающая распространение твердых (пылевых) и газообразных загрязнителей в трехмерной области сложной формы с учетом возможной турбулентности воздушных течений, тепловых эффектов (конвекция, образование температурных инверсий), вторичного загрязнения в результате происходящих химических реакций, влажности (в том числе конденсация и испарение капель).
Модель включает две подсистемы: динамическую и кинетическую (химические реакции). В кинетическую подсистему входят ОДУ первого порядка. В динамическую подсистему входят уравнения по типу Навье-Стокса для четырех непрерывных фаз: несущей (воздух и газообразные загрязнители); пылевой; легких капель, переносимых воздухом; тяжелых капель. Применена модель турбулентности Абрамовича-Секундова. Учитываются диффузия и оседание газообразных загрязнителей. Для фаз с собственной скоростью (несущей, пылевой, тяжелых капель), присутствуют уравнения для трех компонент вектора скорости. Имеются уравнения слабой сжимаемости несущей фазы и неразрывности прочих фаз. Для несущей и капельных фаз записаны уравнения распространения тепла. Капельные фазы — многокомпонентные, каждой компоненте соответствуют капли с определенным диапазоном радиусов. Учтены межфазные и межкомпонентные переходы вещества и энергии при конденсации и испарении.
Разработаны однопроцессорная и многопроцессорная программы численного моделирования распространения и эволюции загрязнений. Используется локально-одномерное расщепление с неявными разностными схемами для интегрирования динамических уравнений. Для кинетических уравнений применены методы Гира и Рожкова. Проведен ряд экспериментов по моделированию распространения загрязнений. Планируется дальнейшее развитие работы с целью моделирования кислотных дождей.