МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ ВЕЩЕСТВА В НИЖНЕМ СЛОЕ АТМОСФЕРЫ

Авторы

Абдула Ж.   Галагузова Т.А.   Аяпбергенова А.

Таразский инновационно-гуманитарный университет

Резюме
В данной работе создана математическая модель, заключающаяся в использовании системно-методических методов исследования, позволившая оценить качество приземного слоя атмосферного воздуха. Предложен численный алгоритм и создано новое программное обеспечение, удовлетворительно описывающее процесс распространения загрязняющих веществ в атмосферном воздухе ограниченной территории, заключающемся в использовании алгоритма коррекции потоков, результаты которой коррелируют с данными. В работе рассмотрены двумерное распространение вещества аэрозоля в нижнем слое атмосферы, где цепочка его превращения из одного химического состояния в другое состоит из трех звеньев. Принимая во внимание, что свободное химическое вещество в воздух (субстракт) сначало создают в ходе обратимой реакции воздушную смесь (комплекс), которая, в свою очередь, необратимо распадается, образуя вновь свободное химическое вещество и продукт. Таким образом, авторы показали не только систематизацию известных физико-химических свойств и закономерностей аэрозолей, но и необходимость более глубоких дальнейших исследований.

Файлы
https://applied-research.ru/pdf/2016/3-1/8697.pdf

Ключи:
математическая модель
программное обеспечение
численный алгоритм
использовании алгоритма коррекции потоков
загрязняющие вещества в атмосферном воздухе

Литература
1. Гран Х., Лейн В. Аэрозоли – пыли, дымы, туманы. – СПб., изд. Химия, 1999.
2. Марчук Г.Н. Математические моделирование в проблеме окружающей среды. – Москва, Наука, 2002.
3. Примак А.В., Щербань А.Н. Методы и средства контроля загрязнения атмосферы. – Киев, «Наумова думка», 1980.

 

 

Примесь называется пассивной, если вплоть до выпадения на поверхность земли она не изменяется. Если же она в процессе распространения в атмосфере вступает в химические реакции с водяным паром или с другими компонентами атмосферы или же переходит из одного химического состояния в другое, то такую примесь будем называть активной.

Рассмотрим случай двумерного распространения вещества (аэрозоля) в нижнем слое атмосферы, где цепочка его превращения из одного химического состояния в другое согласно теории Михаэлса-Ментена состоит из трех звеньев. Принимаем, что свободное химическое вещество в воздухе (субстрат) сначала создают в ходе обратимой реакции воздушную смесь (комплекс), которая, в свою очередь, необратимо распадается, образуя вновь свободное химическое вещество и продукт [1].

Под активным понимается только такое количество реагентов, которое фактически участвует в реакции. Если обозначить через s, e, st, p, соответственно концентрацию субстрата, химического вещества, смеси и продукта, то согласно закону действующих масс имеем

abd01.wmf abd02.wmf

abd03.wmf abd04.wmf (1)

где k1, k2 – скорости прямой и обратной реакции: k2 – скорость реакции распада смеси.

Система (1) может быть записана с учетом диффузии, для описания которой используется баланс реагента Φ:

abd06.wmf (2)

Здесь первый интеграл описывает скорость изменения реагента (p в объеме V), второй интеграл – поток (за единицу времени) (p из V через поверхность dS), третий интеграл – скорость уменьшения (p в V в результате реакции), n – единичная внешняя нормаль к поверхности S. Из (2)

abd07.wmf

где D – коэффициент диффузии. Рассмотрим двумерный слой единичной толщины, где происходит диффузия химического вещества. В примеси имеется компонет воздуха который обратимо соединяется с веществом.

Обозначим через Dr и Df коэффициенты диффузии компонента воздуха и реагента соответственно. Уравнения баланса для концентрации компоненты воздуха, реагента и смеси реагент – воздуха записываются в виде

abd08.wmf abd09.wmf

abd10.wmf abd11.wmf

где Cr и Cf – концентрации реагента и смеси воздух – реагент. Функцию согласно (1) можно представить в виде (k3 = 0).

abd12.wmf

Если учитывать перенос вещества течением воздуха по направлениям осей ОХ и ОY со скоростями u и v соответственно, то

abd13.wmf

abd14.wmf (3)

abd15.wmf

abd16.wmf

Система (3) описывает процесс распространения активной примеси с учетом диффузии, химической реакции и переноса вещества течением воздуха.

Иной подход к описанию перехода части аэрозольных соединений в другие формы (под действием химической реакции) предложен в работе Г.И. Марчука [2]. При этом механизм реакции перехода детально не рассматривается, а используется только последовательность звеньев цепочки превращения. Например, для трехзвенной цепочки в двумерном случае имеем

abd17.wmf

abd18.wmf (4)

abd19.wmf

где А – коэффициент турбулентной диффузии; F – интенсивность источника появления аэрозольного соединения.

Если использовать уравнения кинетики обмена вещества между химическими реагентами в составе воздушной массы, где скорости обмена будут пропорциональны разности концентрации.

abd21.wmf (5)

Системы уравнения (4) и (5) в отличие от 3 являются линейными, что существенно упрощает математическое описание процесса распространения и превращения аэрозольного соединения в атмосфере.

При расчете выбросов вредных веществ в атмосферу для каждого вещества, выбрасываемого источниками проверяется условие [3].

abd22a.wmf

abd22b.wmf (6)

где Спр.j – приземная концентрация j – вещества; Сф.j – фонофая концентрация этого вещества.

В случае когда гигиеническое воздействие вредных веществ зависит от совместного присутствия группы веществ, обладающих эффектом «суммарного воздействия», введено дополнительное требование Минздрава:

abd23.wmf (7)

где Kсд – коэффициент комбинации совместного гигиенического действия группы веществ.

Таким образом, не только систематизация известных физика-химических свойств и закономерностей аэрозолей, но и необходимость более глубоких дальнейщих исследований аэрозоля как актуальную проблему в ряде смежных отраслей науки и техники. Наличие взвешенных примесей является нежелательным фактом и на определенном этапе возникает необходимость осаждения и извлечение того или иного количественного изменения, либо, наконец, ее полного или частично уничтожения.


Библиографическая ссылка

Абдула Ж., Галагузова Т.А., Аяпбергенова А. МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЕ ВЕЩЕСТВА В НИЖНЕМ СЛОЕ АТМОСФЕРЫ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2016. – № 3-1. – С. 174-176;
URL: http://applied-research.ru/ru/article/view?id=8697 (дата обращения: 21.06.2018).

Источник

j9508269