Purpose. The article aims to develop 2D numerical models for the prediction of atmospheric pollution during transportation of coal in the railway car, as well as the ways to protect the environment and the areas near to the mainline from the dust emission due to the air injection installation. Methodology. To solve this problem there were developed numerical models based on the use of the equations of motion of an inviscid incompressible fluid and mass transfer. For the numerical integration of the transport equation of the pollutant the implicit alternating-triangular difference scheme was used. For numerical integration of the 2D equation for the velocity potential the method of total approximation was used. The developed numerical models are the basis of established software package. On the basis of the constructed numerical models it was carried out a computational experiment to assess the level of air pollution when transporting bulk cargo by rail when the railway car has the air injection. Findings. 2D numerical models that belong to the class «diagnostic models» were developed. These models take into account the main physical factors affecting the process of dispersion of dust pollution in the atmosphere during transportation of bulk cargo. The developed numerical models make it possible to calculate the dust loss process, taking into account the use of the air injection of the car. They require a small cost of the computer time during practical realization at the low and medium power machines. There were submitted computational calculations to determine pollutant concentrations and the formation of the zone of pollution near the train with bulk cargo in «microscale» scale taking into account the air curtains. Originality. 2D numerical models taking into account the relevant factors influencing the process of dispersion of pollutants in the atmosphere, and the formation of the zone of pollution during transportation of bulk cargo by rail were created. A way to protect the atmosphere from pollution during the emission of bulk cargoes from the rail car, which is based on the principle of the air injection, was developed. Practical value. The efficient numerical models which can be used in the development of environmental protection measures in the operation of railway transport were considered. The proposed model allows calculating 2D dynamics of wind flow, taking into account the installed air injection, and mass transfer process of pollutants in the atmosphere.

    Цель. В работе необходимо провести разработку 2D численных моделей для прогноза загрязнения атмосферы при транспортировке сыпучих грузов в железнодорожном вагоне, а также способа защиты окружающей среды и примагистральных территорий от уноса пыли из полувагонов за счет установки воздушных завес. Методика. Для решения поставленной задачи разработаны численные модели, основанные на применении уравнений движения невязкой несжимаемой жидкости и массопереноса. Для численного интегрирования уравнения транспорта загрязнителя использовалась неявная разностная схема. Для численного интегрирования 2D уравнения для потенциала скорости применяется метод суммарной аппроксимации. Разработанные численные модели составляют основу созданного пакета прикладных программ. На основе построенных численных моделей проведен вычислительный эксперимент по оценке уровня загрязнения атмосферы при уносе угольной пыли из полувагона и наличии воздушной завесы. Результаты. Разработаны 2D численные модели, которые относятся к классу «diagnosticmodels». Данные модели учитывают основные физические факторы, влияющие на процесс рассеивания пылевых загрязнений в атмосфере при транспортировке сыпучих грузов. Разработанные численные модели позволяют рассчитывать процесс уноса пыли с учетом применения воздушной завесы, установленной на полувагоне. Они требуют небольших затрат компьютерного времени при практической реализации на компьютерах малой и средней мощности. Выполнены расчеты по определению концентрации загрязнителя и формирования зоны загрязнения вблизи вагона с сыпучим грузом в масштабе «microscale» с учетом воздушных завес. Научная новизна. Созданы 2D численные модели, позволяющие учесть существенные факторы, влияющие на процесс рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере, и формирование зоны загрязнения при перевозке сыпучих грузов железнодорожным транспортом. Разработан способ защиты атмосферы от загрязнения при сносе сыпучих грузов с железнодорожного вагона, который основан по принципу воздушной завесы. Практическая значимость. Рассмотрены эффективные численные модели, которые могут быть применены при разработке мероприятий по охране окружающей среды при эксплуатации железнодорожного транспорта. Предложенные модели позволяют рассчитать 2D гидродинамику ветрового потока, с учетом установленной воздушной завесы, и процесс массопереноса вредных веществ в атмосфере.

    Мета. У роботі необхідно виконати розробку 2D числових моделей для прогнозу забруднення атмосфери при транспортуванні сипучих вантажів в залізничному вагоні, а також способу захисту навколишнього середовища і примагістральних територій від знесення пилу з піввагонів за рахунок установки повітряних завіс. Методика. Для розв’язання поставленої задачі розроблені числові моделі, засновані на застосуванні рівнянь руху нев’язкої нестисливої рідини і масопереносу. Для числового інтегрування рівняння транспорту забруднювача використовувалася неявна різницева схема. Для числового інтегрування 2D рівняння для потенціалу швидкості застосовується метод сумарної апроксимації. Розроблені числові моделі складають основу створеного пакета прикладних програм. На основі побудованих числових моделей проведено обчислювальний експеримент по оцінці рівня забруднення атмосфери при знесенні вугільного пилу з піввагона та наявності повітряної завіси. Результати. Розроблені 2D числові моделі, які відносяться до класу «diagnosticmodels». Дані моделі враховують основні фізичні фактори, що впливають на процес розсіювання пилових забруднень в атмосфері при транспортуванні сипучих вантажів. Розроблені числові моделі дозволяють розраховувати процес виносу пилу з урахуванням застосування повітряної завіси, встановленої на на піввагоні. Вони вимагають невеликих затрат комп’ютерного часу при практичній реалізації на комп’ютерах малої і середньої потужності. Виконано розрахунки по визначенню концентрації забруднювача і формування зони забруднення поблизу вагона з сипучим вантажем в масштабі «microscale» з урахуванням повітряних завіс. Наукова новизна. Створено 2D числові моделі, що дозволяють врахувати істотні фактори, що впливають на процес розсіювання забруднюючих речовин в атмосфері, і формування зони забруднення при перевезенні сипучих вантажів залізничним транспортом. Розроблено спосіб захисту атмосфери від забруднення при знесенні сипучих вантажів з залізничного вагона, який заснований за принципом повітряної завіси. Практична значимість. Розглянуті ефективні числові моделі, які можуть бути застосовані при розробці заходів з охорони навколишнього середовища при експлуатації залізничного транспорту. Запропоновані моделі дозволяють розрахувати 2D гідродинаміку вітрового потоку, з урахуванням встановленої повітряної завіси, і процес масопереносу шкідливих речовин в атмосфері.


    Access

    Download


    Export, share and cite