Browsing by Author "Беляев, Николай Николаевич"

Now showing 1 - 40 of 100

3D численная модель для оценки территориального риска при теракте
(Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту ім. акад. В. Лазаряна, Дніпро, 2018) Беляев, Николай Николаевич; Калашников, Иван Владимирович; Клименко, Ирина Владимировна; Козачина, Виталий Анатольевич
RU: Цель. Работа предполагает разработку 3D численной модели для оценки территориального риска в случае теракта с использованием химического агента. Методика. Для описания процесса рассеивания в атмосфере химического агента, выброшенного в случае теракта, используется трехмерное уравнение массопереноса примеси в атмосферном воздухе. Уравнение учитывает поле скорости ветрового потока, атмосферную диффузию, интенсивность эмиссии химического агента, наличие зданий возле места выброса химически опасного вещества. Для численного интегрирования моделирующего уравнения используется конечноразностный метод. Особенностью разработанной численной модели является возможность оценки территориального риска в случае теракта при различных метеоусловиях и наличии зданий. Для расчета поля скорости ветрового потока в условиях застройки применяется трехмерное уравнение для потенциала скорости. Результаты. Разработанная численная модель и пакет программ могут быть использованы для оценки территориального риска как в случае терактов с применением химических агентов, так и в случае экстремальных ситуаций на химически опасных объектах и транспорте. Построенная численная модель может быть реализована на компьютерах малой и средней мощности, что позволяет широко использовать ее для решения задач рассматриваемого класса, при разработке плана ликвидации аварийной ситуации. Представлены результаты вычислительного эксперимента, позволяющие оценить возможности предложенного метода оценки территориального риска в случае теракта с использованием химического агента. Научная новизна. Предложена эффективная численная модель для оценки территориального риска в случае теракта с применением химически опасного вещества. Метод может быть использован для оценки территориального риска в условиях городской застройки, что позволяет получать адекватные данные о возможных зонах поражения. Метод основан на численном интегрировании фундаментального уравнения массопереноса, выражающего закон сохранения массы в жидкой среде. Практическая значимость. Предложенный метод оценки территориального риска в случае теракта с применением химического агента может быть использован для расчета зон поражения возле административных зданий, центров и других социально значимых объектов.
CFD моделирование аэроионного режима в рабочих зонах в условиях искусcтвенной ионизации воздуха
(Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, Днипропетровск, 2016) Беляев, Николай Николаевич; Цыганкова, Светлана Григорьевна
RU: Цель. Работа предполагает создание CFD модели расчета аэроионного режима в помещениях и в рабочих зонах при искусственной ионизации воздуха путем установки ионизатора внутри помещения с учетом наиболее существенных физических факторов, оказывающих влияние на формирование концентрационного поля аэроионов. Методика. Предложенная CFD модель расчета аэроионного режима в рабочих зонах при искусственной ионизации воздуха путем установки ионизатора внутри помещения основана на применении уравнений аэродинамики, электростатики и массопереноса. Уравнение массопереноса учитывает взаимодействие ионов различной полярности друг с другом и с частицами пыли. Расчет скорости движения воздушных потоков в помещении осуществлялся на основе модели потенциального течения, для чего было использовано уравнение Лапласа для функции тока. Для расчета дрейфа заряженных частиц под действием электрического поля использовалось уравнение Пуассона для электрического потенциала. При моделировании учитывались: 1) влияние геометрических характеристик рабочей зоны; 2) местоположение отверстий приточно-вытяжной вентиляции; 3) расстановка мебели и оборудования; 4) режим воздухообмена в помещении; 5) наличие препятствий в процессе рассеивания аэроионов; 6) конкретное место эмиссии частиц пыли и ионов различной полярности и их взаимодействие в помещении и в рабочих зонах. Результаты. Разработанная CFD модель позволяет определить концентрацию отрицательных ионов в помещении и в зоне расположения органов дыхания человека. Распределение концентрации отрицательных аэроионов представлено в виде изолиний концентрационного поля. Научная новизна. Авторами создана 2D CFD модель для расчета аэроионного режима в рабочих зонах, предоставляющая возможность определять концентрационное поле аэроионов в заданном месте в помещении. Предложенная модель разработана с учетом: размещения мебели и оборудования в помещении; геометрических характеристик помещения; местоположения источников эмиссии пыли и ионов различной полярности; физических процессов, влияющих на формирование концентрационного поля аэроионов. Практическая значимость. Полученная 2D CFD модель для расчета аэроионного режима в рабочих зонах позволит рассчитывать концентрацию аэроионов в месте расположения дыхательных органов человека с учетом основных физических факторов, определяющих формирование концентрационных полей аэроионов. Это даст возможность рационально расположить ионизаторы в рабочих помещениях для создания комфортных условий работы персонала.
CFD модель для оценки территориального риска и уровня загрязнения воздушной среды при эмиссии химического агента
(Национальный горный университет, Днепр, 2018) Беляев, Николай Николаевич; Калашников, Иван Владимирович; Берлов, Александр Викторович
RU: Предложен метод расчета распространения опасных веществ в условиях застройки, который позволяет осуществлять оценку территориального риска. Численное моделирование осуществляется на базе модели аэродинамики и распространения примеси в атмосферном воздухе. Численная модель ориентирована на проведение экспресс расчетов. Приведено описание алгоритма решения задачи по оценке территориального риска при эмиссии химически опасного вещества при экстремальной ситуации на промышленном объекте. Представлены результаты вычислительного эксперимента.
Авария на химически опасном объекте: численное моделирование процесса нейтрализации токсичного газа над крышей здания
(Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпропетровськ, 2012) Беляев, Николай Николаевич; Лисняк, Владимир Михайлович
RUS: На основе 2D разработанной численной модели выполнен расчет процесса нейтрализации токсичного газа при его выходе через пролом в крыше. Для подачи нейтрализатора используется вертолет. Модель основывается на численном интегрировании уравнения конвективно-диффузионного переноса примеси и на модели невязкой несжимаемой жидкости. Приводятся результаты вычислительного эксперимента.
Антитеррористический инжиниринг при возможном теракте с применением химического агента на улице
(Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро, 2018) Беляев, Николай Николаевич; Берлов, Александр Викторович; Калашников, Иван Владимирович; Козачина, Виталий Анатольевич
RU: Цель. Данная работа предусматривает разработку метода локального снижения на улице концентрации химически опасного вещества, которое поступило в атмосферу через вентиляционный выброс на крыше кафе, а также создание численной модели для расчета зоны химического заражения, позволяющей оценить эффективность применения экранов, минимизирующих его уровень. Методика. Для решения поставленной задачи использовано уравнение для потенциала скорости, на базе которого определено поле скорости воздушного потока, и уравнение конвективно-диффузионного рассеивания химически опасного агента в атмосферном воздухе, выброшенного в случае теракта через систему вентиляции. При моделировании были учтены неравномерное поле скорости ветрового потока, атмосферная диффузия, интенсивность выброса химически опасного агента. При численном интегрировании уравнения для потенциала скорости использован метод Либмана. Для численного решения уравнения конвективно-диффузионного рассеивания примеси использована неявная попеременно-треугольная разностная схема расщепления. Результаты. На основе разработанной численной модели дана оценка эффективности применения экранов на здании для снижения концентрации опасного вещества и минимизации риска токсичного поражения людей на улице при инициированном выбросе химического агента. Построенная численная модель может быть реализована на компьютерах малой и средней мощности, что позволяет широко использовать ее для решения задач рассматриваемого класса при разработке стратегии антитеррористического инжиниринга. Научная новизна. Предложена эффективная численная модель для расчета зоны заражения людей на улице при возможном теракте с использованием химического (биологического) агента. Модель также может быть применена для оценки эффективности некоторых защитных мероприятий, направленных на снижение уровня загрязнения воздушной среды при теракте. Практическая значимость. Разработанная численная модель может быть использована для организации защитных мероприятий возле социальных объектов возможной химической атаки террориста.
Выявление зон химического загрязнения в городах и оценка рисков хронических заболеваний
(Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро, 2019) Беляев, Николай Николаевич; Русакова, Татьяна Ивановна
RU: Цель. Научная работа своей целью имеет создание методологии выявления зон химического загрязнения на территориях промышленных городов и учет возможности оценки рисков хронических заболеваний. Методика. Метод численного расчета концентрации диоксида азота в атмосферном воздухе основывается на решении трехмерных уравнений переноса примеси, которая непосредственно поступает от постоянно действующего стационарного источника (промышленного предприятия) и линейно распределенного источника (автомагистрали). Методика учитывает процесс химической трансформации примеси и фотолиза в атмосфере. Численная модель основывается на расщеплении модельных уравнений и их решении с помощью неявной разностной схемы. Результаты. Создано программное обеспечение, позволяющее проводить вычислительные эксперименты по расчету зон загрязнения атмосферного воздуха диоксидом азота с учетом взаимовлияния примеси, поступающей от различного типа источников загрязнения, с учетом метеорологических параметров. На основе полученного поля концентрации диоксида азота проведена оценка изменения риска хронической интоксикации, связанного с загрязнением атмосферного воздуха диоксидом азота на протяжении 50 лет. Научная новизна. Впервые установлены закономерности изменения уровня загрязнения атмосферного воздуха диоксидом азота с учетом взаимовлияния выбросов промышленного предприятия и автомагистрали и их химической трансформации в атмосфере. Выполнен расчет риска хронической интоксикации и проведен анализ его изменения с учетом взаимовлияния выбросов промышленного предприятия и автомагистрали, показано, что это приводит к росту риска на 10 %. Практическая значимость. Разработанная математическая модель и методика численного расчета, созданное на их основе программное обеспечение позволяют оперативно получать количественные результаты, необходимые в разработке системы мониторинга техногенно нагруженных регионов города. Полученные закономерности рассеивания примеси позволяют оценить уровни загрязнения урбанизированных территорий города выбросами промышленных предприятий и автомагистралей. Учет взаимовлияния выбросов и расчет рисков интоксикации позволяет решать экологические задачи, возникающие при разработке транспортной стратегии в городах.
Загрязнение воздушной среды при горении фосфора
(Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, Днепропетровск, 2007) Беляев, Николай Николаевич; Шакина, О. П.; Шмигель, А. Ю.
UK: Розроблено тривимірну чисельну модель розрахунку процесу поширення токсичної річовини при горінні фосфору. Модель базується на чисельному інтегруванні рівняння конвективно-дифузійного переносу домішки. Наводяться результати обчислювального експерименту.
Защита атмосферы от загрязнения при разливах токсичных веществ
(Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, Днепропетровск, 2005) Беляев, Николай Николаевич; Коптилая, О. В.
RU: Разработана методика расчета процесса удаления загрязненного воздуха из зоны аварийного разлива токсичного вещества – груза с помощью вентиляторов. Методика расчета основывается на численном интегрировании трехмерного уравнения переноса примеси. Приводятся результаты вычислительного эксперимента.
Защита атмосферы от загрязнения при чрезвычайных ситуациях на железнодорожном транспорте
(Харківський національний університет будівництва та архітектури, 2016) Беляев, Николай Николаевич; Берлов, Александр Викторович; Кириченко, Павел Сергеевич
RU: Разработан метод защиты атмосферы от загрязнения при аварийных выбросах на железнодорожном транспорте при диверсии. Для поддержки принятия решений при организации предложенного метода защиты разработана численная модель. Модель расчета учитывает скорость и направление ветра, атмосферную диффузию, интенсивность эмиссии загрязнителя и нейтрализатора. Численная модель основывается на применении уравнений Навье-Стокса, для определения поля скорости ветрового потока вблизи вагона и здания, и уравнении переноса примеси в атмосфере. Представлены результаты численного моделирования.
Защита атмосферы от загрязнения при экстремальных ситуациях на химически опасных объектах
(Дніпровський національний університет залізничного транспорту ім. В. Лазаряна, Дніпро, 2019) Беляев, Николай Николаевич; Калашников, Иван Владимирович; Шинкаренко, Виктор Иванович; Горячкин, Вадим Николаевич
RUS: Цель. Работа предполагает разработку численных моделей для оценки эффективности применения воздушной завесы возле здания в случае химического загрязнения. Методика. Для описания процесса рассеивания химически опасного вещества, эмитированного при чрезвычайных ситуациях, использовано трехмерное уравнение массопереноса примеси в атмосферном воздухе. Для расчета поля скорости воздушной среды возле здания при наличии воздушной завесы использована модель потенциального течения. Моделирующие уравнения учитывают поле скорости ветрового потока, атмосферную диффузию, интенсивность выброса химически опасного вещества в атмосферу. Для численного интегрирования уравнений массопереноса использованы неявные разностные схемы. Применение разработанной модели позволяет оперативно рассчитывать поле концентрации химически опасного вещества возле здания при наличии воздушной завесы. Результаты. Построены численные модели для расчета аэродинамики воздушного потока и концентрационного поля возле здания при использовании воздушной завесы. Их можно применить для проведения оперативных расчетов размеров, интенсивности зон загрязнения, которые формируются в атмосфере при выбросе химических веществ на промышленных площадках. Разработанные численные модели могут быть реализованы на компьютерах малой и средней мощности, что позволяет широко использовать их для решения задач при разработке плана ликвидации при аварийной ситуации (ПЛАС). Для практического применения этих моделей необходима стандартная входная информация. Представлены результаты лабораторного эксперимента. Научная новизна. Предложены эффективные трехмерные численные модели для оценки уровня загрязнения атмосферного воздуха при выбросе в атмосферу химически опасных веществ и при использовании воздушной завесы возле промышленного здания. Модели позволяют оперативно рассчитать эффективность применения воздушной завесы. Практическая значимость. Разработанные численные модели позволяют решать прикладные задачи, возникающие при разработке ПЛАСа для химически опасных объектов.
Защита атмосферы от загрязнения путем применения воздушных восходящих струй
(Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, Днепропетровск, 2006) Беляев, Николай Николаевич; Лисняк, Владимир Михайлович
RU: Разработана трехмерная математическая модель защиты атмосферы от загрязнения при миграции облака токсичного вещества за счет создания вертикальной воздушной струи. Модель основана на численном интегрировании уравнения переноса примеси и модели течения невязкой жидкости. Приведены результаты вычислительного эксперимента.
Защита зданий от проникновения в них опасных веществ
(ТОВ «Акцент ПП», Днепропетровск, 2014) Беляев, Николай Николаевич; Гунько, Елена Юрьевна; Росточило, Наталья Васильевна
RU: В монографии рассмотрен вопрос защиты зданий от проникновения в них опасных веществ. Предложен комплекс численных моделей, позволяющих решить задачи по оценке эффективности применяемых методов защиты. Для студентов, аспирантов, научных работников и специалистов в области гидроаэродинамики, экологической безопасности, прикладной математики.
Защита окружающей среды при транспортировке угля
(Издатель Роман Козлов, Кривой Рог, 2018) Беляев, Николай Николаевич; Оладипо, Мутиу Олатойе; Кириченко, Павел Сергеевич
RU: В монографии рассмотрены методы защиты атмосферного воздуха от загрязнения при транспортировке угля в полувагонах. Представлены эффективные CFD модели для теоретического исследования процесса пылевого загрязнения воздуха возле транспортных коридоров, по которым происходит перевозка угля. Для описания процесса массопереноса угольной пыли применяется уравнение конфективно-диффузионного переноса примеси. Аэродинамика процесса рассеивания угольной пыли рассчитывается на базе модели течения идеальной жидкости. Представлены результаты лабораторных и вычислительных экспериментов на базе разработанных CFD моделей. Монография будет полезна для студентов, аспирантов и специалистов, работающих в области охраны окружающей среды, охраны труда, вычислительной гидродинамики и прикладной математики.
Защита окружающей среды при транспортировке угля
(Государственное высшее учебное заведение „Национальный горный университет“, Днепропетровск, 2015) Беляев, Николай Николаевич; Карпо, Алина Александровна
RU: Представлены результаты физического эксперимента по применению разработанного раствора, позволяющего уменьшить интенсивность сноса угольной пыли с угольного штабеля. Эксперименты проведены на модели угольного штабеля. При проведении экспериментов варьировалась величина скорости ветрового потока, обтекающего штабеля. Представлены данные относительно интенсивности уноса пыли с модели угольного штабеля при его обработке предложенным раствором и без обработки раствором.
Исследование интенсивности уноса пыли из вагона при транспортировке угля
(Харківський національний університет будівництва та архітектури, Харків, 2016) Беляев, Николай Николаевич; Оладипо, Мутиу Олатойе
RU: Целью данной работы является разработка 2D численной модели для прогноза уровня загрязнения атмосферы при эмиссии угольной пыли из полувагона. Ставиться задача создания модели, которая позволяла бы рассчитывать процесс уноса пыли с учетом применения дополнительно установленных бортов на полувагоне. Цель использования дополнительных бортов заключается в уменьшении интенсивности выноса угольной пыли из полувагона, т. к. дополнительные борта превышают «шапку» груза в полувагоне. Такие борта создают преграду на пути воздушного потока, тормозят поток воздуха возле поверхности груза и уменьшают вынос пыли из полувагона. Для количественной оценки эффективности применения бортов, их высоты необходимы специальные методики расчета, так как проведение физического эксперимента для различных сценариев перевозки – крайне дорого. Поэтому в данной работе предлагается использовать численную модель процесса выноса пыли из полувагона. Данная численная модель включает в себя две подмодели: аэродинамическую модель и модель массопереноса.
Исследование процесса нейтрализации кислотных сточных вод на базе численной модели
(ДВНЗ "Придніпровська державна академія будівництва та архітектури", м. Дніпро, 2017) Беляев, Николай Николаевич; Русакова, Татьяна Ивановна; Гурина, Е. В.
RU: Цель. Разработка численной модели для исследования процесса нейтрализации сточных вод, которая учитывает параметры поступления сточных вод и нейтрализатора: вид и концентрацию кислоты, которой загрязнены производственные сточные воды, расход и режим поступления отработанных вод на нейтрализацию, вид и концентрацию нейтрализатора. Оценка изменения концентрации кислоты в сточных водах под влиянием нейтрализатора: выявление участков, где происходит полная нейтрализация кислоты или наблюдается наличие «застойных зон». Методика. Разработана методика численного расчета концентрации кислоты в сточных водах под действием нейтрализатора (щелочи), которая основана на совместном решении гидродинамической задачи по определению компонент скорости движущегося водного потока внутри емкости и задачи по переносу примеси (кислоты или щелочи). Решение гидродинамической задачи базируется на численном интегрировании уравнения для потенциала скорости, а решение задачи по переносу примеси – на численном интегрировании уравнении конвективно-диффузионного переноса примеси с использованием неявных разностных схем. Результаты. На основе разработанной численной модели проведен ряд вычислительных экспериментов. В результате выполненных расчетов были получены и наглядно представлены поля концентрации кислоты в емкости для очистки, при ее заполнении сточной водой с течением времени. Показано изменение концентрации кислоты под действием нейтрализатора при разных вариантах его подачи (один источник подачи нейтрализатора или два), проведен сравнительный анализ и установлены закономерности изменения концентрации кислоты в поступивших сточных водах. Научная новизна. Предложена эффективная численная модель для расчета процессов гидродинамики и массопереноса в установке для нейтрализации кислотных сточных вод. Модель позволяет учесть ряд важных факторов, которые ранее не учитывались при математическом моделировании процесса нейтрализации: форму емкости, наличие в ней дополнительных элементов (локальных сужений), положение отверстий для подачи сточных вод и нейтрализующего раствора. Практическая значимость. Разработана численная модель, позволяющая оптимизировать процесс нейтрализации производственных сточных вод, содержащих щелочи и кислоты, которые образуются в технологических процессах многих отраслей промышленности.
Исследование эффективности применения воздушной завесы для локальной защиты здания при миграции в атмосфере токсичных веществ
(Національна академія наук України, Інститут геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова, 2014) Беляев, Николай Николаевич; Росточило, Наталья Васильевна
RU: Актуальной задачей является защита зданий от попадания в них опасных веществ, мигрирующих в атмосфере. Для решения этой задачи может использоваться воздушная завеса, представляющая собой вертикальный поток воздуха, который создает гидродинамический барьер на пути мигрирующего в атмосфере опасного вещества. При использовании данного метода защиты необходимо заранее определить его эффективность с учетом конкретных метеоусловий и формы здания. В работе представлена численная модель, позволяющая решить эту задачу. В основу модели положено уравнение движения идеальной жидкости и уравнение массопереноса. Для численного моделирования моделирующих уравнений используются разностные схемы. Численный расчет осуществляется на прямоугольной разностной сетке для формирования вида расчетной области и выделения ее особенностей и применяется метод маркирования. Модель позволяет рассчитать эффективность применения воздушной завесы для локальной защиты здания. Время расчета одного варианта задачи составляет несколько секунд. Представляются результаты проведенного вычислительного эксперимента.
К расчету вертикального отстойника на базе CFD модели
(Нац. ун-т водного госп-ва та природокористування, Рівне, 2012) Беляев, Николай Николаевич
RU: Разработана 2D численная модель для расчета вертикального отстойника с препятствием внутри. Модель базируется на численном интегрировании уравнения конвективно-дифузионного переноса примеси и модели потенциального движения. Приведены результаты вычислительного эксперимента.
К расчету химического загрязнения атмосферы с учетом сложного рельефа местности
(Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, Днепропетровск, 2010) Беляев, Николай Николаевич; Машихина, Полина Борисовна
UK: На базі тривимірної чисельної моделі виконано розрахунок процесу поширення токсичної речовини в атмосфері з урахуванням рельєфу при аварійному розливі. Модель базується на чисельному інтегруванні рівняння конвективно-дифузійного переносу домішки та моделі потенційного руху. Наводяться результати обчислювального експерименту.
Компьютерная модель расчета локального загрязнения атмосферы при аварийном выбросе опасного вещества
(Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, Днепропетровск, 2014) Беляев, Николай Николаевич; Берлов, Александр Викторович; Якубовская, Зинаида Николаевна
RU: На территории Павлогорадского химического завода размещаются хранилища с твердым ракетным топливом межконтинентальной баллистической ракеты РС-22. Эти объекты представляют собой потенциальный источник интенсивного загрязнения окружающей среды при возникновении чрезвычайной ситуации, теракта в данных хранилищах. Работа посвящена исследованию уровня загрязнения атмосферы вблизи хранилища твердого ракетного топлива в случае чрезвычайной ситуации, в результате которой может произойти возгорание этого топлива. Как известно, продукты горения твердого ракетного топлива содержат большое количество опасных веществ. Целью данной работы является разработка CFD модели для прогноза загрязнения атмосферы при горении твердого ракетного топлива в хранилище. Прогнозирование загрязнения атмосферного воздуха осуществляется в масштабе microscale. Для расчета поля ветрового потока с учетом взаимодействия его со зданием хранилища и с защитным валом используются уравнения Навье-Стокса. В работе используются уравнения Навье-Стокса, записанные в переменных «завихренностьфункция тока». Расчет концентрации опасного вещества осуществляется с помощью уравнения переноса примеси. Для численного интегрирования уравнений модели применяется прямоугольная разностная сетка. Интегрирование уравнений Навье-Стокса проводится с помощью неявных разностных схем. Для численного интегрирования уравнения переноса примеси применяется неявная попеременно-треугольная разностная схема. На основе разработанной численной модели создан пакет прикладных программ. Пакет использован для анализа уровня загрязнения атмосферного воздуха вблизи хранилища твердого ракетного топлива для ситуации, когда выброс продуктов сгорания топлива происходит непосредственно из хранилища. Представлены результаты сравнения расчетов по разработанной модели с данными физического эксперимента.
Компьютерное моделирование процессов биологической очистки сточных вод в аэротенках с пластинами
(Днипровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, Днипро, 2020) Беляев, Николай Николаевич; Лемеш, Максим Вікторович; Беляева, Виктория Витальевна; Машихина, Полина Борисовна; Якубовская, Зинаида Николаевна
RU: Цель. Определение эффективности работы аэротенка на этапе проектирования или реконструкции биореакторов, в которых осуществляется биологическая очистка сточных вод, требует использования специальных математических моделей и методов расчета. Основной целью статьи является разработка CFD-модели для оценки эффективности работы аэротенков. Методика. Для компьютерного расчета процесса биологической очистки сточных вод в аэротенках, с учётом гидродинамики, разработана численная модель. В основу модели заложены двухуровневые уравнения сохранения массы для субстрата и активного ила и уравнение для потенциала скорости. Процесс биологического преобразования субстрата рассчитан на базе модели Monod. Для численного интегрирования уравнений массопереноса активного ила и субстрата использована попеременно–треугольная разностная схема расщепления. При этом базовые уравнения разделены на два уравнения более упрощенного вида. Для численного интегрирования уравнения для потенциала скорости осуществлено его расщепление на два одномерных уравнения. Далее каждое уравнение решено по явной схеме. Для численного интегрирования уравнений, описывающих процесс трансформации субстрата на базе модели Monod, использован метод Эйлера. Результаты. Осуществлена программная реализация построенной численной модели. Приведены результаты вычислительного эксперимента по исследованию процесса очистки сточных вод в аэротенке за счет использования дополнительных элементов в сооружении – пластин. Это проводит к выводу, что управление качеством очистки сточных вод в аэротенках возможно с помощью применения пластин. Научная новизна. Разработана многофакторная CFD-модель, позволяющая быстро оценить эффективность работы аэротенка. Особенностью модели является возможность оценки работы аэротенка с учетом его геометрической формы и расположения в сооружении дополнительных пластин. Практическая значимость. Построенная численная модель может быть использована при проведении расчетов в случае проектирования сооружений аэротенков или при определении эффективности очистки сточных вод в новых условиях эксплуатации.
Локализация зоны загрязнения атмосферы при ликвидации аварии с химически опасным грузом
(Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, Днепропетровск, 2009) Пшинько, Александр Николаевич; Беляев, Николай Николаевич; Гунько, Елена Юрьевна
UK: Розроблено тривимірну чисельну модель розрахунку процесу нейтралізації токсичної речовини на проммайданчику в разі її аварійного витоку. Модель базується на чисельному інтегруванні рівняння конвектнвно-дифузійного переносу домішки та на моделі течії нев'язкої нестислої речовини. Наводяться результати обчислювального експерименту шодо прогнозу рівня забруднення атмосфери.
Математическое моделирование загрязнения реки при аварийном сходе цистерн
(Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, Днепропетровск, 2003) Беляев, Николай Николаевич; Зыонг, Н. С.
UK: Розроблена математична модель розрахунку динаміки забруднення р. Дніпро при аварійному скиді забруднювача. Модель базується на двовимірних рівняннях річної гідравліки та рівнянні міграції домішки. Наведені результати чисельного моделювання забруднення акваторії при сході залізничних цистерн з мосту.
Математическое моделирование массопереноса в горизонтальных отстойниках
(Акцент ПП, Днепропетровск, 2015) Беляев, Николай Николаевич; Козачина, Виталий Анатольевич
RU: В монографии представлены эффективные CFD модели для теоретического исследования процессов массопереноса в горизонтальных отстойниках, имеющих сложную геометрическую форму. Рассмотрены различные гидродинамические модели, на основе которых осуществляется расчет поля скорости в данных очистных сооружениях. Для описания процесса массопереноса применяется уравнение конвективно-диффузионного переноса примеси. Представлены результаты вычислительных экспериментов на базе разработанных CFD моделей. Монография будет полезна для студентов, аспирантов и специалистов, работающих в области водоснабжения и канализации, вычислительной гидродинамики и прикладной математики.
Математическое моделирование нестационарных процессов загрязнения атмосферы на промплощадках
(Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, Днепропетровск, 2008) Беляев, Николай Николаевич; Гунько, Елена Юрьевна; Сачук, С. А.
RU: Разработана трехмерная численная модель расчета процесса распространения токсичных веществ на промплощадке при аварийной эмиссии из здания. Модель основывается на численном интегрировании уравнения конвективно-диффузионного переноса примеси и на модели течения невязкой несжимаемой жидкости. Приводятся результаты вычислительного эксперимента по прогнозу уровня загрязнения атмосферы.
Математическое моделирование процесса затекания токсичного газа в помещение через систему вентиляции при чрезвычайной ситуации на территории химически опасного объекта
(Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, Днепропетровск, 2011) Беляев, Николай Николаевич; Долина, Леонид Федорович; Гунько, Елена Юрьевна
RU: Разработана трехмерная численная модель расчета процесса распространения токсичного газа на промплощадке и затекания токсичного газа в помещение при аварийном выбросе на предприятии. Модель основывается на численном интегрировании уравнений конвективно-диффузионного переноса примеси и невязкой несжимаемой жидкости. Приводятся результаты вычислительного эксперимента.
Математическое моделирование процесса очистки воды в вертикальном отстойнике
(Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, Дніпропетровськ, 2012) Нагорная, Елена Константиновна; Беляев, Николай Николаевич
RU: Разработана 2D-численная модель для расчета вертикального отстойника с перегородкой. Модель основывается на численном интегрировании уравнения конвективно-диффузионного переноса примеси и модели потенциального течения. Приводятся результаты вычислительного эксперимента.
Математическое моделирование процесса промывки зоны аэрации
(Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, Днепропетровск, 2008) Беляев, Николай Николаевич; Калашников, Иван Владимирович
UK: Розроблена чисельна модель розрахунку фільтрації нейтралізуючого розчину крізь зону аерації для ліквідації осередку забруднення. Модель базується на розв’язку рівняння геоміграції. Наводяться результати обчислювального експерименту.
Метод расчета загрязнения воздушной среды возле отвалов, имеющих сложную форму
(Национальный горный университет, Днепр, 2018) Беляев, Николай Николаевич; Долина, Леонид Федорович; Кириченко, Павел Сергеевич; Козачина, Виталий Анатольевич
RU: Разработана численная модель для оценки эффективности работы аэротенка. Модель основана на применении уравнений гидродинамики и массопереноса. При моделировании очистки сточных вод в аэротенке учитываются биологические процессы. Для численного интегрирования моделирующих уравнений используется метод конечных разностей. Разработанная численная модель позволяет учитывать геометрическую форму аэротенка. Представлены результаты вычислительного эксперимента.
Минимизация интенсивности выноса пыли из полувагона при транспортировке угля
(Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпропетровськ, 2016) Беляев, Николай Николаевич; Оладипо, Мутиу Олатойе
RU: Выполнен анализ способов минимизации процесса выноса угольной пыли из полувагонов. Эти способы могут быть разбиты на две группы – механическая защита и физико-химическая защита. В работе предложен способ защиты окружающей среды от угольной пыли за счет установки дополнительных бортов на полувагон. Предлагается использовать дополнительные борта «Г»-образной формы. Для подтверждения выдвинутой рабочей гипотезы был проведен вычислительный эксперимент на базе созданной численной модели. Разработанная численная модель основана на применении уравнения для потенциала скорости и уравнения массопереноса. На базе уравнения для потенциала скорости рассчитывается поле скорости воздушного потока, обтекающего вагон с грузом. Уравнение массопереноса учитывает скорость воздушного потока, атмосферную диффузию, гравитационное оседание частиц угольной пыли. Для численного интегрирования уравнения для потенциала скорости используется метод условной аппроксимации. Использование данного метода позволяет получить разностные уравнения, решения которых реализуется по методу бегущего счета. Это позволяет осуществить простую программную реализацию численной модели. Для численного интегрирования уравнения массопереноса используется неявная разностная схема. Построение разностной схемы основывается на расщеплении исходного разностного уравнения на четыре шага. Неизвестное значение концентрации пылевого загрязнителя на каждом шаге расщепления определяется по явной схеме – методу бегущего счета. Представляются результаты проведенного вычислительного эксперимента. При проведении вычислительного эксперимента рассматривалось три сценария. Первый сценарий – определение интенсивности уноса угольной пыли из полувагона без установки дополнительных бортов. Второй сценарий – оценка интенсивности уноса угольной пыли из полувагона при установке дополнительного борта «Г»-образной формы, типа «низкое крыло». Третий сценарий – оценка интенсивности уноса угольной пыли из полувагона при установке дополнительного борта «Г»-образной формы, типа «высокое крыло». Показано, что применение дополнительных бортов «Г»-образной формы позволяет существенно уменьшить интенсивность выноса угольной пыли из полувагона и уменьшить уровень загрязнения рабочей зоны возле вагона.
Модели оценки уровня загрязнения атмосферы при транспортировке сыпучих грузов
(Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро, 2016) Беляев, Николай Николаевич; Оладипо, Мутиу Олатойе
RU: Цель. Научная работа направлена на разработку 3D, 2D численных моделей для прогноза загрязнения атмосферы при транспортировке сыпучих грузов в железнодорожном вагоне. Методика. Для решения по ставленной задачи разработаны численные модели, основанные на применении уравнений движения невяз кой несжимаемой жидкости и массопереноса, для определения поля скорости ветрового потока вблизи ваго нов и рассеивания пыли в атмосфере. Для численного интегрирования уравнения переноса загрязнителя использовалась неявная разностная схема. При построении разностной схемы осуществляется расщепление уравнения переноса, что позволяет построить эффективный алгоритм решения дифференциальной задачи. Неизвестное значение концентрации загрязнителя на каждом шаге расщепления определяется по явной схеме – методу бегущего счета, что обеспечивает простую численную реализацию уравнений расщепления. Для численного интегрирования 3D уравнения для потенциала скорости применяется метод Ричардсона. 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 сносе угольной пыли из полувагона. Результаты. Разработаны 3D, 2D численные модели, которые относятся к классу «diagnostic models». Данные модели учитывают основные физические факторы, влияющие на процесс рассеивания пылевых загрязнений в атмосфере при транспортировке сыпучих грузов. Предложенные численные модели требуют небольших затрат компьютерного времени при практической реализации на компьютерах малой и средней мощности. Эти модели используются для серийных расчетов разнообразных сценариях ситуаций, связанных с вопросами охраны окружающей среды и диагностики интенсивности загрязнения при различных метеоусловиях. Выполнены расчеты по определению концентрации загрязнителя и формирования зоны загрязнения вблизи вагона с сыпучим грузом в масштабе «microscale». Научная новизна. Созданы 3D, 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. Практическая значимость. Рассмотрены эффективные численные модели «diagnostic models» для экспресс-расчета уровня загрязнения атмосферы при транспортировке сыпучих грузов железнодорожным транспортом. Модели могут быть применены для разработки мероприятий по охране окружающей среды при эксплуатации железнодорожного транспорта. Предложенные модели позволяют рассчитать 3D, 2D гидродинамику ветрового потока и процесс массопереноса вредных веществ в атмосфере.
Моделирование аварийного загрязнения атмосферы при чрезвычайной ситуации в хранилище твердого ракетного топлива
(Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпропетровськ, 2014) Беляев, Николай Николаевич; Берлов, Александр Викторович; Шевченко, А. В.
RU: Цель. Разработка прикладной численной модели для расчета динамики загрязнения атмосферы над городом при чрезвычайной ситуации в хранилище твердого ракетного топлива, сопровождающейся выбросом в атмосферу продуктов горения. Методика. Для численного моделирования процесса переноса опасного вещества (продукта горения твердого ракетного топлива) в атмосфере применяется уравнение конвективно-диффузионного переноса примеси. Данное уравнение учитывает рассеивание в атмосфере опасного вещества за счет ветра и атмосферной диффузии. Для расчета процесса загрязнения воздушной среды внутри помещений при затекании в них загрязненного атмосферного воздуха используется балансовая модель. Эта модель учитывает величину воздухообмена в помещении, объем помещения и концентрацию опасного вещества во входящем в помещение потоке. Величина фильтрующегося воздуха в помещении рассчитывается с помощью эмпирической модели. Для численного интегрирования уравнения переноса примеси в атмосфере применяется неявная разностная схема расщепления. На основе построенной численной модели создан код на алгоритмическом языке Фортран. Проведен вычислительный эксперимент по оценке уровня загрязнения атмосферы над г. Павлоградом и воздушной среды внутри помещений. Результаты. Предложенная модель позволяет оперативно рассчитать загрязнение атмосферы при выбросе химически опасного вещества. Модель позволяет определить размеры зоны токсичного поражения людей. С помощью разработанной численной модели выполнена оценка риска поражения людей в селитебной зоне г. Павлоград. Научная новизна. Создана численная модель, позволившая оперативно оценить риск токсичного поражения людей в г. Павлоград в случае чрезвычайной ситуации в хранилище твердого ракетного топлива. Практическая значимость. Разработанная численная модель может быть использована для оценки риска поражения людей на открытом воздухе или внутри помещений при эмиссии химически опасных веществ в атмосферу. С помощью разработанной численной модели решена задача по оценке последствий для населения при возгорании твердого ракетного топлива в хранилище.
Моделирование аэроионного режима в помещениях при искусственной ионизации воздуха
(Приднепровськая государственная академия строительства и архитектуры, Днепропетровск, 2016) Беляев, Николай Николаевич; Цыганкова, Светлана Григорьевна
RU: В монографии рассматривается построение CFD модели прогноза аэроионного режима в помещениях различного назначения при искусственной ионизации воздуха. Расчет аэродинамики воздушных потоков реализован на базе модели потенциального течения. Для решения задачи по определению концентрационного поля аэроионов в помещении используется уравнение массопереноса. Для экспресс расчета аэроионного режима в помещении предложена балансовая модель. Представлены результаты вычислительных экспериментов по оценке аэроионного режима в помещениях при различных условиях организации рабочего пространства и режима ионизации. Для студентов, аспирантов. научных работников, специализирующихся в области охраны труда, экологической безопасности, мониторинга микроклимата в помещениях, вентиляции и кондиционирования, прикладной математики.
Моделирование аэроионного режима в рабочем помещении на базе CFD модели
(Національна академія наук України, Інститут геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова, 2014) Беляев, Николай Николаевич; Затынайченко, Дмитрий Олегович
RU: Аннотация. В работе рассматривается численная модель для прогноза аэроионного режима в помещениях. В основу модели положено уравнение движения идеальной жидкости и уравнение массопереноса для отрицательных, положительных аэроионов и пыли. Для численного моделирования моделирующих уравнений используются разностные схемы. Численный расчет осуществляется на прямоугольной разностной сетке. Для формирования вида расчетной области и выделения ее особенностей применяется метод маркирования. Разработанная численная модель позволяет прогнозировать аэроионный режим в помещениях с учетом их формы, аэродинамики воздушных потоков, размещения внутри помещений мебели, оборудования и т.п. Модель позволяет прогнозировать аэроионный режим в помещениях при использовании компьютеров малой и средней мощности. Время расчета одного варианта задачи составляет несколько секунд. Представляются результаты проведенного вычислительного эксперимента.
Моделирование загазованности общественного помещения токсичным газом
(Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, Днепропетровск, 2009) Пшинько, Александр Николаевич; Беляев, Николай Николаевич; Покутнева, Лариса Владимировна
UK: На базі моделі потенціальної течії та моделі переносу домішки запропоновано 2D чисельну модель для прогнозування забруднення в приміщеннях. Наведено результати розрахунків на базі розробленої моделі.
Моделирование загрязнения атмосферного воздуха выбросами автотранспорта на улицах городов
(Акцент ПП, Днепропетровск, 2014) Беляев, Николай Николаевич; Русакова, Татьяна Ивановна; Кириченко, Павел Сергеевич
RU: В монографии рассмотрены новые математические модели для экспертной оценки уровня загрязнения воздушной среды выбросами автотранспорта. Математическое моделирование процесса аэродинамики ветрового потока на улицах осуществляется с помощью метода дискретных вихрей и модели вихревых течений идеальной жидкости с использованием неявных разностных схем. На основе разработанных математических моделей проведен ряд вычислительных экспериментов для решения комплекса прикладных задач в области экологической безопасности. Для студентов, аспирантов, научных работников и специалистов в области экологической безопасности, гидродинамики, прикладной математики.
Моделирование загрязнения атмосферы и подстилающей поверхности при авариях на железнодорожном транспорте
(Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, Днепропетровск, 2004) Беляев, Николай Николаевич; Коптилая, О. В.
RU: Разработана двухмерная компьютерная модель прогноза загрязнения атмосферы после аварийного разлива сжиженного аммиака. Модель основана на численном интегрировании уравнения диффузии и конвективного переноса примеси. Расчет осуществляется по неявной разностной схеме расщепления. Приведены результаты практического применения разработанной модели.
Моделирование закупоривания пор мембраны при ультрафильтрации шахтных вод
(Національна академія наук України, Інститут геотехнічної механіки ім. М.С. Полякова, 2014) Беляев, Николай Николаевич; Нечитайло, Николай Петрович
RU: Ультрафильтрация является одним из наиболее перспективных методов очистки сточных вод. При применении данного метода очень важно прогнозировать процесс закупоривания пор мембраны. В работе представлено численная модель для расчета этого процесса. В основу модели положено уравнение движения идеальной жидкости и уравнение массопереноса. Для численного моделирования моделирующих уравнений используются разностные схемы. Численный расчет осуществляется на прямоугольной разностной сетке. Для формирования вида расчетной области и ее изменения в силу закупоривания поры применяется метод маркирования. Модель позволяет рассчитать процесс закупоривания поры при использовании компьютеров малой и средней мощности. Время расчета одного варианта задачи составляет несколько секунд. Представляются результаты проведенного вычислительного эксперимента.
Моделирование затекания токсичного газа в вагон
(Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, Днепропетровск, 2006) Беляев, Николай Николаевич; Дуганов, Александр Георгиевич; Лисняк, Владимир Михайлович
RU: Разработан метод прогноза токсичного поражения людей в вагоне, проходящем через облако отравляющих веществ. Метод основан на построении численной модели процесса. Миграция облака отравляющего вещества описывается двухмерным уравнением конвективно-диффузионного переноса примеси, динамика изменения концентрации отравляющего вещества в вагоне описывается балансовым соотношением. Предложен метод расчета процесса нейтрализации токсичного вещества в первичном облаке за счет подачи нейтрализатора от движущихся наземных струйных установок.
Моделирование локальной защиты зданий (shelter in-place) с учетом сорбции опасного вещества на поверхностях внутри помещений
(Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпропетровськ, 2014) Беляев, Николай Николаевич; Росточило, Наталья Васильевна; Недопёкин, Ф. В.
RU: Цель. Химически опасные объекты, где используются, производятся, хранятся токсичные вещества, а также магистрали, по которым осуществляется транспортировка опасных грузов, представляют собой потенциальные источники аварийного загрязнения атмосферы. В исследовании необходимо осуществить разработку прикладной численной модели для расчета эффективности локальной защиты здания от попадания в него опасных веществ путем применения воздушной завесы и сорбции/десорбции опасного вещества на поверхностях внутри здания. Методика. Для решения гидродинамической задачи взаимодействия воздушной завесы с ветровым потоком и с учетом влияния здания на этот процесс используется модель идеальной жидкости. Для расчета процесса переноса опасного вещества в атмосфере применяется уравнение конвективно-диффузионного переноса примеси. Для расчета процесса загрязнения воздушной среды внутри помещений при затекании в них загрязненного атмосферного воздуха используется модель Karisson & Huber. Данная модель учитывает сорбцию опасного вещества на различных поверхностях внутри помещения. Для численного интегрирования уравнений модели используются разностные методы. Результаты. В работе построена эффективная численная модель оценки эффективности защиты зданий от попадания в них опасных веществ путем применения воздушной завесы. На основе построенной модели проведен вычислительный эксперимент по оценке эффективности данного метода защиты при варьировании места расположения воздушной завесы относительно здания. Научная новизна. Создана численная модель, позволяющая оперативно рассчитать эффективность применения воздушной завесы для снижения инфильтрации загрязненного наружного воздуха в помещение. Практическая значимость. Разработанная численная модель может быть использована для проектирования локальной защиты зданий от попадания в них опасных веществ.