Browsing by Author "Біляєва, Вікторія Віталіївна"

Now showing 1 - 40 of 47

CFD моделювання в аналізі ефективності систем захисту довкілля та працівників на робочих місцях
(Журфонд, Дніпро, 2022) Біляєв, Микола Миколайович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Берлов, Олександр Вікторович; Козачина, Віталій Анатолійович
UKR: У моноrрафії розrлянуто питання розробки та оцінки ефективності систем захисту довкілля та працівників на робочих місцях від хімічноrо, шумовоrо, пиловоrо забруднень. Велику увагу приділено розробці математичних моделей для оцінки ефективності використання засобів захисту від пилового забруднення робочих зон біля транспортних маrістралей та на об'єктах rірничого комплексу. Представлено результати розрахунку процесу дифракції ударної хвилі після вибуху на залізнничній станції та забруднення атмосферноrо повітря при горінні ракетного палива.
Аварійне горіння твердого ракетного палива: оцінка ризику ураження людей в робочому приміщенні
(Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро, 2020) Біляєв, Микола Миколайович; Берлов, Олександр Вікторович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Козачина, Виталий Анатольевич; Калашников, Іван Володимирович
UK: Мета. Ця робота передбачає розробку комп’ютерної моделі для розрахунку ризику термічного ураження людей у цеху в разі аварійного горіння твердого ракетного палива. Методика. Для розрахунку поля температури в цеху, з метою визначення зон термічного ураження працівників у приміщенні, використано рівняння, що виражає закон збереження енергії. На базі цього моделювального рівняння розраховано поле температур у цеху за наявності джерела емісії тепла – твердого ракетного палива, що горить. Розрахунок поля швидкості повітряного потоку в цеху, з урахуванням розташування перешкод на шляху розповсюдження теплової хвилі, проведено на базі моделі безвихрового руху повітря – рівняння потенціалу швидкості. Чисельне розв’язання рівняння для потенціалу швидкості виконано за допомогою двокрокової скінченнорізницевої схеми умовно апроксимації. Для чисельного розв’язання рівняння енергії використано різницеву схему розщеплення. На першому етапі побудови різницевої схеми виконано розщеплення двовимірного рівняння енергії на систему одновимірних рівнянь. Кожне одновимірне рівняння дозволяє розрахувати зміну температури в одному координатному напрямку. Для визначення температури використано схему біжучого рахунку. Під час проведення обчислювального експерименту враховано повітрообмін у приміщенні. Оцінку ризику термічного ураження персоналу в приміщенні виконано для різних вірогідностей місця аварійного горіння твердого ракетного палива. Результати. За допомогою розробленої чисельної моделі виконано прогнозування зон потенціального ризику термічного ураження персоналу в цеху для різних аварійний ситуацій. Наукова новизна. Побудовано комп’ютерну модель для експрес-оцінки потенціального ризику термічного ураження людей в цеху в разі аварійного горіння твердого ракетного палива. Практична значимість. Розроблено код, що дозволяє швидко моделювати формування температурних полів у цеху у випадку аварійного горіння твердого ракетного палива, та на базі цієї інформації визначати зони потенціального термічного ураження працівників. Розроблена комп’ютерна програма може бути використана для оцінки ризику термічного ураження на підприємствах хімічної промисловості в разі виникнення аварійних ситуацій.
Аналіз ефективності використання захисних екранів на зниження рівня забруднення повітря
(Український державний університет науки і технологій, ІВК «Системні технології», Дніпро, 2023) Біляєва, Вікторія Віталіївна; Берлов, Олександр Вікторович; Козачина, Віталій Анатолійович; Якубовська, Зінаїда Миколаївна
UKR: Розглянуто задачу оцінки зон хімічного забруднення біля магістралі, де розташовані захисні екрани різної геометричної форми. Метою роботи є розробка чисельних моделей для розрахунку зон забруднення, що утворюються біля захисних екранів, а також проведення лабораторного експерименту з аналізу закономірностей формування зон забруднення біля екранів складної геометричної форми. Для математичного моделювання процесу утворення зон забруднення біля захисного екрана використовується рівняння конвективно-дифузійного переносу домішок. Це рівняння враховує атмосферну дифузію, швидкість вітру, інтенсивність викидів хімічно небезпечної речовини, розташування джерела викидів і форму захисного екрана. Для вирішення задачі аеродинаміки використовуються рівняння Нав'є-Стокса і рівняння Лапласа для потенціалу швидкості. Скінченно-різницеві методи використовуються для чисельного інтегрування рівнянь моделювання. На основі розроблених числових моделей створено пакет прикладних програм. Побудовано числові моделі та пакет програм, що дозволяють практично в режимі реального часу досліджувати процес формування ділянок забруднення поблизу автомагістралі. Наведено результати обчислювального експерименту.
Аналіз ефективності всмоктувальної системи для зниження рівня забруднення повітря в робочих зонах
(Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро, Україна, 2022) Біляєв, Микола Миколайович; Берлов, Олександр Вікторович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Козачина, Віталій Анатолійович; Золотько, Олена Василівна
UKR: Постановка проблеми. Розглядається задача оцінювання ефективності використання всмоктувальної системи, що розташована біля автотраси та дозволяє зменшити рівень хімічного забруднення повітря в робочих зонах. Ця система змінює аеродинаміку повітряного потоку та створює динамічну перепону на шляху забрудненого повітря, що рухається в робочі зони. На етапі проектування систем захисту повітря від забруднення в робочих зонах потрібно мати розрахункові методи, що дозволяють визначити ефективність її для конкретних умов експлуатації. Мета дослідження − розроблення математичних моделей та програмного забезпечення для проведення обчислювального експерименту з визначення ефективності використання всмоктувальної системи, розташованої біля автотраси. Методика. Для математичного моделювання поширення забруднювальних речовин у робочих зонах біля автотраси та з використанням всмоктувальної системи захисту застосовується аеродинамічна модель потенціального руху та рівняння конвективно- дифузійного переносу домішки в повітрі. Запропонована математична модель дає можливість урахувати швидкість вітру, турбулентну дифузію, інтенсивність викиду домішки від авто, режим роботи всмоктувальної системи, присутність екрану на цій системі. Для розв’язання задачі аеродинаміки використовуються дві скінченнорізницеві схеми, що дозволяють визначити потенціал швидкості за явною формулою. Для чисельного інтегрування рівняння конвективно-дифузійного переносу домішки застосовується метод розщеплення. Розроблено комп’ютерну програму для проведення обчислювального експерименту на базі побудованих чисельних моделей. Наукова новизна. Розроблено чисельні моделі для розв’язання задач аеродинаміки та масопереносу стосовно проблеми оцінювання ефективності використання спеціальної всмоктувальної системи, що дозволяє зменшити рівень забруднення повітря в робочих зонах біля автотраси. Практична значимість. На базі розробленої моделі створено код, що дозволяє оперативно розраховувати процес забруднення повітря як біля автошляху, так і в робочих зонах, для захисту яких використовуються всмоктувальні системи. Висновки. Побудовані чисельні моделі дають змогу швидко оцінювати ефективність використання спеціальної всмоктувальної системи, що встановлюється біля автотраси. Моделі враховують найбільш суттєві фізичні фактори, які впливають на формування областей забруднення біля автотраси. Практичне застосування моделей не потребує потужних комп’ютерів. Наведено результати обчислювального експерименту.
Аналіз наслідків екстремальних ситуацій на базі чисельних моделей
(Український державний університет науки і технологій, ІВК «Системні технології», Дніпро, 2023) Біляєв, Микола Миколайович; Берлов, Олександр Вікторович; Біляєва, Вікторія Віталіївна
UKR: У доповіді розглянуто деякі класи чисельних моделей, які були побудовані для прогнозування наслідків надзвичайних ситуацій на промислових підприємствах. Розроблено перший клас моделей для прогнозування хімічного забруднення повітря при аварійних викидах токсичних речовин. Моделювання здійснюється на основі фундаментальних рівнянь аеродинаміки та масообміну. Для чисельного розв’язування рівнянь моделювання використовуються різницеві схеми розщеплення. Другий клас моделей CFD призначений для оцінки ризику термічного ураження людей у разі теплового забруднення повітряного середовища. Третій клас моделей був розроблений для оцінки ризику ураження людей при русі ударної хвилі. Для вирішення цієї задачі використовувалися рівняння Ейлера. На основі запропонованих числових моделей розроблено комп’ютерні коди.
Біометан у когенераційних установках для автономного енергопостачання агропромислових об’єктів
(Видавничий дім «Гельветика», 2026) Усенко, Андрій Юрійович; Форись, Світлана Миколаївна; Біляєва, Вікторія Віталіївна
UKR: Актуальність дослідження зумовлена необхідністю підвищення енергетичної автономності агропромислових об’єктів в умовах зростання вартості енергоресурсів і вразливості централізованих систем енергопостачання. Агропромисловий сектор України характеризується значною енергоємністю та наявністю органічної сировини, що створює передумови для використання біометану в автономних когенераційних системах. Метою статті є обґрунтування доцільності використання біометану в когенераційних установках автономного енергопостачання агропромислових об’єктів з урахуванням реальних режимів електричного і теплового навантаження. Дослідження виконано з використанням розрахункового аналізу параметрів когенераційних установок на біометані, узагальнення технічних характеристик газопоршневого обладнання та застосування критеріїв енергетичної й економічної ефективності. Аналіз проводився для установок електричною потужністю 0,5–5,0 МВт із часткою утилізації теплової енергії 60–90% та регулюванням навантаження в діапазоні 50–100% номінальної потужності. Установлено, що за повного залучення теплової енергії сумарний коефіцієнт корисної дії когенераційних установок на біометані сягає 85–92%, тоді як за зниження коефіцієнта використання тепла нижче 60% ефективність когенерації істотно зменшується. Показано, що економічно прийнятні режими автономного енергопостачання відповідають строку окупності інвестицій до 6–7 років. Виявлено ключові обмеження, пов’язані з якістю біометану, сезонною нерівномірністю теплових навантажень і необхідністю адаптивного керування режимами генерації. Наголошено, що біометан може слугувати ефективною паливною основою автономних когенераційних систем агропромислових об’єктів за умови стабілізації параметрів палива та узгодження потужності установки зі структурою енергоспоживання підприємства. Подальші дослідження доцільно спрямувати на розроблення адаптивних алгоритмів управління когенераційними установками на біометані, удосконалення технологій очищення палива та деталізацію економічної оцінки автономних енергетичних систем за повним життєвим циклом.
Використання «TX ACTIVE» поверхні на будівлях для зниження рівня хімічного забруднення повітря в робочих зонах
(European Scientific Institute, ESI, 2021) Біляєв, Микола Миколайович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Берлов, Олександр Вікторович; Козачина, Віталій Анатолійович
UK: Розглядається задача оцінювання рівня забруднення повітря в робочих зонах на відкритій місцевості при використанні TX ACTIVE поверхонь на стінках будівель. Ставиться задача розробки чисельної моделі, що дозволяє швидко визначати рівень забруднення повітря в робочих зонах з урахування TX ACTIVE поверхонь. Для розрахунку процесу поширення забруднювача в повітрі використовується рівняння масопереносу, що враховує поширення забруднювача за рахунок конвекції та дифузії. Для визначення поля швидкості повітряного потоку при наявності будівель використовується двовимірна модель потенціального руху. Для чисельного рішення рівняння для потенціалу швидкості використовується явна різницева схема. Для чисельного інтегрування рівняння масопереносу використовується метод розщеплення. Створена комп’ютерна програма на базі розробленої чисельної моделі. Представлені результати обчислювального експерименту.
Дослідження ефективності використання захисних екранів різної форми для зниження забруднення повітря
(Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро, 2023) Біляєв, Микола Миколайович; Берлов, Олександр Вікторович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Козачина, Віталій Анатолійович; Якубовська, З. М.
UKR: Постановка проблеми. Розглядається задача оцінювання ефективності використання захисних екранів різної геометричної форми для зниження рівня забруднення повітря. Такі екрани дозволяють змінити аеродинаміку повітряного потоку та перенаправити рух забрудненого повітря від робочих зон в інший бік. Мета роботи − дослідження ефективності використання захисних екранів різної геометричної форми для зниження рівня забруднення, створення тривимірної числової моделі для аналізу ефективності використання захисних екранів. Методика. Для аналізу ефективності екранів різної геометричної форми застосовується метод фізичного експерименту в лабораторних умовах. Для математичного моделювання поширення домішки за наявності екранів використовуються тривимірні рівняння аеродинаміки та масопереносу. Розроблена числова модель дозволяє врахувати профіль швидкості повітряного потоку, атмосферну дифузію, інтенсивність емісії домішки, швидкість гравітаційного осадження домішки в повітрі. Для числового інтегрування моделювальних рівнянь аеродинаміки та масопереносу використовуються скінченнорізницеві схеми розщеплення. Наукова новизна. Експериментальним шляхом отримано дані щодо ефективності використання чотирьох захисних екранів, які відрізняються геометричною формою. Експериментальні дані дають можливість здійснити первинне оцінювання впливу різних екранів на зниження рівня забруднення в робочих зонах. Розроблена швидкорозрахункова 3D числова модель для розв’язання задач аеродинаміки та масопереносу стосовно проблеми оцінювання ефективності використання екранів у зонах, де має місце забруднення атмосферного повітря. Практична значимість. Експериментальні дані дають можливість обґрунтувати вибір захисного екрана біля автотраси або іншої ділянки на промисловому майданчику, де має місце емісія домішки. На базі розробленої математичної моделі створено комп’ютерний код, що дозволяє прогнозувати інтенсивність забруднення повітря за наявності перешкод, які змінюють аеродинаміку та напрям переносу домішки в атмосфері. Висновки. Результати фізичного експерименту дозволяють уявити закономірності формування областей забруднення біля захисних екранів різної геометричної форми. Розроблена математична модель дозволяє оцінювати забруднення повітря в областях, де є перешкоди на шляху руху домішки. Наведено результати фізичного та обчислювального експериментів.
Дослідження закономірностей захворюваності працівників на об’єктах гірничої промисловості та оцінювання ризику небезпеки
(Warszawa, Poland, 2025) Біляєв, Микола Миколайович; Козачина, Віталій Анатолійович; Кіріченко, Павло Сергійович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Машихіна, Поліна Борисівна
UKR: Функціонування практично усіх об’єктів гірничого комплексу пов’язано з інтенсивним забрудненням робочих зон. Це є небезпечним явищем, що створює негативний вплив на здоров’я працівників. Важливим аспектом є аналіз закономірностей розвитку професійних захворювань у працівників та визначення небезпечних факторів, що впливають на появу професійних захворювань. В роботі наведено результати аналізу захворювань працівників на Центральному гірничо-збагачувальному комбінаті (ЦГЗК), м. Кривий Ріг. Визначено, що найбільш небезпечним фактором є пилове забруднення робочих зон. Наведено чисельну модель для оцінювання пилового забруднення повітря в робочих зонах.
Дослідження зміни вологості вугілля при різній швидкості повітряного потоку
(Bratislava, Slovakia, 2025) Біляєв, Микола Миколайович; Козачина, Віталій Анатолійович; Кіріченко, Павло Сергійович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Семененко, П. В.
UKR: Пилове забруднення повітря в робочих зонах є дуже небезпечним явищем, що суттєво впливає на стан здоров’я працівників. Джерелом пилоутворення є різні технологічні процеси на підприємствах, складування вугілля в штабелях, винесення мінерального пилу від хвостосховищ тощо. Особливо важливим аспектом є зменшення інтенсивності пилоутворення на промислових майданчиках. Для цього дуже поширеним є використання подачі води на поверхню пилоутворення. Але з часом вологість змоченої поверхні зменшується, тому важливо визначати час, коли необхідною є наступна подача. В статті наведено результати лабораторних досліджень по визначенню динаміки зменшення вологості вугілля при різній швидкості повітряного потоку. На базі отриманих результатів експерименту побудовано емпіричну модель для визначення часу, коли потрібно повторити зрошування поверхні пилоутворення. Наведено чисельну модель для оцінювання концентрації водяного пару біля поверхні пилоутворення.
Дослідження процесу «захоплення» пилу краплею води
(Bratislava, Slovakia, 2025) Біляєв, Микола Миколайович; Козачина, Віталій Анатолійович; Кіріченко, Павло Сергійович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Попруга, Д. В.
UKR: Зниження пилового забруднення повітря в робочих зонах є важливою задачею в галузі охорони праці та екологічної безпеки. Поширеним засобом зменшення пилового забруднення повітря є подача води в пилову хмару. Але для раціонального подавлення пилу потрібно знати закономірності взаємодії «крапля води+пил». В роботі наведено результати експериментальних досліджень по визначенню маси пилу, що «захоплює» крапля води при русі. На основі проведених експериментів побудовано емпіричні моделі. Розглянуто побудову чисельної моделі для аналізу розсіювання пилу та крапель води в повітрі.
Експериментальне та теоретичне моделювання процесів пилового забруднення
(Warszawa, Poland, 2025) Біляєв, Микола Миколайович; Козачина, Віталій Анатолійович; Кіріченко, Павло Сергійович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Берлов, Олександр Вікторович
UKR: Пилове забруднення повітря має місце в різних промислових областях, особливо, в гірничій промисловості. Пилове забруднення повітря є причиною професійних захворювань у людей. Це потребує поглибленого дослідження процесів пилоутворення, розповсюдження пилу в робочих зонах. В статті наведено результати лабораторних досліджень по визначенню інтенсивності емісії мінерального пилу від забрудненої ділянки. Лабораторні дослідження проведено при різній швидкості повітряного потоку. Обробка даних експериментів дозволило отримати емпіричну модель. Емпірична модель дає можливість оцінювати інтенсивність емісії мінерального пилу. Розроблено чисельні моделі аеродинаміки та масопереносу для прогнозуванні пилового забруднення повітря в робочих зонах. Моделі базуються на використанні кінцеворізницевих схем розщеплення для інтегрування фундаментальних рівнянь механіки суцільного середовища.
Експрес-модель для аналізу процесу нагрівання ґрунту в теплиці
(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2025) Біляєва, Вікторія Віталіївна; Щербина, Сергій Андрійович
UKR: Мета. Організація штучного підігрівання ґрунту в теплиці відіграє важливу роль у забезпеченні ефективного вирощування рослин, адже оптимальна температура ґрунту є ключовим чинником цього процесу. Саме нагрівання необхідно проводити так, щоб забезпечити певний діапазон температур у ґрунті, зокрема в зоні розташування кореневої системи рослин. Процес нагрівання ґрунту залежить від конкретних умов експлуатації теплиць. Для організації раціонального та енергоощадного процесу необхідно заздалегідь, на етапі проєктування системи нагрівання, визначити параметри її роботи. Ефективним методом розв’язку цієї задачі є використання математичних моделей. Основна мета роботи полягає в розробці одновимірної експрес-моделі для оцінювання процесу прогрівання ґрунту в теплиці. Методика. Для дослідження динаміки штучного нагрівання ґрунту використано рівняння теплопровідності. Чисельне інтегрування моделювального рівняння здійснено за допомогою скінченнорізницевої схеми сумарної апроксимації. Результати. Розроблено комп’ютерну програму, за допомогою якої можна проводити обчислювальний експеримент із визначення динаміки штучного нагрівання ґрунту в теплиці. Наведено результати чисельного моделювання. Наукова новизна. Розроблено одновимірну чисельну модель для аналізу штучного прогрівання ґрунту в теплиці. Модель базується на чисельному інтегруванні рівняння теплопровідності та дозволяє швидко визначити динаміку формування теплових полів у ґрунті як у разі роботи нагрівального елемента, так і в разі його вимикання. Практична значимість. Розроблена чисельна модель може стати корисним інструментом на етапі проєктування систем штучного нагрівання ґрунту. Вона забезпечує наукове обґрунтування параметрів нагрівальних систем та енергоефективних режимів їх роботи. Модель дозволяє швидко оцінювати динаміку формування теплових полів у ґрунті як під час роботи нагрівального елемента, так і після його вимикання. Для практичного застосування чисельної моделі потрібна лише стандартна вхідна інформація. Контроль динаміки нагрівання ґрунту відкриває можливості для оптимального управління режимами роботи системи нагрівання.
Експрес-розрахунок забруднення робочих зон біля транспортного коридору у випадку екстремальних ситуацій на залізниці
(Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро, 2023) Біляєва, Вікторія Віталіївна ; Берлов, Олександр Вікторович; Козачина, Віталій Анатолійович; Тимошенко, О. А.; Полторацька, Вікторія Миколаївна
UKR: Постановка проблеми. Розглядається задача експрес-оцінювання областей забруднення атмосферного повітря в робочих зонах біля транспортного коридору в разі екстремальних ситуацій на залізниці, що спричинюють емісію хімічно небезпечних речовин. Мета роботи – розроблення чисельної моделі для швидкого аналізу областей забруднення атмосферного повітря в умовах конвекції. Методика. Для визначення областей забруднення атмосферного повітря, що формуються при екстремальних ситуаціях на залізниці у випадку емісії хімічно небезпечних речовин, застосовується тривимірне рівняння конвективно-дифузійного розповсюдження домішки в атмосфері. Враховується нерівномірний профіль вітру з висотою та залежність коефіцієнтів атмосферної дифузії від швидкості вітру. Для чисельного розв’язання тривимірного рівняння масопереносу домішки в атмосферному повітрі застосовуються скінченорізницеві схеми розщеплення. Наукова новизна. Розроблено ефективну чисельну модель для визначення областей забруднення повітря біля транспортного коридору у випадку викиду хімічно небезпечних речовин на залізниці. Практична значущість. На базі побудованої чисельної моделі розроблено комп’ютерну програму, що дозволяє оперативно розраховувати динаміку формування областей хімічного забруднення біля транспортного коридору в разі екстремальних ситуацій на залізниці. Висновки. Розроблено чисельна модель та комп’ютерний код, що дозволяють методом обчислювального експерименту оцінювати забруднення робочих зон біля транспортного коридору у випадку екстремальних ситуацій на залізниці. Побудована модель має широкий робочий діапазон та враховує найбільш суттєві фізичні фактори, що впливають на формування зон хімічного забруднення в повітрі. Наведено результати обчислювального експерименту.
Екстремальні ситуації на об’єктах паливно-енергетичного комплексу: оцінювання ризику ураження людини
(Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро, 2023) Біляєв, Микола Миколайович; Берлов, Олександр Вікторович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Тимошенко, О. А.
UKR: Постановка проблеми. Розглядається задача оцінювання зон ураження людей у разі виникнення екстремальної ситуації на АЗС, розташованій в людному місці м. Дніпро. Здійснюється аналіз розмірів зон теплового забруднення повітря та зони можливого ураження людей у випадку розлітання уламків, через виникнення екстремальної ситуації на АЗС. Для розв’язання задач даного класу потрібна розробка спеціалізованих математичних моделей. Мета роботи – оцінювання ризику ураження людини від метальної дії уламків під час пожежі на АЗС у випадку виникнення екстремальної ситуації. Методика. Для аналізу зон ураження під час розльоту уламків використовується числова модель, що базується на інтегруванні другого закону Ньютона для руху матеріальної точки в повітрі. На базі даної числової моделі створено комп’ютерну програму. Для аналізу зон теплового забруднення під час пожежі на АЗС використовується числове інтегрування рівняння енергії, яке враховує швидкість руху повітряних мас, коефіцієнти температуропровідності, температуру повітря на місці пожежі. Наукова новизна. Розроблено ефективну числову модель для аналізу зон ураження від метальної дії уламків. Визначено зони ураження за можливої пожежі на АЗС в м. Дніпро. Практична значущість. Розроблено програму для розрахунку динаміки руху уламків у повітрі. Це дозволяє визначати зони ураження від метальної дії уламків різного розміру. Визначено зони теплового забруднення повітря, що дозволяють оцінювати ризик термічного ураження людей. Висновки. Розроблено ефективний інструмент аналізу ризику ураження людей уламками під час пожежі на АЗС. Наведено результати обчислювальних експериментів.
Енергетичний аудит комунальних та промислових підприємств : навчально-методичні рекомендації до практичних занять
(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2025) Біляєва, Вікторія Віталіївна; Бразалук, Юлія Володимирівна; Усенко, Андрій Юрійович; Форись, Світлана Миколаївна
UKR: Навчально-методичні рекомендації призначені для використання студентами спеціальності 144 «Теплоенергетика» під час практичних занять з дисциплін «Енергетичний аудит комунальних та промислових підприємств», «Основи енергетичного аудиту». Навчально-методичні рекомендації містять основні теоретичні положення для засвоєння матеріалу, інструкції до виконання індивідуальних завдань та вимоги до аналізу результатів.
Комплексне оцінювання зон забруднення за екстремальних ситуацій на енергетичних об’єктах
(Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро, Ukraine, 2023) Біляєва, Вікторія Віталіївна; Калашніков, Іван Володимирович ; Берлов, Олександр Вікторович; Козачина, Віталій Анатолійович; Тимошенко, О. А.
UKR: Постановка проблеми. Розглядається задача прогнозування зон ураження за різних видів техногенного навантаження у випадку виникнення екстремальної ситуації на АЗС. Комплексне прогнозування включає визначення областей хімічного, теплового та механічного забруднення у разі виникнення екстремальної ситуації на АЗС. Мета роботи − розроблення теоретичного інструментарію та пакета програм для комплексного прогнозування зон хімічного, теплового та хімічного забруднення навколишнього середовища за виникнення екстремальної ситуації на АЗС. Методика. Для прогнозування зон хімічного, теплового та механічного забруднення навколишнього середовища за виникнення екстремальної ситуації на АЗС використовуються фундаментальні рівняння механіки суцільного середовища: для розрахунку зон хімічного забруднення − рівняння масопереносу; для визначення зон теплового забруднення атмосферного повітря − рівняння енергії; для розрахунку зон механічного забруднення використовується другий закон Ньютона. Інтегрування моделювальних рівнянь здійснюється чисельним шляхом. Створено спеціалізований пакет програм для комплексного прогнозування забруднення навколишнього середовища. Наукова новизна. Запропоновано спеціалізований пакет програм на базі розроблених чисельних моделей для оцінювання зон хімічного, теплового та механічного забруднення, що виникає у випадку екстремальної ситуації на АЗС. На основі розроблених чисельних моделей здійснено оцінювання комплексного забруднення навколишнього середовища за екстремальної ситуації на АЗС в м. Дніпро. Практична значущість. Розроблені чисельні моделі реалізовані у вигляді пакета прикладних програм, що має широкий робочий діапазон. Пакет програм орієнтований на розв’язання задач у галузі екологічної безпеки та охорони праці. Визначення зон хімічного, теплового та механічного забруднення довкілля за допомогою розробленого пакета програм буде важливим для розроблення ПЛАСу. Висновки. Створено ефективний інструмент теоретичного аналізу зон забруднення, що формуються за екстремальної ситуації на АЗС. Наведено результати обчислювальних експериментів.
Математична модель для оцінення ризику термічного ураження у випадку пожежі на об’єктах паливно-енергетичного комплексу
(Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро, 2023) Біляєв, Микола Миколайович; Петренко, Володимир Дмитрович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Берлов, Олександр Вікторович; Тимошенко, О. А.
UKR: Постановка проблеми. Розглядається задача прогнозування теплового забруднення повітря та оцінки ризику термічного ураження людей під час пожежі на промисловому майданчику. Ставиться задача розрахувати3D температурних полів під час пожежі та на базі цього оцінити ризик термічного ураження людей. Мета – розроблення3D чисельної моделі для розрахунку теплового забруднення повітря та оцінення ризику термічного ураження працівників на промисловому майданчику під час пожежі. Методика. Для моделювання процесу теплового забруднення повітря на промисловому майданчику у разі виникнення пожежі використано тривимірне рівняння енергії. Для розрахунку поля швидкості повітряного потоку на промисловому майданчику застосовується тривимірне рівняння для потенціалу швидкості. Для чисельного інтегрування рівняння для потенціалу швидкості – метод розщеплення. Для чисельного інтегрування тривимірного рівняння енергії здійснюється його розщеплення на диференціальному рівні на два рівняння. Перше рівняння описує поширення температури внаслідок руху повітряних мас. Друге рівняння описує поширення температури внаслідок теплопровідності. Для чисельного інтегрування першого рівняння використовується змінно-трикутна різницева схема розщеплення. Для чисельного інтегрування другого рівняння –явна різницева схема. Наукова новизна. Побудована 3D чисельна модель, що дозволяє швидко розраховувати динаміку формування областей теплового забруднення повітря на промисловому майданчику та на базі цієї інформації прогнозувати ризик термічного ураження людей в робочих зонах на промисловому майданчику та базується на чисельному інтегруванні рівнянь аеродинаміки та теплопереносу. Модель дозволяє швидко розраховувати динаміку формування теплових зон на промисловому майданчику у випадку пожежі. Практична значущість. Розроблена модель дозволяє прогнозувати динаміку зміни температурних полів у повітрі, що виникають під час пожежі на промисловому майданчику. Чисельна модель може бути використана для визначення зон інтенсивного теплового забруднення та оцінення ризику термічного ураження працівників. Висновки. На базі розробленої3D чисельної моделі створено код для проведення обчислювального експерименту. Розроблений код дозволяє швидко розрахувати динаміку формування областей теплового забруднення повітря на промисловому майданчику під час пожежі. На основі отриманої інформації оцінюється ризик термічного ураження працівників. Наведено результати обчислювального експерименту.
Математичне моделювання забруднення повітря біля автодоріг та оцінювання ризику захворювань у людей, які перебувають у зоні впливу викидів від автомобілів
(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2025) Кузнецов, Віталій Миколайович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Берлов, Олександр Вікторович; Звонарьова, Ольга Віталіївна; Машихіна, Поліна Борисівна
UKR: Мета. Робота спрямована на розробку чисельної 2D-моделі, яка дозволяє швидко розрахувати всмоктування забрудненого повітря біля дороги. Швидка розрахункова модель CFD, має враховувати метеорологічні параметри, всмоктувальну трубу біля дороги для видалення забрудненого повітря, швидкість викиду токсичних газів. Методика. Розроблена модель базується на рівнянні потенційного потоку та рівнянні масопереносу забруднювача. Рівняння потенційного потоку використовують для обчислення вітрового потоку біля дороги у разі застосування всмоктувальної труби. Для розв’язання рівняння потенційної течії використано метод чисельного інтегрування Лібмана. Для розв’язання рівняння конвективно-дифузійної дисперсії використано неявну змінно-трикутну різницеву схему. Чисельне інтегрування здійснено за допомогою прямокутної різницевої сітки. Для створення форми комплексної розрахункової зони використано метод пористості («метод маркерів»). Викиди токсичних газів від автомобіля змодельована за допомогою дельта-функції Дірака для точкового джерела. Результати. Розроблена чисельна 2D-модель враховує основні фізичні фактори, що впливають на процес розсіювання забруднювальних речовин біля дороги. Модель враховує вплив автомобіля та всмоктувальної труби, розташованої біля дороги для видалення забрудненого повітря. На основі розроблених чисельних моделей проведено обчислювальний експеримент для оцінки впливу застосування всмоктувальної труби на локальне забруднення атмосферного повітря біля дороги. Наукова новизна. Розроблена чисельна модель дозволяє розрахувати двовимірну схему потоку біля дороги, де використано такий захід пом’якшення, як всмоктувальна труба. Модель дозволяє виконувати швидкі розрахунки забруднення повітря з урахуванням впливу захисного бар’єру. На базі даних про розподіл концентрації небезпечної речовини визначено ризик появи захворювань у людини, яка перебуває в зоні впливу викидів від автотранспорту. Практична значимість. Здійснено програмну реалізацію розробленої чисельної моделі, проведено обчислювальний експеримент, що проілюстрував ефективність використання моделі для вирішення прикладних задач. Наведено результати чисельного експерименту.
Математичне моделювання забруднення повітря в робочому приміщенні
(НТУ “Дніпровська Політехніка”, Дніпро, 2022) Біляєв, Микола Миколайович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Козачина, Віталій Анатолійович; Берлов, Олександр Вікторович; Цуркан, Валерія Вячеславівна
UKR: Мета. Розробка CFD моделі та комп’ютерного коду для аналізу та прогнозу процесу фор-мування областей хімічного забруднення в робочому приміщенні при аварійному витоку небезпечної речовини, що дозволяють врахувати вплив перешкод та роботи вентиляційної системи на цей процес. Методика. Для розрахунку процесу формування з часом областей хімічного забруднення в робочому приміщенні використовується рівняння масопереносу. Для розв’язання задачі аеродинаміки – визначення поля швидкості повітряного потоку в приміщенні – використовуються рівняння Нав’є-Стокса. Для чисельного рішення моделюючих рівнянь використовуються кінцево-різницеві схеми розщеплення. На базі розробленої чисельної моделі створено комп’ютерний код для проведення обчислювальних експериментів. Результати. Створено ефективну CFD модель та комп’ютерний код, що дозволяють швидко аналізувати рівень хімічного забруднення робочих приміщень при можливих аварійних ситуаціях, що супроводжуються емісією небезпечних речовин. Представлено результати обчислювального експерименту. Наукова новизна. Розроблено ефективну CFD модель, що дозволяє розрахувати динаміку формування областей хімічного забруднення повітря в робочому приміщенні при аварійному витоку хімічно небезпечної речовини. Практична значимість. На базі запропонованої CFD моделі розроблено комп’ютерний код, що дозволяє визначати динаміку формування областей забруднення в робочому приміщенні при аварійній емісії небезпечних речовин. Модель може бути використана для аналізу ризику токсичного ураження персоналу в робочих приміщеннях.
Математичне моделювання забруднення повітря після вибуху в кар’єрі: експрес прогноз
(Український державний університет науки і технологій, 2025) Медведєва, Ольга; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Кіріченко, Павло Сергійович; Козачина, Віталій Анатолійович; Усенко, Андрій Юрійович
UKR: Мета. Розробка CFD моделі, що дає можливість оперативно прогнозувати рівень пилового забруднення атмосферного повітря після вибуху в кар’єрі, розробка швидкої розрахункової моделі CFD. Методика. Для рішення задачі аеродинаміки та масопереносу використовуються фундаментальні рівняння механіки суцільного середовища. Поле швидкості повітряного потоку моделюється за допомогою рівняння Лапласа для потенціалу швидкості. Чисельне інтегрування рівняння Лапласу здійснюється за допомогою метода розщеплення. Після розщеплення будуються різницеві рівняння, що можуть бути вирішені за явною формуло. Для моделювання розповсюдження пилу в атмосферному повітрі використовується модель Г. Марчука. Для чисельного інтегрування рівняння масопереносу використовуються різницеві схеми розщеплення. На першому етапі здійснюється фізичне розщеплення на рівняння дифузії та конвективного переносу пилу. Далі будуються змінно-трикутні різницеві схеми розщеплення. Рельєф місцевості моделюється на прямокутній різницевій сітці за допомогою маркерів. Результати. Розроблений комплекс чисельних моделей для рішення за-дач: аеродинаміки та масопереносу вагомої домішки в атмосферному повітрі. Для побудови чисельних моделей використані кінцево-різницеві схеми розщеплення, що дозволяють отримати прості розрахункові залежності. Побудовані чисельні моделі дають можливість оперативно розраховувати динаміку пилового забруднення в умовах складного рельєфу місцевості. Наукова новизна. Побудовані чисельні моделі для аналізу динаміки пилового забруднення атмосферного повітря після вибуху в кар’єрі. Модель дає можливість враховувати геометричну форму рельєфу, метеоумови, швидкість гравітаційного осадження пилу, атмосферну дифузію, форму пилової хмари після вибуху. Модель може бути використана для експрес оцінювання впливу вибухів на навколишнє середовище. Практична значимість. Розроблений спеціалізований пакет комп’ютерних програм для проведення обчислювального експерименту на базі побудованих чисельних моделей. Наведено результати чисельного експерименту.
Математичне моделювання нестаціонарного процесу забруднення повітря
(Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро, 2023) Біляєв, Микола Миколайович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Берлов, Олександр Вікторович; Козачина, Віталій Анатолійович; Якубовська, З. М.
UKR: Постановка проблеми. Розглядається задача визначення динаміки забруднення повітря в робочому приміщенні під час затікання в нього повітря, що містить хімічно небезпечну речовину. Особливість даної задачі полягає в тому, що на формування областей забруднення в приміщенні впливають багато факторів, особливо внутрішня геометрія (наявність технологічного обладнання в приміщенні, меблі тощо). Тому потрібно мати спеціалізовані математичні моделі, що дозволяють прогнозувати рівень хімічного забруднення повітря в приміщенні заданого типу забруднення. Мета–розроблення тривимірної чисельної моделі аеродинаміки повітряного потоку в приміщенні та масопереносу хімічно небезпечної речовини, що потрапляє в приміщення крізь систему вентиляції, для прогнозування ризику токсичного ураження працівників. Методика. Для моделювання процесу поширення хімічно небезпечної речовини в повітрі робочого приміщення використовується тривимірне рівняння конвективно-дифузійного переносу хімічно небезпечної речовини. Поле швидкості повітряного потоку в робочому приміщенні розраховується на базі моделі потенціального руху нестислої рідини. Для чисельного інтегрування рівняння Лапласа для потенціалу швидкості використовуються дві скінченнорізницеві схеми. Для чисельного інтегрування тривимірного рівняння масопереносу домішки застосовуються метод розщеплення та скінченнорізницеві схеми. На кожному кроці розщеплення невідоме значення концентрації домішки обчислюється за явною формулою. Для проведення обчислювальних експериментів на базі розробленої чисельної моделі створено комп’ютерний код. Наукова новизна. Розроблено тривимірну чисельну модель для аналізу динаміки формування областей хімічного забруднення повітря в робочих приміщеннях у разі потрапляння домішки в приміщення скрізь систему вентиляції. Особливість моделі –врахування основних фізичних факторів, що впливають на формування областей забруднення та швидкість розрахунку. Практична значущість. Чисельна модель та комп’ютерний код, розроблений на її основі, дозволяють розв’язувати специфічні задачі, що виникають під час оцінювання ризику токсичного ураження працівників на хімічно небезпечних об’єктах. Висновки. Створено ефективну тривимірну чисельну модель та комп’ютерний код, що дозволяють прогнозувати рівень хімічного забруднення робочих приміщень за потрапляння токсичної речовини в приміщення крізь систему вентиляції. Наведено результати обчислювального експерименту.
Математичне моделювання процесу нестаціонарної теплопровідності крізь стінку
(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2025) Біляєв, Микола Миколайович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Кіріченко, Павло Сергійович; Козачина, Віталій Анатолійович; Полторацька, Вікторія Миколаївна
UKR: Мета. Екстремальні ситуації на промислових об’єктах часто призводять до виникнення пожежі, зокрема, пожежі виникають в разі атаки дронів на нафтосховища. У такому випадку в повітря потрапляє значна кількість хімічно небезпечних речовин (продукти згорання палива) та з’являється ризик термічного ураження працівників. Для зменшення ризику термічного ураження використовують різні засоби та конструкції. Під час проєктування захисних конструкцій потрібно заздалегідь визначати їх ефективність та час можливого руйнування. Це потребує розробки та використання спеціалізованих математичних моделей. Ця робота присвячена розробці чисельних моделей, що дозволяють прогнозувати теплові поля на промисловому майданчику в разі пожежі та оцінювати ризик руйнування захисної стінки (бар’єру). Методика. Для чисельного розв’язання задач аеродинаміки (визначення поля швидкості вітру), розрахунку зон теплового забруднення повітря на промисловому майданчику та визначення динаміки зміни температури в середині захисного бар’єра (стінки) використовуємо фундаментальні моделі механіки суцільного середовища. Для чисельного розв’язання моделювальних рівнянь використовуємо кінценнорізницеві схеми. Результати. Розроблено комп’ютерну програму, що дає можливість розв’язувати «зв’язану» задачу з визначення зони теплового забруднення повітря на промисловому майданчику та динаміку нагрівання захисного бар’єра (стінки). За допомогою запропонованої чисельної моделі та комп’ютерної програми можна в режимі реального часу розв’язувати задачу теплопровідності та теплопереносу. Наукова новизна. Наведено швидкорозрахункову чисельну модель для оцінювання часу руйнування захисного бар’єра на промисловому майданчику, де має місце пожежа. Аналіз теплових полів на промисловому майданчику та в середині захисного бар’єра здійснено шляхом чисельного інтегрування багатофакторного рівняння теплопереносу та теплопровідності. Задачу аеродинаміки розв’язано на базі моделі потенціального руху. Ці чисельні моделі потребують незначного комп’ютерного часу за практичної реалізації. Практична значимість. Запропоновані чисельні моделі можуть бути використані для первинної оцінки температурного поля в середині захисного бар’єра з метою визначення її ефективності з точки зору захисту зон від теплового забруднення на промисловому майданчику. Ця інформація може бути корисною на форескіз-етапі розробки захисних споруд.
Математичне моделювання процесу формування кислотних дощів у разі викидів із ТЕС
(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2024) Біляєв, Микола Миколайович; Петренко, Володимир Дмитрович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Берлов, Олександр Вікторович; Звонарьова, Ольга Віталіївна
UKR: Мета. Відомо, що кислотні дощі негативно впливають на навколишнє середовище. Формування кислотних опадів в атмосфері відбувається внаслідок хімічної взаємодії продуктів горіння палива та атмосферної вологості. Кислотні дощі призводять до втрати врожаю, погіршення плодючості землі, закислення води у водоймах. Актуальною проблемою залишається розробка науково обґрунтованих методів дослідження інтенсивності такого кислотного забруднення атмосферного повітря та поверхні ґрунту в регіонах, де мають місце значні викиди від ТЕС. Для розв’язання цієї задачі важливо використовувати математичне моделювання, оскільки визначити експериментальним шляхом вплив викидів від ТЕС на формування кислотних дощів неможливо. Тому основною метою роботи є створення математичної моделі для прогнозування утворення кислотних дощів у разі викидів з ТЕС. Методика. Для прогнозування процесу формування кислотного дощу використано тривимірне рівняння конвективно-дифузійного переносу забруднювача, що враховує профіль швидкості вітру, атмосферну стратифікацію, інтенсивність емісії домішки, напрям вітру. Це рівняння також використано для опису процесу перенесення водної пари в атмосферному повітрі. Щоб описати процес утворення кислоти в атмосферному повітрі, використано стехіометричне співвідношення. Чисельне інтегрування моделювального рівняння переносу здійснено за допомогою методу розщеплення. Результати. Побудовано багатофакторну чисельну модель, що дозволяє визначати зони, де формуються кислотні дощі. Розглянуто задачу прогнозування формування кислотного дощу в разі викидів від ТЕС на базі побудованої чисельної моделі. Наукова новизна. Запропоновано чисельну модель для прогнозування виникнення кислотного дощу внаслідок викидів із ТЕС. Модель є багатофакторною та враховує конвекцію, атмосферну дифузію, нерівномірний профіль вітру. Створено комп’ютерний код, що дозволяє оперативно оцінювати зони кислотного забруднення. Практична значимість. Розроблений комп’ютерний код для аналізу зон кислотного забруднення довкілля в разі промислових викидів дає можливість прогнозувати інтенсивність такого забруднення в різних метеоумовах.
Математичне моделювання температурних полів у культиваційних спорудах
(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2024) Біляєва, Вікторія Віталіївна; Щербина, С. А.
UKR: Мета. Основна мета статті полягає в розробці методу розрахунку теплових полів у ґрунті теплиць в разі його штучного обігріву. Оскільки температурний режим у ґрунті теплиць має істотний вплив на врожайність рослин, дуже важливо, з одного боку, забезпечити потрібну температуру в ґрунті, а з іншого – визначити енергоощадний режим обігріву. Методика. Для побудови методу використано чисельне інтегрування рівняння теплопереносу. Для аналізу та прогнозування нестаціонарного процесу нагрівання ґрунту в теплиці в разі його штучного обігріву використано двовимірне рівняння теплопереносу, а для його розв’язання – дві скінченнорізницеві схеми. На базі побудованих чисельних моделей розроблено комп’ютерну програму для проведення обчислювального експерименту. Результати. Створено ефективні комп’ютерні моделі для прогнозування нестаціонарного формування теплових зон у ґрунті теплиці під час її штучного обігрівання. Наведено результати чисельного моделювання. Наукова новизна. Розроблено прогностичні чисельні моделі для аналізу динаміки формування теплових полів у ґрунті теплиць під час його штучного нагрівання. На базі розроблених чисельних моделей створено комплекс прикладних програм для проведення обчислювального експерименту з визначення нестаціонарного поля температури в ґрунті теплиць. Побудовані чисельні моделі належать до класу «operational models», тобто розроблені для оперативного аналізу теплових полів у ґрунті. Для практичного використання розроблених чисельних моделей потрібна стандартна вхідна інформація. Практична значимість. Побудовані чисельні моделі становлять інструмент для аналізу динаміки нагрівання ґрунту та можуть бути використані піл час розробки енергоощадної технології обігріву. За допомогою цих моделей можна визначати час оптимального нагрівання ґрунту в різних зонах (коренева система, поверхня ґрунту) та визначати раціональне місце розташування нагрівальних елементів, час, коли потрібно вимкнути нагрівальні елементи, та час, коли їх потрібно ввімкнути знову. Тобто ці моделі дозволяють розробити енергоощадну технологію обігрівання ґрунту в теплиці.
Математичне моделювання теплового режиму в обтічнику ракети-носія на етапі передстартової підготовки
(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2025) Козачина, Віталій Анатолійович; Біляєв, Микола Миколайович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Семененко, П. В.; Якубовська, Зінаїда Миколаївна
UKR: Мета. Розвиток систем супутникового зв’язку базується на транспортуванні супутників у космосі. Транспортування супутника на орбіту здійснюють за допомогою ракети-носія. Супутник розміщується в транспортному відсіку в середині головного обтічника. На етапі передстартової підготовки необхідно дотримуватися жорстких умов середовища в середині головного обтічника. Зокрема, дуже важливо спрогнозувати температурне поле в транспортному відсіку в середині головного обтічника під час його примусової вентиляції на етапі передстартової підготовки. Для рішення цієї задачі потрібно мати спеціалізовані математичні моделі. Головною метою роботи є розробка швидкорозрахункової моделі для оцінювання температурних полів у середині обтічника ракети-носія. Методика. Для розрахунку температурного поля, що формується вентиляцією транспортного відсіку та виділенням тепла від різних елементів супутника, було використано рівняння енергії. Це рівняння враховувало інтенсивність тепловиділення з різних частин супутника, картину обтікання супутника повітряним потоком, теплообмін у транспортному відсіку. Неоднорідне поле швидкості повітряного потоку в транспортному відсіку розраховано на основі моделі потенційної течії. Для чисельного інтегрування рівнянь моделі використано скінченорізницеві схеми. Результати. Розроблено комп’ютерний код, який реалізує запропоновану чисельну модель. Наведено результати обчислювальних експериментів з оцінки температурного режиму в головному обтічнику ракети-носія для різних супутників. Наукова новизна. Створено швидкорозрахункову CFD-модель для аналізу теплових полів у середині обтічника ракети-носія на етапі передстартової підготовки. Модель дає можливість визначати в середині обтічника зони з підвищеною температурою. Практична значимість. Розроблена чисельна модель може бути корисна для вибору та обґрунтування режиму вентиляції головного обтічника ракети-носія на етапі передстартової підготовки з метою забезпечення рекомендованого діапазону температури біля супутника. Також може бути використана для первинної оцінки температури в головному обтічнику на етапі обґрунтування режиму терморегулювання для конкретного супутника або супутникової системи.
Моделювання поширення домішки в робочому приміщенні при складній схемі вентиляції
(Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, УДУНТ, Дніпро, 2024) Біляєв, Микола Миколайович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Берлов, Олександр Вікторович; Козачина, Віталій Анатолійович; Колесников, С. О.
UKR: Постановка проблеми. Розглядається розробка та практичне використання чисельної моделі для аналізу процесу забруднення повітря в робочому приміщенні при аварійному витоку токсичної речовини. Мета роботи. Створення чисельних моделей аеродинаміки та масопереносу нестаціонарного процесу розповсюдження токсичної речовини в робочому приміщенні. Методика. Моделювання розповсюдження токсичної речовини при роботі аварійної вентиляції здійснюється на базі рівняння Лапласа для потенціалу швидкості та рівняння масопереносу, що враховує конвективний та дифузійний перенос токсичної речовини. Чисельне інтегрування моделюючих рівнянь механіки суцільного середовища здійснюється за допомогою кінцево-різницевих схем з використанням метода маркування. Наукова новизна. Створена чисельна модель для прогнозування рівня забруднення повітря в робочому приміщенні внаслідок емісії токсичного газу. Модель базується на чисельному інтегруванні фундаментальних рівнянь механіки суцільного середовища. Особливістю чисельної моделі є врахування основних фізичних факторів, що впливають на розповсюдження токсичного газу в приміщенні (наявність обладнання в приміщенні, положення отворів вентиляції, міста емісії токсичної речовини тощо) та швидкість розрахунку. Практична значущість. Розроблена чисельна модель може бути використана для наукового обґрунтування параметрів аварійної вентиляції для робочих приміщень, де можлива емісії токсичних речовин. Висновки. Для аналізу та прогнозу процесу хімічного забруднення робочого приміщення розроблена динамічна багатофакторна чисельна модель. Особливістю чисельної моделі є можливість враховувати основні фізичні фактори, що впливають на формування областей забруднення в робочих приміщеннях. Розроблена чисельна модель може бути використана для наукового обґрунтування параметрів аварійної вентиляції для швидкого зниження концентрації токсичної (або вибухонебезпечної) речовини в робочому приміщенні.
Моделювання процесу знепилювання хмари після вибуху в кар'єрі
(Österreichisches Multiscience Journal, Innsbruck, Austria, 2021) Біляєв, Микола Миколайович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Берлов, Олександр Вікторович; Козачина, Віталій Анатолійович
UK: Розглядається задача знепилювання хмари в кар’єрі шляхом подачі води. Для розрахунку процесу роз-повсюдження пилу та крапель води використовується рівняння масопереносу. Це моделююче рівняння вра-ховує конвективний та дифузійний перенос домішки в атмосферному повітрі. Для розрахунку процесу взає-модії крапель води та часток пилу використовується емпірична модель. Поле швидкості повітряного потоку в кар’єрі розраховується на базі моделі безвихрових течій нев’язкої рідини.
Моделювання процесу пилоутворення
(Bratislava, Slovakia, 2025) Біляєв, Микола Миколайович; Козачина, Віталій Анатолійович; Кіріченко, Павло Сергійович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Берлов, Олександр Вікторович
UKR: Зберігання сипучих матеріалів на промислових майданчиках приводить до суттєвого пилового забруднення робочих зон. Важливою задачею є дослідження закономірностей пилоутворення та забруднення повітря при різних метеоумовах на промислових майданчиках. В статті наведено результати проведених експериментальних досліджень по визначенню інтенсивності емісії пилу від ділянки з вугіллям. Дослідження проведено для різної швидкості повітряного потоку. Отримано емпіричну модель, що дає можливість оцінювати інтенсивність пилоутворення на промислових майданчиках. Визначено закономірність зміни концентрації вугільного пилу на різній відстані від ділянки з вугіллям. Розроблено дві чисельні для прогнозуванні пилового забруднення повітря на промислових майданчиках. Моделі базуються на використанні кінцево-різницевих схем розщеплення для інтегрування багатовимірного рівняння масопереносу.
Моделювання роботи водяної завіси для захисту працівників від термічного ураження
(Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро, Україна, 2021) Біляєв, Микола Миколайович; Берлов, Олександр Вікторович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Вергун, Оксана Олександрівна
UKR: Постановка проблеми. Розглядається оцінювання ефективності використання водяної завіси для зменшення ризику термічного ураження людей під час пожежі. Ставиться задача визначення температурних полів під час подачі води для охолодження повітря. Мета роботи − розроблення числової моделі для розрахунку процесу розповсюдження крапель води в повітрі, їх випарювання для зменшення температури нагрітого повітря внаслідок пожежі. Методика. Для математичного моделювання процесу поширення крапель води в повітрі, теплового забруднення повітря застосовуються конвективно-дифузійне рівняння масопереносу, рівняння енергії та рівняння, що описує рух ідеальної рідини (модель потенціальної течії). Модель потенціальної течії дозволяє швидко визначити поле швидкості повітряного потоку в областях, що мають складну геометричну форму. Для числового інтегрування рівняння конвективно-дифузійного масопереносу та рівняння енергії застосовуються неявні різницеві схеми розщеплення. Для побудови різницевого аналога моделювальних рівнянь використовується фізичне розщеплення базових рівнянь. Для розв'язання задачі аеродинаміки − визначення поля потенціалу швидкості та компонент вектора швидкості повітряного потоку застосовуються метод Річардсона та схема умовної апроксимації. Розроблено інженерну методику розрахунку процесу випарювання краплі води, що базується на законі Срезневського. Наукова новизна. Розроблено ефективну числову модель, що дозволяє методом обчислювального експерименту визначати ефективність використання водяної завіси для зменшення рівня теплового забруднення атмосферного повітря внаслідок пожежі. Числова модель базується на інтегруванні фундаментальних рівнянь аеродинаміки, тепломасопереносу. Модель враховує найбільш суттєві фізичні фактори, що впливають на процес, який досліджується: рух нагрітого повітря, рух крапель води в повітрі, випарювання краплі тощо. Практична значимість. На базі побудованої моделі створено комп’ютерний код, що дозволяє швидко визначати температурні поля в повітрі з використанням водяної завіси. Числова модель буде корисна для проведення обчислювальних експериментів з метою науково обгрунованого вибору місця розташування водяної завіси під час пожежі. Висновки. Створено комп’ютерну програму (код), що дозволяє методом обчислювального експерименту досліджувати ефективність використання водяної завіси під час пожежі. Розроблена комп’ютерна програма може бути реалізована на комп’ютерах малої та середньої потужності. Наведені результати обчислювального експерименту.
Моделювання шумового забруднення біля залізниці
(Österreichisches Multiscience Journal, Innsbruck, Austria, 2021) Біляєв, Микола Миколайович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Берлов, Олександр Вікторович; Козачина, Віталій Анатолійович
UK: Розглядається задача прогнозування рівня шумового забруднення біля залізниці. Для математичного моделювання процесу формування зони шумового забруднення біля залізниці використовується рівняння акустики. Для чисельного інтегрування рівняння акустики використовується двошарова кінцево-різницева явна схема. Розроблена чисельна модель враховує позицію потягу, присутність шумозахисних екранів. На базі розробленої чисельної моделі розроблено комп’ютерний код. Наведено результати обчислювального експерименту.
Моделювання і прогнозування стану довкілля
(Роман Козлов, Кривий Ріг, 2016) Біляєв, Микола Миколайович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Кіріченко, Павло Сергійович
UK: У підручнику розглянуто математичні моделі прогнозування ступеня забруднення навколишнього середовища. Наведено математичні моделі прогнозування стану довкілля у випадку техногенних аварій. Для студентів вищих навчальних закладів.
Оцінювання впливу об’єкта енергетики на забруднення навколишнього середовища
(Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро, Ukraine, 2023) Біляєва, Вікторія Віталіївна; Губін, О. І.; Машихіна, Поліна Борисівна; Усенко, Андрій Юрійович; Тимошенко, Л. О.
UKR: Постановка проблеми. Розглядається задача оцінювання впливу котельної на забруднення атмосферного повітря. Таке оцінювання дуже важливе у разі розташування котелень поблизу селитебних зон. Оскільки метеоумови для кожного регіону характеризуються зміною напряму вітру, інтенсивністю атмосферної дифузії, появою штилю, важливо мати інформацію про формування зон забруднення в селитебних зонах. Для розв’язання даної задачі дуже важливе використання математичного моделювання, тому що наразі неможливо створити достатню кількість постів спостереження біля об’єктів паливно-енергетичного комплексу. Мета роботи − чисельний аналіз впливу котельної на інтенсивність забруднення атмосферного повітря за різних метеоумов. Методика. Для оцінювання зон забруднення, що формуються в атмосферному повітрі під час викиду з труби котельні, використовується 3D-рівняння конвективно-дифузійного переносу. Модель враховує атмосферну стратифікацію, інтенсивність емісії домішки, профіль вітру, швидкість вітру. Чисельне інтегрування рівняння конвективно-дифузійного переносу домішки здійснюється за допомогою скінченно різницевих схем. Моделювальне рівняння розщеплюється на рівняння конвективного переносу забруднювальної речовини та рівняння розсіювання забруднювальної речовини шляхом атмосферної дифузії. Окремо розв’язується рівняння, що описує зміну концентрації домішки в атмосферному повітрі внаслідок викиду забруднювальної речовини з труби. На наступному етапі будуються скінченно різницеві схеми, що дозволяють розв’язати рівняння розщеплення. Наукова новизна. На базі побудованої чисельної моделі визначені зони забруднення атмосферного повітря під час викиду СО з труби котельні. Запропонована чисельна модель дозволяє прогнозувати забруднення атмосферного повітря для різних метеоумов у рамках одного пакета програм. Практична значущість. Розроблено комп’ютерний пакет програм на базі запропонованої чисельної моделі, що дає можливість здійснювати аналіз зон хімічного забруднення атмосферного повітря, які формуються під час викиду домішки з труби котельні за різних метеоумов. Висновки. На базі запропонованої чисельної моделі здійснено прогнозування зон хімічного забруднення атмосферного повітря в селитебній зоні, в якій розташовується котельня. Наведено результати обчислювального експерименту.
Оцінювання ризику термічного ураження працівників при пожежі на АЗС
(European Scientific Institute, ESI, 2021) Біляєв, Микола Миколайович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Берлов, Олександр Вікторович; Козачина, Віталій Анатолійович
UK: Розглядається задача оцінювання ризику термічного ураження працівників у випадку пожежі на АЗС. Ставиться задача розробки математичної моделі, що дозволяє швидко визначати динаміку зміни поля температури та прогнозування, на базі цієї інформації ризику термічного ураження працівників в робочих зонах. Для розрахунку динаміки теплового забруднення повітря при пожежі використовується рівняння енергії. Для розрахунку поля швидкості повітряного потоку в умовах забудови використовується аеродинамічна модель потенціального руху (рівняння Лапласа для потенціалу швидкості). Чисельне інтегрування рівняння для потенціалу швидкості здійснюється за допомогою методу Річардсона та методу умовної апроксимації. Для чисельного інтегрування рівняння енергії використовуються різницеві схеми розщеплення. Розроблена комп’ютерна програма на базі побудованої чисельної моделі. Представлені результати обчислювального експерименту по визначенню ризику термічного ураження працівників при пожежі на АЗС.
Оцінювання ризику ураження водолаза у випадку роботи в агресивному середовищі
(Universitätsstraße, Innsbruck, Austria, 2021) Біляєв, Микола Миколайович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Гунько, Олена Юріївна; Козачина, Віталій Анатолійович; Татарко, Лариса Гаврилівна
UKR: Постановка проблеми. Розглядається розробка чисельної моделі для оцінювання ризику хімічного або термічного ураження водолазів при проведенні ремонтних робіт на пошкоджених підводних трубопроводах. Мета роботи − розроблення чисельної моделі для розрахунку зони інтенсивного хімічного забруднення акваторії у місці проведення підводних робіт з метою оцінювання ризику хімічного або термічного ураження водолазів. Методика. Для моделювання хімічного забруднення акваторії використовується двовимірне рівняння масопереносу. Для моделювання процесу теплового забруднення акваторії використовується рівняння енергії. Розрахунок гідродинаміки потоку здійснюється на базі рівнянь Ейлера. Для чисельного інтегрування рівняння енергії використовується явна кінцево-різницева схема. Для чисельного інтегрування рівнянь Ейлера використовуються схеми розщеплення. Для чисельного інтегрування рівняння масопереносу використовується неявна різницева схема розщеплення. Здійснена програмна реалізація побудованої чисельної моделі. Представлено результати обчислювального експерименту. Наукова новизна. Запропоновано чисельну модель, що дозволяє розрахувати зони інтенсивного хімічного забруднення акваторії у місці проведення підводних робіт з метою оцінювання ризику хімічного або термічного ураження водолазів. Практична значимість. На базі розробленої моделі створено код, що дозволяє оперативно розраховувати зону інтенсивного хімічного забруднення акваторії у місці проведення підводних робіт. Висновки. Запропонована чисельна модель для аналізу формування зон теплового та хімічного зараження водоймища при витоку з пошкодженого підводного трубопроводу. Розроблена чисельна модель дозволяє швидко визначати зони забруднення акваторії, що небезпечні для роботи водолазів.
Прогнозування наслідків надзвичайної ситуації на залізничній станції
(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2024) Біляєва, Вікторія Віталіївна; Калашніков, І. В.; Берлов, Олександр Вікторович; Губін, Олександр Ігорович; Козачина, Віталій Анатолійович
UKR: Мета. Розглянуто задачу визначення розмірів зон ураження у випадку екстремальної ситуації на залізничній станції внаслідок пожежі цистерн. Задачею прогнозування є визначення зон теплового забруднення, а також хімічного та механічного забруднення. Основна мета роботи полягає у створенні чисельних моделей для розрахунку зон механічного та теплового забруднення довкілля в разі пожежі на залізничній станції. Методика. Для аналізу розмірів та інтенсивності зон теплового, хімічного, механічного забруднення довкілля у випадку виникнення екстремальної ситуації на залізничній станції використано рівняння тепломасопереносу та другий закон Ньютона для моделювання механічного забруднення довкілля. Для розв’язання рівнянь використано чисельні методи – метод Ейлера та скінченнорізницеві схеми. На базі розроблених чисельних моделей створено комп’ютерний код для проведення обчислювального експерименту. Результати. Розроблено сучасні комп’ютерні моделі оцінювання зон хімічного, теплового, механічного за-бруднення в разі виникнення екстремальної ситуації. Наведено результати комп’ютерного моделювання. Наукова новизна. Створено комплекс чисельних моделей для комп’ютерного моделювання процесів тепломасопереносу та динаміки руху точки, що дозволяє проводити обчислювальний експеримент із визначення зон забруднення під час пожежі на залізничній станції. Практична значимість. На базі створених математичних моделей розроблено комп’ютерний код. Цей код є інструментом розв’язання важливих задач у галузі екологічної безпеки та цивільного захисту. Комп’ютерний код дає можливість оперативно визначати інтенсивність та розміри зон забруднення довкілля у випадку виникнення екстремальної ситуації.
Прогнозування пилового забруднення повітря у вентильованому об’ємі зі складною геометрією
(ННІ «Придніпровська державна академія будівництва та архітектури», Дніпро, 2025) Біляєв, Микола Миколайович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Берлов, Олександр Вікторович; Козачина, Віталій Анатолійович; Семененко, П. В.
UKR: Постановка проблеми. На етапі передстартової підготовки необхідно виконати дуже жорсткі умови щодо умов навколишнього середовища всередині головного обтічника, де знаходиться супутник. А саме, дуже важливо передбачити концентрацію пилу всередині головного обтічника та біля поверхонь супутника під час примусової вентиляції. Тому виникає важлива задача – прогнозування рівня пилового забруднення повітря всередині обтічника та визначення ступеню забруднення особливо «чутливих» поверхонь. Для адекватного рішення даної задачі потрібно мати науково обґрунтовані математичні моделі. Мета роботи. Розробка швидкорозрахункової чисельної моделі для прогнозування пилового забруднення об’єму обтічника на етапі передстартової підготовки. Методика. Для прогнозування пилового режиму головного обтічника ракети-носія розроблена чисельна модель. Моделюючі рівняння: рівняння масопереносу пилу (враховує перенос пилу за рахунок конвекції, дифузії та гравітаційного осадження), рівняння для потенціалу швидкості (визначення поля швидкості повітряного потоку при обтіканні супутника в головному обтічнику), емпіричні залежності, що допомагають визначити інтенсивність осадження пилу на поверхню супутника. Наукова новизна. Розроблена багатофакторна чисельна модель для аналізу пилового забруднення обтічника при примусової його вентиляції на етапі термостатування. Модель дає можливість здійснювати рішення задачі аеродинаміки та масопереносу в областях, що мають складну геометричну форму. Для чисельного інтегрування моделюючих рівнянь використані кінцево-різницеві схеми. Практична значущість. Розроблена чисельна модель дає можливість швидко визначати рівень пилового забруднення як в самому обтічнику так і зонах розташування особливо «чутливих» поверхонь супутника. Висновки. На основі запропонованої чисельної моделі розроблено комп'ютерний код. Представлено результати обчислювальних експериментів для оцінки поля концентрації пилу всередині головного обтічника ракети-носія.
Прогнозування радіоактивного забруднення атмосферного повітря у разі екстремальної ситуації на АЕС
(Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро, Ukraine, 2023) Біляєв, Микола Миколайович; Берлов, Олександр Вікторович ; Біляєва, Вікторія Віталіївна ; Козачина, Віталій Анатолійович; Машихіна, Поліна Борисівна
UKR: Постановка проблеми. Розглядається задача оцінювання рівня радіоактивного забруднення атмосферного повітря у разі виникнення екстремальної ситуації на території Запорізької АЕС, що спричинює миттєвий радіоактивний аерозольний викид. Здійснюється аналіз динаміки формування зон радіоактивного забруднення за напряму вітру в бік м. Нікополь. Для оперативного розв’язання даної прогнозної задачі потрібне створення багатофакторної чисельної моделі, що дозволяє оперативно аналізувати розміри та інтенсивність областей радіоактивного забруднення. Мета роботи –створення чисельної моделі та комп’ютерного коду для оперативного аналізу областей радіоактивного забруднення, що формуються за миттєвого викиду радіоактивних забруднювачів в атмосферу. Методика. Комп’ютерний код створений на базі чисельної моделі, що є різницевим аналогом багатофакторного кінематичного рівняння масопереносу радіоактивної домішки в атмосферному повітрі. Рівняння масопереносу враховує поле швидкості вітру, атмосферну турбулентну дифузію, інтенсивність викиду радіоактивної речовини в повітря. Для чисельного інтегрування рівняння масопереносу застосовується метод розщеплення з наступним використанням скінчено різницевих схем. Обчислення значення величини об’ємної активності на кожному кроці розщеплення реалізується за явною формулою. Наукова новизна. Розроблено ефективну чисельну модель та здійснено її програмну реалізацію для оперативного аналізу формування областей радіоактивного забруднення в атмосфері за екстремальної ситуації на АЕС, що супроводжується емісією радіоактивних речовин. Модель враховує комплекс факторів, що впливають на процес поширення радіоактивної домішки в атмосфері. Практична значущість. Розроблено комп’ютерний код для розрахунку динаміки формування зон радіоактивного забруднення в атмосфері на базі розробленої чисельної моделі. Це дозволяє методом обчислювального експерименту аналізувати наслідки аварійних викидів на території АЕС. Висновки. Створено математичну модель для оперативного аналізу рівня радіоактивного забруднення атмосферного повітря внаслідок екстремальної ситуації на АЕС, що спричинює інтенсивний миттєвий викид радіоактивних речовин. Наведено результати обчислювального експерименту на базі розробленої чисельної моделі.
Розрахунок забруднення атмосферного повітря у випадку розлиття хімічно небезпечної речовини
(Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро, Україна, 2022) Біляєв, Микола Миколайович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Берлов, Олександр Вікторович; Машихіна, Поліна Борисівна; Якубовська, Зінаїда Миколаївна
UKR: Постановка проблеми. Розглядається задача прогнозування областей хімічного забруднення на промисловому майданчику при інверсії в атмосфері та випарюванні хімічно небезпечної речовини від зони розлиття. Мета роботи − розроблення методу розрахунку інтенсивності, форми областей забруднення в атмосфері, що формуються в умовах інверсії. Методологія. Для розрахунку поширення хімічно небезпечних речовин в атмосфері в умовах інверсії використовується тривимірне рівняння переносу домішки сумісно з підходом М. Берлянда, щодо визначення величини вертикального коефіцієнта дифузії для такої несприятливої метеоумови. Чисельне інтегрування рівняння переносу домішки здійснюється за допомогою двох скінченнорізницевих схем. Обидві схеми базуються на використанні методу розщеплення. Результати. Запропонований ефективний метод розрахунку областей забруднення атмосфери, що формуються при випарюванні хімічно небезпечної речовини від зони розлиття. Розроблена комп’ютерна програма, дає можливість швидко визначати ці зони забруднення атмосфери в умовах інверсії. Наведено результати обчислювального експерименту. Наукова новизна. Розроблено метод, що дозволяє оцінювати розміри та інтенсивність зон хімічного забруднення, які формуються в атмосфері при інверсії та випарюванні речовини від зони розлиття. Практична цінність. На базі розробленого методу створено програму для проведення обчислювального експерименту з оцінювання зон забруднення атмосфери на промислових майданчиках при аварійних розливах хімічно небезпечних речовин.
Тепломасообмін
(Український державний університет науки і технологій, Дніпро, 2024) Біляєва, Вікторія Віталіївна; Усенко, Андрій Юрійович; Форись, Світлана Миколаївна
UKR: Навчально-методичні рекомендації призначені для використання студентами спеціальності 144 «Теплоенергетика» під час виконання лабораторних робіт з дисципліни «Тепломасообмін». Навчально-методичні рекомендації містять основні теоретичні положення для засвоєння матеріалу, інструкції до виконання лабораторних робіт та вимоги до аналізу результатів.