Browsing by Author "Русакова, Тетяна Іванівна"

Now showing 1 - 6 of 6

Аналіз динаміки забруднення атмосферного повітря методом чисельного моделювання
(Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро, Україна, 2022) Біляєв, Микола Миколайович; Берлов, Олександр Вікторович; Козачина, Віталій Анатолійович; Ночвай, Володимир Іванович; Русакова, Тетяна Іванівна
UKR: Постановка проблеми. Розглядається задача оцінювання рівня хімічного забруднення атмосферного повітря при виникненні екстремальної ситуації, що приводить до розливу гептилу на території промислового об’єкту. Здійснено аналіз формування зон забруднення як на промислових майданчиках, так і в сельбищній зоні, що розташована поблизу промислового об’єкту. Для рішення такої задачі потрібно створення багатофакторних математичних моделей, які дозволяють оперативно визначати області забруднення, що формуються під час екстремальної ситуації. Мета роботи: створити комп’ютерну модель для оперативного аналізу областей забруднення, що формуються під час аварійної емісії в атмосферу хімічно небезпечних речовин. Методика. Комп’ютерну модель створено на базі чисельної моделі, що є різницевим аналогом багатофакторного кінематичного рівняння масопереносу домішки в атмосферному повітрі. Рівняння масопереносу враховує тривимірне поле швидкості вітру, атмосферну дифузію, інтенсивність викиду хімічно- небезпечної речовини в повітря. Для чисельного інтегрування тривимірного рівняння масоперносу використовується чотирикрокова кінцево-різницева схема розщеплення. Визначення концентрації хімічно- небезпечної речовини на кожному кроці розщеплення реалізується за явною формулою. Для розрахунку інтенсивності емісії хімічно-небезпечної речовини від зони аварійного розливу використовується емпірична залежність. Наукова новизна. Розроблено чисельну модель та здійснено її програмну реалізацію для оперативного аналізу формування областей аварійного забруднення в атмосфері. Модель враховує комплекс факторів, що впливають на процес поширення домішки в атмосфері. Практична значущість. Розроблено програму для розрахунку динаміки забруднення атмосферного повітря на базі запропонованої чисельної моделі. Це дозволяє методом обчислювального експерименту аналізувати наслідки аварійних розливів на території хімічно-небезпечних об’єктів. Висновки. Створено ефективний інструмент для оперативного аналізу рівня забруднення атмосферного повітря внаслідок емісії хімічно небезпечних речовин. Представлені результати обчислювального експерименту.
Моделювання забруднення довкілля в разі емісії аміаку з пошкодженого трубопроводу
(Дніпровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, Дніпро, 2021) Амеліна, Лариса Володимирівна; Біляєв, Микола Миколайович; Берлов, Олександр Вікторович; Вергун, О. О.; Русакова, Тетяна Іванівна
UK: Мета. Ця робота передбачає розробку гідравлічної моделі для розрахунку нестаціонарного витоку аміаку з пошкодженого трубопроводу та імплементацію цієї моделі в чисельну модель прогнозу аварійного забруднення атмосфери. Методика. Для розв’язання поставленої задачі використано розрахункові залежності гідравліки напірних потоків. Для розрахунку процесу випарювання аміаку з пошкодженого трубопроводу також використано емпіричну модель. Для розрахунку процесу розповсюдження аміаку в атмосферному повітрі використано тривимірне рівняння конвективно-дифузійного переносу домішки. Під час математичного моделювання розповсюдження аміаку з пошкодженого трубопроводу враховано зміну з висотою швидкості вітрового потоку, а також зміну з висотою вертикального коефіцієнта атмосферної дифузії, динаміку зміни з часом інтенсивності витоку аміаку з пошкодженого трубопроводу. Для чисельного розв’язання тривимірного диференціального рівняння переносу аміаку в атмосферному повітрі здійснено його фізичне розщеплення: виділено рівняння, що описує перенос домішки за рахунок конвекції, рівняння, що описує перенос домішки за рахунок атмосферної дифузії, та рівняння, що описує зміну концентрації аміаку в повітрі внаслідок дії джерела емісії. Для чисельного інтегрування рівняння конвективного переносу аміаку в повітрі використано метод Мак-Кормака, рівняння дифузійного переносу домішки – метод Річардсона, рівняння, що описує зміну концентрації аміаку під дією джерела емісії, – метод Ейлера. Результати. На основі розробленої моделі нестаціонарного витоку аміаку з пошкодженого трубопроводу та чисельної моделі розповсюдження аміаку в атмосферному повітрі проведено обчислювальний експеримент для оцінки рівня забруднення атмосферного повіт-ря та підстильної поверхні у випадку аварійного витоку аміаку на ділянці, де аміакопровід «Тольятті – Одеса» перетинає річку Дніпро. Отримано дані щодо нестаціонарного забруднення довкілля. Наукова новизна. Розроблено математичну модель, що дозволяє розраховувати нестаціонарний процес витоку аміаку з пошкодженого трубопроводу. Запропоновано чисельну модель для визначення областей забруднення в разі аварійного витоку аміаку з аміакопроводу «Тольятті – Одеса». Практична значимість. На базі розробленої моделі створено код, що дозволяє оперативно прогнозувати динаміку забруднення навколишнього середовища за аварійного витоку аміаку. Запропонована математична модель може бути використана під час розробки плану ліквідації аварійної ситуації (ПЛАС) для хімічно небезпечних об’єктів.
Мінімізація рівня хімічного забруднення атмосферного повітря на відкритій місцевості
(Журфонд, Дніпро, 2021) Біляєв, Микола Миколайович; Русакова, Тетяна Іванівна; Берлов, Олександр Вікторович
UK: В монографії розглянуто важливі науково-прикладні методи і засоби управління та контролю шкідливими виробничими чинниками, що виявляються під час виробництва у процесі трудової діяльності mодини. Сукупність цих методів і засобів можна використовувати при атестації робочих місць за умовами праці та паспортизації підприємств, що мають шкідливі виробничі чинники внутрішнього та зовнішнього походження та можуть погіршити умови праці на відкритій місцевості, при аналізі або проrнозуванні стану безпеки об'єкта для вироблення управлінських рішень та вибору форм організаційно-розпорядчих дій. Для використання в навчальному процесі вищих навчальних закладів при підготовці фахівців за спеціальністю 183 «Технології захисту навколишнього середовища», 263, «Цивільна безпека», 192 «Будівницгво та цивільна інженерія».
Прогнозування рівня забруднення атмосфери на базі чисельної моделі
(RS Global, Warsaw, 2019) Берлов, Олександр Вікторович; Калашніков, Іван Володимирович; Кіріченко, Павло Сергійович; Козачина, Віталій Анатолійович; Русакова, Тетяна Іванівна
UK: Анотація. Розроблена математична модель для прогнозування забруднення повітря протягом викид хімічно небезпечних речовин в атмосферу. Модель дозволяє взяти врахувати профіль швидкості вітру, дифузії атмосфери, токсичних хімічних викидів. Для числового інтеграція рівняння переносу забруднюючих речовин, розщеплення рівняння масопереносу на a використовується послідовність рівнянь більш простої структури. Для чисельної інтеграції цих рівнянь,використовується змінна трикутна неявна різницька схема. Результати розрахунку динаміка забруднення повітря у разі випадкового викиду хлору поблизу житлової зони представлені. Ця модель може бути використана в Міністерстві надзвичайних ситуацій для швидкого аналізу та прогнозування ризику токсичного ураження людей в надзвичайних ситуаціях.
Розвиток наукових основ та практичної оцінки шкідливих факторів в робочих зонах на території промислових підприємств (дисертація)
(Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна, 2019) Русакова, Тетяна Іванівна
UKR: Дисертація присвячена науково-теоретичному обґрунтуванню та розробці методичних основ для оцінки параметрів повітряного середовища та забезпечення допустимих умов праці на робочих місцях промислових майданчиків та при проектуванні робочих місць на відкритій місцевості промислових регіонів. Такого типу робочі місця знаходяться під впливом комплексу факторів, а саме, швидкості руху повітряного потоку, турбулентної дифузії, наявності різних перешкод, джерел емісії різного виду та типу. Прогнозування параметрів мікроклімату в даних робочих зонах виявляється особливо складною задачею, оскільки присутність такого комплексу факторів суттєво ускладнює розроблення методів прогнозу параметрів повітряного середовища в робочих зонах промислових майданчиків та на відкритій місцевості промислових регіонів. Тому існує необхідність в розробці методів прогнозу, які б комплексно враховували перелічені фактори, а також дозволяли оперативно аналізувати умови праці на цих робочих місцях та виконувати оцінку ризику хронічної інтоксикації працівників. Також потрібна розробка технологій для зниження рівня забруднення повітряного середовища та забезпечення допустимих умов праці на робочих місцях, що знаходяться в зоні впливу викидів автотранспорту. Поряд з вищевказаним існує необхідність в розробці методів для оцінки напруженості електричного поля в робочих зонах промислових майданчиків та на відкритій місцевості, особливо в перспективі збільшення кількості електромобілів. В роботі проаналізовано газовий склад повітряного середовища в робочих зонах на промислових майданчиках та на відкритій місцевості. Показано, що склад викидів залежить від галузі промисловості. Зроблено аналіз шкідливих речовин, що потрапляють у повітря під час роботи різних видів промисловості. Проведено аналіз зміни викидів підприємств різних сфер діяльності у місті Дніпро, які є активними джерелами забруднення атмосферного повітря. Доведено, що працівники в робочих зонах на промислових майданчиків та на відкритій місцевості в околі промислових підприємств потрапляють під довготривалий вплив викидів цих джерел емісії. Також показано, що високі темпи зростання чисельності автомобілів, їх просторова розосередженість, більш висока токсичність викидів в порівнянні з викидами стаціонарних джерел, низьке розташування призводять до того, що відпрацьовані гази автомобілів накопичуються в зоні дихання людей і повільніше розсіюються вітром у порівнянні з промисловими викидами. Доведено, що працівники даних робочих місць одночасно потрапляють під вплив шкідливих викидів підприємств і автотранспорту. Проаналізовано методи оцінки ризику захворювань працівників в робочих зонах промислових майданчиків та на відкритій місцевості, оскільки питання ризику є одним з основних питань в охороні праці. Показано підвищений ризик розвитку хронічних захворювань та виникнення несприятливих наслідків для людей даної категорії. Показано, що для вирішення практичних завдань по оцінці параметрів комфортності повітряного середовища в робочих зонах використовуються фізичні, аналітичні та чисельні методи. Показано їх переваги та недоліки. Доведено необхідність розробки таких математичних методів прогнозу параметрів повітряного середовища, які б задовольняли вимогам: широким можливостям практичного застосування, невеликій базі вихідних даних, швидкості розрахунку, зручності в обробці і трактуванні кількісних результатів. На основі проведеного вищевказаного аналізу в роботі розроблено метод чисельного розрахунку концентрації домішки в робочих зонах на відкритій місцевості, який дозволяє проводити розрахунок окремо як для постійно діючого точкового джерела забруднення або для лінійно розподіленого джерела забруднення, так і з урахуванням їх взаємного впливу та хімічної трансформації. Проведено дослідження розробленого методу на основі оцінки показника забруднення в робочих зонах промислових майданчиків та на прилеглій території на різних відстанях від промислових підприємств та автомагістралі, що дозволяє враховувати специфіку хімічних перетворень забруднюючих речовин в повітрі. В роботі набув подальшого розвитку метод оцінки рівня хімічного забруднення повітряного середовища в робочих зон на промислових майданчиках, який дозволяє врахувати хімічну трансформацію забруднюючих речовин на базі тривимірного розрахунку полів концентрації домішки. В форматі створеної методології удосконалено метод оцінки ризику хронічної інтоксикації працівників, робочі зони яких розміщуються на промислових майданчиках та на відкритій місцевості в околі промислових підприємств. Науково-теоретична цінність роботи полягає в тому, що вперше розроблено чисельно-аналітичний метод, який дозволяє проводити дослідження по ефективності застосування екранів на промислових майданчиках біля автомагістралей, які використовуються для зменшення рівня забруднення повітря в робочих зонах. На основі проведених експериментальних досліджень виявлено закономірності проникнення забруднення через рослинність для різної висоти розташування джерела емісії забруднювача. Проаналізовано результати осадження пилового забруднення біля рослинності. Лабораторним шляхом встановлено, що використання пористої пластини дозволяє проводити моделювання зон забруднення аналогічно, як при наявності рослинності. Розроблено числовий метод для прогнозу локальних зон забруднення з урахуванням процесу сорбції рослинністю, що знаходиться поблизу джерела емісії. В наслідок цього одержав подальший розвиток метод оцінки рівня хімічного забруднення повітря в робочих зонах на промислових майданчиках з урахуванням впливу рослинності на формування зон забруднення. В роботі розв’язана задача мінімізації рівня хімічного забруднення в робочих зонах на промислових майданчиках та відкритій місцевості за допомогою усмоктувачів. На основі проведених експериментальних досліджень виявлено основні закономірності поведінки повітряного потоку в робочій зоні в залежності від геометрії усмоктувача, а саме за рахунок застосування не одного, а двох отворів відбору газів. Встановлено, що при наявності горизонтальних та вертикальних пластин на отворах зменшується рівень забруднення в робочій зоні. Оскільки вертикальний екран затримує забруднення, а верхня більш видовжена пластина спрямовує його в зону розташування отворів. Тим самим підтверджується об’єктивність застосування другого отвору. У результаті проведених теоретичних та експериментальних досліджень удосконалено технологію зниження хімічного забруднення в робочих зонах за рахунок використання дворівневих усмоктувачів та спеціальних напрямних пластин. Внаслідок цих досліджень вперше розроблено метод оцінки ефективності використання дворівневих усмоктувачів, які використовуються для зниження рівня хімічного забруднення повітря в робочих зонах на промислових майданчиках. В роботі розв’язана задача про моделювання процесу нейтралізації угарного газу, що потрапляє від автотранспорту до робочих зон промислових майданчиків. Проведено числові дослідження процесу зменшення концентрації оксиду вуглецю за рахунок його нейтралізації водяною парою з урахуванням форми камери, розташування форсунок подачі водяної пари, потужності джерел емісії та їх місця знаходження. На базі проведених обчислювальних експериментів виявлено наявність «застійних» зон в камерах проведення реакцій та запропоновано заходи щодо їх ліквідації, а саме розташування додаткових форсунок подачі водяної пари знизу ємкості. В наслідок цього набув подальшого розвитку метод розрахунку процесу нейтралізації угарного газу в спеціальній камері, що використовується з метою зменшення рівня хімічного забруднення в робочих зонах. Сформульована та розв’язана задача прогнозування параметрів мікроклімату в робочих зонах на промислових майданчиках та на відкритій місцевості при використанні процесу зволожування. Проведено експериментальні та чисельні дослідження, що підтвердили достовірність розробленого методу прогнозу. В наслідок цього вперше розроблено комплексний метод оцінки параметрів повітряного середовища в робочих зонах на відкритій місцевості промислових майданчиків, який дозволяє прогнозувати вітровий режим, вологість та температуру в робочих зонах за наявності використання штучного зволожувача повітря. Набув подальшого розвитку метод оцінки аероіонного режиму в робочих зонах на промислових майданчиках, який дозволяє при розрахунку враховувати взаємодію аероіонів різної полярності, наявність перешкод в робочих зонах, нерівномірність поля швидкості повітряного потоку та турбулентну дифузію. Запропонований метод прогнозу аероінного режиму в робочих зонах базується на тривимірному моделюванні розповсюдження негативних, позитивних іероіонів та пилу під дією вітру та дифузії. Особливістю запропонованого методу є можливість прогнозу аероіонного режиму з урахуванням практично всіх фізичних факторів, що суттєво впливають на формування концентраційних полів аероіонів в робочих зонах на промисловому майданчику. Набув подальшого розвитку метод оцінки напруженості електричного поля в робочих зонах, який дозволяє враховувати вплив перешкод різної геометричної форми на формування електричних полів. Враховано, що даний метод дозволяє визначати інтенсивність напруженості електричного поля від декількох джерел на промисловому майданчику, що дає можливість прогнозувати рівень електричного поля при збільшенні кількості електромобілів на території підприємства. Особливістю запропонованого методу чисельного розрахунку є бистрота проведення обчислень, що дозволяє використовувати розроблене програмне забезпечення для проведення великої кількості розрахунків при розв’язанні комплексу задач, пов’язаних із забезпеченням нормативних параметрів повітряного середовища в робочих зонах, що розташовані на відкритій місцевості поблизу транспортної магістралі на території підприємства. Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що розроблені методи оцінки параметрів мікроклімату в робочих зонах реалізовані у вигляді комп’ютерних програм. Це дозволяє методом обчислювального експерименту оперативно розраховувати параметри повітряного середовища в робочих зонах на відкритій місцевості з комплексним урахуванням таких факторів, які раніше не приймалися до уваги: нерівномірного поля швидкості повітряного потоку, турбулентної дифузії, наявності екранів, різного роду перешкод, джерел зволожування, джерел емісії аероіонів різної полярності. Розроблені методи можуть бути використані для покращення параметрів мікроклімату в робочих зонах за рахунок раціонального вибору положення, розмірів екранів, усмоктувачів, рослинності, іонізаторів. Розроблені методи оцінки параметрів мікроклімату в робочих зонах на промислових майданчиках та на відкритій місцевості дозволяють зменшити кількість коштовних лабораторних або натурних експериментів при проведенні досліджень в області охорони праці. Результати досліджень реалізовано в практику діяльності компанії «РИН». Модулі програмного комплексу було застосовано для оцінки параметрів повітряного середовища в робочих зонах при аналізі використання площадок машино-транспортного парку та їх реконструкції. Розроблені математичні методи та пакети програм було впроваджено для прогнозу рівня хімічного забруднення на території ТОВ «Енергосервіс-КР» при плануванні та реінжинірингу робочих зон на відкритій місцевості підприємства. Було отримано прогнозні дані відносно аероіонного режиму, які не можливо отримати на базі існуючих методів прогнозу. Результати дисертаційного дослідження, а саме розроблені методи прогнозу рівня електромагнітного випромінювання та програми чисельного розрахунку використовуються в службі охорони праці АТ ДТЕК Дніпровські електромережі. Вони дозволяють шляхом обчислювального експерименту розраховувати інтенсивність напруженості електричного поля з урахуванням необхідної кількості джерел електричного поля. При обслуговуванні чергово-ремонтним персоналом силового обладнання, яке знаходиться під напругою 150 кВ, можливо спрогнозувати рівень електромагнітного поля та оцінити його величину в порівнянні з гранично допустим значенням. Наукові розробки впроваджено в товаристві з обмеженою відповідальністю «ЛУГОВСЬКЕ» у вигляді рекомендацій щодо покращення якості повітря в робочих зонах на відкритих майданчиках під час обслуговування автомобільної техніки. Матеріали дисертаційної роботи, алгоритми та пакети програм використовуються при підготовці студентів, які навчаються за спеціальністю «Будівництво та цивільна інженерія» Дніпровського національного університету залізничного транспорту імені академіка В. Лазаряна. А саме при проведенні лекційних та практичних занять з дисциплін «Охорона природного середовища від забруднення промисловими підприємствами», «Прогнозування та ліквідація аварійних ситуацій», що дозволило підвищити ефективність навчального процесу та якість викладання матеріалу при вивченні вказаних дисциплін. При проведенні досліджень використовувались методи натурного та лабораторного вимірювання, а також чисельні та чисельно-аналітичні методи моделювання полів концентрації забруднюючої речовини та електричного напруження в робочих зонах. Результати експериментальних досліджень порівнювалися з чисельними результатами, отриманими за розробленими методами. Виконувалась практична перевірка розроблених алгоритмів, методів, моделей та технологій в процесі впровадження результатів дослідження.
Чисельне моделювання забруднення повітря біля автошляху із захисними бар’єрами
(Придніпровська державна академія будівництва та архітектури, Дніпро, Україна, 2022) Біляєв, Микола Миколайович; Берлов, Олександр Вікторович; Біляєва, Вікторія Віталіївна; Козачина, Віталій Анатолійович; Русакова, Тетяна Іванівна
UKR: Постановка проблеми. Розглядається задача прогнозування зон хімічного забруднення біля автошляху, де розташовані захисні бар’єри. Захисні бар’єри впливають на аеродинаміку повітряного потоку біля автошляху та дозволяють зменшити рівень хімічного забруднення робочих зон, що розташовані біля автошляху. Для оперативного оцінювання ефективності використання захисних бар’єрів потрібно мати математичні моделі, що дозволяють здійснити таке оцінювання на етапі проведення проектних робіт. Мета роботи − розроблення чисельної багатопараметричної моделі та комп’ютерної програми для оцінювання ефективності використання захисних бар’єрів біля автошляху з метою зменшення рівня хімічного забруднення робочих зон. Методика. Для математичного моделювання процесу розповсюдження хімічно небезпечних речовин, що викидаються від авто та розповсюджуються біля автошляху, використовується двовимірне рівняння масопереносу. Це моделююче рівняння враховує напрям вітру, атмосферну дифузію, інтенсивність викиду хімічно небезпечної речовини від авто, місце розташування джерела емісії, корпус авто та розташування захисних бар’єрів біля автошляху. Для рішення задачі аеродинаміки визначення нерівномірного поля швидкості повітряного потоку біля автошляху використовуються дві гідродинамічні моделі: рівняння Нав’є − Стокса та модель потенціального руху. Рівняння Нав’є − Стокса застосовуються у змінних «вихор – функція току». Для чисельного інтегрування рівняння переносу вихору використовується неявна різницева схема розщеплення. Для чисельного інтегрування рівняння для функції току використовуються дві різницеві схеми. Для чисельного інтегрування рівняння Лапласа для потенціалу швидкості – явна різницева схема. На базі побудованої чисельної моделі розроблено пакет програм. Для чисельного інтегрування рівняння переносу домішки використовуються різницеві схеми розщеплення. Наукова новизна. Запропоновано чисельну модель, що дозволяє розрахувати формування областей хімічного забруднення атмосферного повітря біля автошляху від викидів та оцінити ефективність використання захисних бар’єрів для зниження рівня забруднення повітря в робочих зонах. 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 споруджуються бар’єри. Висновки. Розроблена чисельна модель та комп’ютерний код, що реалізує її, дозволяють досліджувати процес розповсюдження хімічно небезпечної речовини в атмосферному повітрі біля автошляху. Модель дозволяє оперативно визначити ефективність використання захисних бар’єрів біля автошляху. Пропонована програма може бути реалізована на комп’ютерах малої та середньої потужності. Наведено результати обчислювального експерименту.