Constructing a Method for Assessing the Effectiveness of Using Protective Barriers Near Highways to Decrease the Level of Air Pollution

Thumbnail Image
Date
2021
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
ПП ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР, Харків
Abstract
ENG: Highways are an intensive source of environmental pollution. Atmospheric air is exposed to the fastest anthropogenic influence. Therefore, a particularly important task is to minimize the level of air pollution near the highway. An effective method for solving this problem is the use of protective barriers of various shapes installed near highways. At the stage of designing these protective structures, an important task arises to assess their effectiveness. Estimation of the effectiveness of protective barriers by the method of the physical experiment takes considerable time to set up and conduct an experiment, as well as analyze the results of hysical modeling. This method is not always convenient during design work. An alternative method is the method of mathematical modeling. For the designer, it is very important to have mathematical models that make it possible to quickly obtain a predictive result and take into consideration a set of important factors on which the effectiveness of the protective barrier depends. A method has been devised that makes it possible to assess the effectiveness of using protective barriers to reduce the level of air pollution near the highway. It was found that an increase in barrier height by 80 % leads to a 22 % decrease in the concentration of impurities behind the barrier. It was established that applying a barrier with a height of 1.5 m leads to a 26 % decrease in the concentration of impurities in buildings adjacent to the highway. A method has been devised to assess the effectiveness of using absorbent "TX Active" surfaces on the protective barrier located near the highway. This study's result revealed that the application of a barrier with one "TX Active" surface leads to a decrease in the concentration of NO behind the barrier by an average of 43 %. When using a barrier with two "TX Active" surfaces, a decrease in the NO concentration behind the barrier is 85 % on average.
UKR: Постановка проблеми. Автомагістралі є інтенсивним джерелом забруднення навколишнього середовища. Найсильніше антропогенному впливу піддається атмосферне повітря. Тому особливо важливим завданням є мінімізувати рівень забруднення повітря поблизу магістралі . Мета роботи. Ефективним методом вирішення проблеми забруднення повітря поблизу автомобільних доріг є використання захисних бар'єрів різної форми, встановлених поблизу автомобільних доріг. На етапі проектування цих захисних споруд постає важливе завдання оцінити їх ефективність. Методика. Оцінка ефективності захисних бар'єрів методом фізичного експерименту займає значний час для постановки та проведення експерименту, а також аналізу результатів фізичного моделювання. Цей спосіб не завжди зручний при проектних роботах. Альтернативним методом є метод математичного моделювання. Для конструктора дуже важливо мати математичні моделі, які дозволяють швидко отримати прогнозний результат і врахувати набір важливих факторів, від яких залежить ефективність захисного бар'єру. Наукова новизна. Розроблено метод, який дає змогу оцінити ефективність використання захисних бар’єрів для зниження рівня забруднення повітря поблизу автомагістралі. Встановлено, що збільшення висоти бар’єру на 80 % призводить до зниження концентрації домішок за бар’єром на 22 %. Встановлено, що застосування бар’єру висотою 1,5 м призводить до зниження концентрації домішок у прилеглих до траси будівлях на 26 %. Розроблено метод оцінки ефективності використання абсорбуючих поверхонь «TX Active» на захисному бар’єрі, розташованому біля траси. Практична значимість. Результати цього дослідження показали, що застосування бар’єру з однією поверхнею «TX Active» призводить до зниження концентрації NO за бар’єром у середньому на 43 %. При використанні бар’єру з двома поверхнями «TX Active» зниження концентрації NO за бар’єром становить у середньому 85 %. Висновки. Розроблено CFD-моделі для аналізу зон забруднення, що утворюються поблизу автомагістралі з захисними бар’єрами та без них із «TX-активною» поверхнею, яка розташована в умовах складного рельєфу. Наведено результати обчислювальних експериментів, отримані на основі побудованих моделей CFD.
Description
M. Biliaiev: ORCID 0000-0002-1531-7882, V. Biliaieva: ORCID 0000-0003-2399-3124, V. Kozachyna: ORCID 0000-0002-6894-5532; O. Berlov: ORCID 0000-0002-7442-0548,T. Rusakova: ORCID 0000-0001-5526-3578;
Keywords
air pollution, protective barrier, "TX Active" surface, highway, numerical modeling, забруднення повітря, захисний бар’єр, автомагістраль, чисельне моделювання, "TX Active" поверхня, КГВ
Citation
Biliaiev M., Kozachyna V., Biliaieva V., Rusakova T., Berlov O., Mala Yu. Constructing a Method for Assessing the Effectiveness of using Protective Barriers Near Highways to Decrease the Level of Air Pollution. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2021. Vol. 6, Iss. 10 (114). P. 30– 39. DOI: 10.15587/1729-4061.2021.249485.