Математическое моделирование загрязнений атмосферы города

Введение 3
Постановка задачи 5
Обзор литературы 6
Глава 1. Моделирование задымления города от лесных пожаров 7
§1. Математическое описание 9
§2. Случай трёх источников загрязнения 10
§3. Исследование задымления городов при учёте розы ветров . . 12
Глава 2. Исследование загрязнения атмосферы городов от промышленных источников 15
§1. Исследование конвективных течений в атмосфере города ... 18
§2. Симметричный случай 22
§3. Модель, учитывающая наличие тени 24
§4. Нахождение положения центров конвективных ячеек 26
Выводы 28
Заключение 29
Список литературы 31
Приложение 33

Купить

Проблема загрязнения атмосферы бесспорно актуальна, ведь в настоящее время вопрос экологической обстановки в крупных городах и целых странах является довольно острым. Существует множество факторов, загрязняющих окружающую среду, среди них промышленные источники, природные катаклизмы. Такие воздействия могут носить как постоянный характер, так и происходить кратковременно, но с большой степенью оказываемого загрязнения. Зачастую такие источники загрязнений носят неустранимый (по крайней мере в ближайшее время) характер, например: постоянные песчаные ветра из пустынных районов в Африке и Китае, распространяемые на весьма обширные площади вплоть до Америки, и непрекращающееся воздействие грязного воздуха от промышленных производств Европы, достигающих российского Алтая. На более локальном масштабе можно привести случаи пожаров, возникающие в непосредственной близости от города, извержений вулканов или какого-либо химического загрязнения (промышленный объект, свалка, разлив перевозимых опасных химикатов).
Основными веществами, которые загрязняют воздушную среду являются:
• Диоксид углерода — парниковый газ, влияющий на теплообмен Земли с окружающим пространством, а значит, и на климат.
• Оксид углерода или угарный газ, попадая в организм человека или животного, вызывает отравление (вплоть до летального исхода).
• Углеводороды — токсичные химические вещества, раздражающие глаза и слизистые оболочки.
• Производные серы способствуют образованию кислотных дождей и усыханию растений, провоцируют болезни дыхательных путей и аллергию.
• Производные азота приводят к воспалениям лёгких, крупам, бронхитам, частым простудам, усугубляют течение сердечно-сосудистых заболеваний.
• Радиоактивные вещества, накапливаясь в организме, становятся причиной рака, генных изменений, бесплодия, преждевременной смерти.
Данные вещества, а также тяжёлые металлы, растворённые в воздухе, причиняют большой вред здоровью человека. Накапливаясь в организме и не оказывая мгновенного воздействия, они приводят к тяжёлым заболеваниям, оказывают мутагенное влияние на наследственность.
При мониторинге качества атмосферного воздуха в городе учитывают не только концентрацию вредных для здоровья человека веществ, но и временной промежуток их воздействия. С математической точки зрения эти характеристики хорошо описываются моделями динамики совместного движения газов или жидкостей со взвешенными в них твердыми частицами. В таких процессах наряду с течением несущей среды (газа или жидкости) надо рассматривать и динамику дисперсной фазы (примеси).
Для моделирования поведения примеси в атмосфере города в данной работе были использованы два подхода, имеющие в настоящее время широкое распространение. Когда частиц примеси весьма мало и они не влияют на движение друг друга, а также не влияют и на динамику основного потока, то следует изучать движение (траекторию) отдельной частицы в основном потоке. Иногда же примесь в основном потоке рассматривают как континуум, характеризующийся некоторой концентрацией. Тогда поведение примеси описывают уравнением конвективной диффузии.
В силу сложности математического описания любого из упомянутых процессов приходится прибегать к упрощениям, отказываясь от каких-либо свойств системы. В данной работе не учитывались химические процессы и процессы, отвечающие за изменение массы и размеров частицы. Не рассматривалось также влияние вращения частицы на её траекторию в потоке воздуха.

Купить