Введение 2
Физическая постановка задачи 4
Подходы к моделированию переноса примесей 5
Математическая постановка задачи 5
Химические механизмы и системы кинетических уравнений 7
The Kinetic PreProcessor 8
BOXMOX как расширение для KPP 8
Команды в BOXBOX 9
Формат входных файлов 10
Задание параметров процессов, рассматриваемых в BOXMOX 11
Образование вторичных примесей в атмосфере городского воздуха 12
Численные методы 14
Метод Розенброка 14
Результаты численного моделирования 15
Заключение 23
Список литературы 24
Атмосфера представляет собой сложную систему, в которой одновременно происходят многочисленные физические и химические процессы. Измерения окружающей среды дают нам фиксировать мгновенное состояние атмосферных условий в определенное время и в определенном месте. Такие измерения трудно интерпретировать без четкой поставленной концептуальной модели метеорологических процессов. Кроме того, только лишь измерения не могут использоваться для разработки эффективной стратегии решения проблем загрязненности воздуха. Понимание отдельных метеорологических процессов (химические соединения, перенос веществ, вымывание и т.п.) не подразумевает понимания системы в целом.
Математические модели обеспечивают необходимую основу для моделирования отдельных метеорологических процессов и изучения их взаимодействия. Сочетание измерения атмосферных условий с математическими моделями являются лучшим способом для получения реальной картины.
В исследованиях качества городского воздуха часто приходиться решать задачи такие, как[1]:
• Каков вклад выброса от источника в точке А в концентрацию загрязняющих веществ в точке В?
• Какова наиболее эффективная стратегия снижения концентрации загрязнителей в атмосфере ниже нормы качества воздуха?
• Какое влияние оказывает на качества воздуха добавление или снижение количества выбросов загрязняющих веществ в воздухе?
• Где необходимо разместить будущий источник выбросов (промышленные предприятия и т.п.), чтобы минимизировать воздействия его выбросов на окружающую среду?
• Каким будет качество воздуха завтра?
Основные критерии опасности загрязнения воздуха основаны на санитарно-гигиеническом нормативе «Предельно допустимые концентрации загрязняющих веществ» (ПДК).
Анализ динамики состояния атмосферного воздуха осуществляется на основе трёх показателей, приведенных в [5]:
1. НП - наибольшая повторяемость (в процентах) превышения ПДК любого вещества, затем НП;
2. СИ - стандартный индекс загрязнения. Наибольшая измеренная концентрация примеси, делённая на ПДК, затем СИ;
3. ИЗА - суммарный индекс загрязнения атмосферы, который рассчитывается по пяти наиболее распространенным вредным веществам: пыль, диоксид серы, оксид углерода, диоксид азота, формальдегид, с учётом их класса опасности, стандарта качества и средних уровней загрязнения атмосферного воздуха.
Целью работы является знакомство с методами математического моделирования загрязненности воздуха. Задачу оценки загрязненности городского воздуха можно свести к расчёту распространения примеси поступающих от источника, расположенного в области моделирования с учётом метеорологических условий и химических реакций между компонентами. В работе использовались программное обеспечение The Kintec PreProcessor и расширение к данному программному обеспечению - BOXBOM.
Ознакомились с теорией и подходами моделирования переноса примесей с учётом химических реакций. Основываясь на имеющихся метеоданных, были представлены количество концентраций загрязняющихся веществ в течение суток.
Во время выполнения работы:
1. Были рассмотрены подходы к моделированию Эйлеров и Лагранжа. С увеличением размерности, трудоемкость задачи увеличивается
2. Был развернут комплекс программ BOXMOX, реализующий боксовую модель и содержащий модуль The Kinetic PreProcessor
3. Был составлен сокращенный механизм химических реакций, описывающий образование вторичных примесей в атмосфере, составлена система ОДУ и проведены расчеты в комплексе BOXMOX.
