Лагранжева модель движения дисперсной фазы в турбулентной атмосфере

Н. Равшанов; Д. Ахмедов; М. Убайдуллаев; П. Насруллаев

Авторы

Н. Равшанов Научно-исследовательский институт развития цифровых технологий и искусственного интеллекта Автор
Д. Ахмедов Научно-исследовательский институт развития цифровых технологий и искусственного интеллекта Автор
М. Убайдуллаев Научно-исследовательский институт развития цифровых технологий и искусственного интеллекта Автор
П. Насруллаев Научно-исследовательский институт развития цифровых технологий и искусственного интеллекта Автор

Ключевые слова:

траектория движения частиц, атмосфера, турбулентный поток, лобовое сопротивление, время релаксации частицы, радиоактивный распад, математическая модель, вычислительный алгоритм

Аннотация

Анализ и прогнозирование процесса распространения загрязняющих примесей в атмосфере остаются ключевыми задачами в области экологических исследований. Наиболее эффективным инструментом для выявления и понимания новых закономерностей динамических процессов массопереноса в атмосфере являются математические модели. В числе наиболее широко распространенных транспортных моделей можно отметить лагранжевы траекторные и дисперсионные модели. В настоящей работе рассматривается разработка лагранжевой модели распространения частиц радиоактивных веществ в атмосфере, а также вычислительного алгоритма решения поставленной задачи. Ключевыми аспектами модели являются учет влияния параметров воздушного потока турбулентной атмосферы, а также физических свойств частиц и фактора их радиоактивного распада. Прикладная полезность разработанных модели, алгоритма и программного средства состоит в возможности моделирования распространения выбросов вредных примесей от стационарного точечного источника и построения траекторий движения загрязняющих частиц в заданном диапазоне времени. Результаты моделирования, в свою очередь, позволяют анализировать воздействие выбросов вредных примесей на экологическое состояние окружающей среды.

Библиографические ссылки

Vallero D. Fundamentals of Air Pollution. – 5th ed. – Amsterdam: Academic Press, 2014. – 986 p.

Ganshin A. et al. A global coupled Eulerian-Lagrangian model and 1Ö1 km CO2 surface flux dataset for high-resolution atmospheric CO2 transport simulations // Geoscientific Model Development. – 2012. – Vol. 5. – P. 231-243. – doi: http://dx.doi.org/10.5194/gmd-5-231-2012.

Bellasio R., Bianconi R., Mosca S., Zannetti P. Formulation of the Lagrangian particle model LAPMOD and its evaluation against Kincaid SF6 and SO2 datasets // Atmospheric Environment. – 2017. – Vol. 163. – P. 87-98. – doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.atmosenv.2017.05.039.

Stohl A. et al. Technical Note : The Lagrangian particle dispersion model FLEXPART version 6.2 // Atmospheric Chemistry and Physics. – 2005. – Vol. 5. – P. 2461-2474.

Лукьянов А.Н. и др. Глобальная атмосферная лагранжева модель рассеяния частиц // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. – 2015. – Т. 51, №5. – С. 570-577. – doi: http://dx.doi.org/10.7868/S0002351515040070.

Peri´a˜nez R. et al. Some considerations on the dependence to numerical schemes of Lagrangian radionuclide transport models for the aquatic environment // Journal of Environmental Radioactivity. – 2023. – Vol. 261. – doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.jenvrad.2023.107138.

Sinha V., Atikler M., Mileski M. Atmospheric dispersion of radioactive materials for radiological risk assessment in case of hypothetical sodium cooled fast reactor accident // Nuclear Engineering and Design. – 2024. – Vol. 422. – doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.nucengdes.2024.113124.

Schiller L., Naumann Z. A drag coefficient correlation // VDI Zeitung. – 1935. – Vol. 77. –P. 318-320.

Wilcox D.C. Turbulence modeling for CFD. – 3rd ed. – La Ca˜nada: DCW Industries, 2006. – 522 p.

Ахмедов Д.Д., Убайдуллаев М.Ш., Насруллаев П.А. Простая лагранжева модель распространения радиоактивных частиц в атмосфере // Проблемы вычислительной и прикладной математики. – 2024. – №1(55). – С. 26-47.

Equations of Motion for Particles // ANSYS FLUENT Documentation / ANSYS Inc. –2009. – Режим доступа: https://shorturl.at/aetSY (дата обращения: 08.04.2024).

Israel R., Rosner D.E. Use of a Generalized Stokes Number to Determine the Aerodynamic Capture Efficiency of Non-Stokesian Particles from a Compressible Gas Flow // Aerosol Science and Technology. – 1982. – Vol. 2. – P. 45-51. – doi: http://dx.doi.org/10.1080/02786828308958612.

Климов А.Н. Ядерная физика и ядерные реакторы. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 352 с.

Basu S. Vertical wind speed profiles in atmospheric boundary layer flows // Wind Energy Engineerin / Ed. T.M. Letcher. – 2nd ed. – Academic Press, 2023. – 566 p. – doi: http://dx.doi.org/10.1016/C2021-0-00258-3.