Математическое моделирование рассеивания вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу в условиях сложной городской среды
DOI:
https://doi.org/10.71310/pcam.1_71.2026.01Ключевые слова:
математическая модель, адвективно-диффузионное уравнение, загрязнение атмосферы, турбулентная диффузия, гравитационное осаждение, городская среда, численные методы, пробкиАннотация
В данном исследовании рассматривается математическое моделирование процесса дисперсии вредных веществ, выбрасываемых в атмосферу в сложных городских условиях. Разработана математическая модель для определения пространственно-временного распределения концентраций загрязняющих веществ на основе уравнения адвекции-диффузии. Модель учитывает перенос веществ потоком ветра, турбулентную диффузию, гравитационное осаждение и абсорбцию поверхностями. Представлены математические выражения для источников загрязнения точек, линий и площадей. Введены параметры, учитывающие загруженность дорог и суточные колебания. Разработан алгоритм численного решения, основанный на методе конечных разностей. Вычислительные эксперименты выявили закономерности дисперсии вредных веществ в городской среде.
Библиографические ссылки
Launder B.E., Spalding D.B. The numerical computation of turbulent flows // Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering. – 1974. – Vol. 3. – P. 269-289.
Wilcox D.C. Turbulence Modeling for CFD. – 3rd ed. – La Cañada, CA: DCW Industries, 2006. – 522 p.
Menter F.R. Two-equation eddy-viscosity turbulence models for engineering applications // AIAA Journal. – 1994. – Vol. 32. – P. 1598-1605.
Ferziger J.H., Perić M. Computational Methods for Fluid Dynamics. – 3rd ed. – Berlin: Springer, 2002. – 423 p.
Patankar S.V. Numerical Heat Transfer and Fluid Flow. – Washington: Hemisphere Publishing, 1980. – 197 p.
Versteeg H.K., Malalasekera W. An Introduction to Computational Fluid Dynamics: The Finite Volume Method. – 2nd ed. – Harlow: Pearson Education, 2007. – 517 p.
Seinfeld J.H., Pandis S.N. Atmospheric Chemistry and Physics: From Air Pollution to Climate Change. – 3rd ed. – Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, 2016. – 1152 p.
Berlyand M.E. Prediction and Regulation of Atmospheric Pollution. – Leningrad: Gidrometeoizdat, 1985. – 272 p. (in Russian)
Zhong J., Cai X., Bloss W.J. Simulating microscale urban airflow and pollutant distributions based on computational fluid dynamics model: A review // Atmosphere. – 2023. – Vol. 14. – Art. no. 1727.
Dimitrova R., Velizarova M., Tsekov M. Air pollution dispersion modelling in urban environment using CFD: A systematic review // Atmosphere. – 2022. – Vol. 13. – Art. no. 1640.
Ioannidis G., Li C., Tremper P., Riedel T., Ntziachristos L. Application of CFD modelling for pollutant dispersion at an urban traffic hotspot // Atmosphere. – 2024. – Vol. 15. – Art. no. 113.
Saleh A., Lakkis I., Moukalled F. A modified k-???? turbulence model for improved predictions of neutral atmospheric boundary layer flows // Building and Environment. – 2022. – Vol. 223. – Art. no. 109495.
Lin C., Wang Y., Ooka R., Flageul C., Kim Y., Kikumoto H., Wang Z., Sartelet K. Modeling of street-scale pollutant dispersion by coupled simulation of chemical reaction, aerosol dynamics, and CFD // Atmospheric Chemistry and Physics. – 2023. – Vol. 23. – P. 1421-1436.
Garcia J.A., Coz-Diaz J.J., Alvarez-Rabanal F.P., Garcia-Nieto P.J. CFD model to study PM10 dispersion in large-scale open spaces // Scientific Reports. – 2023. – Vol. 13. – Art. no. 5966.
Marek M., Jaroszynski P. A modified k-???? turbulence model for heavy gas dispersion in built-up environment // Atmosphere. – 2023. – Vol. 14. – Art. no. 161.
Chen G., Rong L., Zhang G. Numerical investigations of urban pollutant dispersion and building intake fraction with various 3D building configurations and tree plantings // International Journal of Environmental Research and Public Health. – 2022. – Vol. 19. – Art. no. 3524.
Mirzaei P.A. CFD modeling of micro and urban climates: Problems to be solved in the new decade // Sustainable Cities and Society. – 2021. – Vol. 69. – Art. no. 102839.
Duraisamy K., Iaccarino G., Xiao H. Turbulence modeling in the age of data // Annual Review of Fluid Mechanics. – 2019. – Vol. 51. – P. 357-377.
Wai K.M., Yu P.K.N., Wong C.K.C. Machine learning and CFD for PM10 dispersion modeling in dense urban environment // Building and Environment. – 2023. – Vol. 228. – Art. no. 109831.
Ravshanov N., Sharipov D.K., Muradov F. Modeling and prediction of the dispersion of harmful substances released into the atmosphere of industrial areas // Problems of Computational and Applied Mathematics. – 2017. – 6(12). – P. 41-52. (in Uzbek)
Sharipov D.K., Muradov F., Ravshanov N. Numerical modeling method for short-term air quality forecast in industrial regions // Journal of Physics: Conference Series. – 2019. – Vol. 1260. – Art. no. 102012.
Boborakhimov B.I. Numerical modeling of turbulent transport of impurities in a spatially inhomogeneous atmospheric environment // Problems of Computational and Applied Mathematics. – 2025. – 1(63). – P. 77-98.
Durbin P.A. Some recent developments in turbulence closure modeling // Annual Review of Fluid Mechanics. – 2018. – Vol. 50. – P. 77-103.
Britter R.E., Hanna S.R. Flow and dispersion in urban areas // Annual Review of Fluid Mechanics. – 2003. – Vol. 35. – P. 469-496.
Pasquill F., Smith F.B. Atmospheric Diffusion. – 3rd ed. – Chichester: Ellis Horwood, 1983. – 437 p.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2026 Н. Равшанов
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
