Вычислительные технологии и математические модели в науке, технике и образовании

Тезисы докладов

Известно, что одним из основных источников экологической опасности является аварийный выброс вредных веществ в атмосферу в результате аварий, промышленных взрывов или пожарах. При этом различные типы аварий могут провоцировать возникновение термиков и распространение ядовитых и/или радиоактивных веществ в атмосфере. В связи с этим возникает необходимость прогнозирования этих явлений.

Формы проявлений атмосферных движений весьма разнообразны. Одной из них является свободная конвекция - восходящее движение воздушных масс в виде струй или изолированных объемов воздуха, называемых термиками.

Основная цель математического моделирования состоит в определении закона движения облака, его траектории, а также района, загрязненного осаждающими частицами для различных времен года, температуры и влажности воздуха, направления и скорости ветра. При моделировании движения облака в атмосфере будем рассматривать его как тело переменной массы. Это тело приобретает массу в результате вовлечения в него частиц газа и теряет массу в результате седиментации частиц. Так как размеры облака намного меньше расстояния на которое оно переносится, можно считтать, что температура и плотность во всех его точках одинаковы и изменяются только с течением времени. Так как перемещение облака происходит достаточно медленно можно считать, что давление внутри облака равно давлению окружающей среды, в то время как температура и плотность не успевают выравняться с их значениями в атмосфере. В основе математической модели лежит уравнение Мещерского, записанное в форме Буссинеска - Бассе - Озеена, учитывающее взаимодействие облака с окружающим воздухом и позволяющее определить траекторию движения его центра масс и уравнение для кинетического момента, позволяющее исследовать вращение облака относительно его центра масс, вызываемого неравномерным распределением сил сопротивления.

Найдено, что устойчивая стратификация приводит к более быстрому чем в изотермической среде уменьшению выталкивающей силы в направлении подъема и, следовательно, и к уменьшению велиины скорости подъема. Во внешней части потока образуется дефект температуры, который увеличивается с высотой и увеличением параметра стратификации. Выталкивающая сила в конце концов обращается в нуль, а затем становится отрицательной, что приводит к появлению максимума высоты подъема и обращению движения облака. При этом оно не поднимается выше некоторой высоты проникновения. Траектория центра тяжести облака плавно изменяется, поднимаясь сначала вверх, а затем опускаясь вниз под действием вертикального градиента плотности. Отсутствие ветра (штиль) в сочетании с температурной инверсией является наииболее неблагоприятным фактором при оценке загрязнения атмосферы. Если граница слоя инверсии находится достаточно низко, то при слабых ветрах облако примеси как бы зависает над источником загрязнения и концентрация примеси значительно возрастает. Так при уменьшении скорости ветра от 1 м/сек до нуля максимум приземной концентрации может увеличиться примерно на порядок.

Примечание. Тезисы докладов публикуются в авторской редакции

Ваши комментарии Обратная связь

[Головная страница] [Конференции]

© 1996-2000, Институт вычислительных технологий СО РАН, Новосибирск
© 1996-2000, Сибирское отделение Российской академии наук, Новосибирск