УДК 67

МЕТОДИКА ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ФОРМИРОВАНИЯ УРОВНЕЙ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ АЭРОДРОМОВ И ПРИЛЕГАЮЩИХ ТЕРРИТОРИЙ

Маслов Вадим Александрович1, Дзюбенко Олег Леонидович2
1Военный учебно-научный центр военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е.Жуковского и Ю.А.Гагарина» (г. Воронеж), старший преподаватель, к.т.н.
2Военный учебно-научный центр военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е.Жуковского и Ю.А.Гагарина» (г. Воронеж), старший преподаватель, к.п.н.

Аннотация
В статье поднимается проблема загрязнения приаэродромных территорий выбросами двигателей воздушных судов. Проанализированы основные факторы, влияющие на распределение загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы. Предложена методика и блок-схема прогнозирования формирования уровней загрязнения окружающей воздушной среды аэродромов и прилегающих территорий.

Ключевые слова: выбросы двигателей воздушных судов, загрязнение приаэродромных территорий


THE METHOD OF PREDICTING THE FORMATION OF THE LEVELS OF AMBIENT AIR POLLUTION AIRFIELDS AND SURROUNDING AREAS

Maslov Vadim Aleksandrovich1, Dzyubenko Oleg Leonidovich2
1Military Educational and Scientific Center of the Air Force Academy of Professor NE Zhukovsky and Gagarin (Voronezh), Senior Lecturer, Ph.D.
2Military Educational and Scientific Center of the Air Force Academy of Professor NE Zhukovsky and Gagarin (Voronezh), Senior Lecturer, Ph.D.

Abstract
The article raises the problem of pollution aerodrome site emissions of aircraft engines. Analyzes the main factors affecting the distribution of pollutants in the atmospheric surface layer. The technique and the block diagram of the formation of predicting the levels of ambient air pollution airfields and surrounding areas.

Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Маслов В.А., Дзюбенко О.Л. Методика прогнозирования формирования уровней загрязнения окружающей воздушной среды аэродромов и прилегающих территорий // Современные научные исследования и инновации. 2012. № 10 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2012/10/18142 (дата обращения: 04.06.2017).

При размещении аэродромов в городских условиях рассеивающая способность ветра определяется степенью его трансформации при обтекании строений и характера возникающей при этом турбулентности ветра внутри города. Степень трансформации скорости ветра зависит от расстояния, проходимого воздушным потоком над городом до исследуемого пункта, а также от способов планировки и застройки городских территорий. При этой повторяемость малых скоростей ветра и штилей значительно возрастает. Следовательно, вероятность возникновения повышенных уровней загрязнения воздуха от аэродромов в городе выше, чем за его пределами. В связи с этим, взлетные полосы необходимо проектировать на окраине городов с учетом розы ветров и преимущественно господствующим направлением ветра.

В годовом ходе скоростей ветра можно выделить два периода: холодный (октябрь-март) с повышенными скоростями ветра и теплый (май-сентябрь) с более слабыми ветрами.

Турбулентность может быть определена не только гидродинамическими воздействиями, но и термическими, связанными со стратификацией атмосферы. Так как в городах температура окружающей среды значительно выше, чем на периферии, то за счет повышенной турбулентности воздействие загрязняющих веществ в городах от аэродромов будет значительно выше. Уровень концентраций в зимний период на 15…17% ниже, чем в летний период. Способность атмосферы рассеивать загрязняющие вещества определяется степенью ее устойчивости. При устойчивой атмосфере турбулентность минимальна, поэтому загрязняющие вещества будут скапливаться в тропосфере и там задерживаться, частично аннигилируя и разрушаясь.

При неустойчивой атмосфере турбулентность возрастает, а значит, увеличивается перемешивание слоев, загрязняющие вещества частично оседают на подстилающую поверхность, а в большей степени турбулентными потоками поднимаются вверх. В этом случае наблюдается максимальная высота слоя перемешивания, а значит и больший объем воздуха для разбавления загрязняющих веществ. При очень устойчивой атмосфере средняя высота слоя перемешивания значительно ниже, чем при неустойчивом состоянии. C ростом высоты до 5…10 м температура воздуха увеличивается и атмосферные условия определяются как инверсия. Наличие инверсии уменьшает вертикальное перемешивание загрязняющих веществ, что способствует увеличению концентраций в приземном слое приаэродромных территорий. При дальнейшем увеличении высоты по мере взлета самолета характер изменения концентраций загрязняющих веществ меняется на противоположный, так как при этом температура воздуха резко уменьшается.

Наибольшие загрязнения приаэродромных территорий наблюдаются при приземных инверсиях, подавляющих как вертикальную, так и горизонтальную турбулентности.

Циклы “взлет-посадка” возможны и при небольших туманах над приаэродромными территориями при видимости не менее 1000 м. В этом случае относительная влажность близка к 100 %, то есть воздух становится насыщенным. С повышением влажности возрастает поглощение загрязняющих веществ не только над подстилающей поверхностью, но и из вышележащих слоев. Поэтому концентрации ингредиентов в слое туманов сильно возрастают, а уменьшаются над ним. При выпадении осадков воздух очищается от загрязняющих веществ, но возрастают их концентрации в почвах и растениях приаэродромных территорий.

В солнечные дни радиация увеличивает активность фотохимических реакций, поэтому концентрации загрязняющих веществ уменьшаются. В то же время появляются новые химические вещества, которые часто бывают более токсичными, чем исходные ингредиенты.Анализ показывает, что рассеивание загрязняющих веществ происходит под действием целого ряда факторов, а степень влияния отдельных на загрязнение окружающей среды сложно оценить. Проведенные экспериментальные исследования подтвердили правильность допущений о малости конвективных и диффузионных составляющих массопереноса в направлении, перпендикулярном направлению ветра.

Полученные на основе математического моделирования аналитические зависимости могут существенно дополнить стандартную методику оценки уровня загрязнения приаэродромных территорий загрязняющими газообразными выбросами воздушных судов, так как они позволяют рассчитать не только индексы эмиссии Ei двигателей летательных аппаратов, но и определить трехмерные поля концентраций над приаэродромными территориями, а также с их учетом выделить экологически безопасные зоны.

На рис.1 приведена блок-схема алгоритмов расчета концентраций загрязняющих веществ, оценки категории источников выбросов и экологического коэффициента аэродрома.

Рис.1. Блок- схема расчета концентраций загрязняющих веществ над приаэродромными территориями

В основу расчета концентраций положены аналитические зависимости, полученные на основе математического моделирования:


(1)

где С – текущая концентрация, мг/м3; СПДК - предельно допустимая концентрация загрязняющего вещества, мг/м3; Vвозд – расход разбавляемого воздуха, м3/ч.

Оценка экологического коэффициента аэродрома производится по величине коэффициента

KЭОА=, (2)

Блок 1. Ввод исходных данных.

Вводятся исходные данные массивами: на каждый j-ый цикл “взлёт- посадка”; исходные данные по i загрязнителям (i – индекс загрязнений: i=1,2,…,n); всего j циклов: j – индекс цикла “взлёт-посадка», j=1,2,…,mc; Wа – скорость самолёта (массив Waij); – угол наклона трассы самолёта (массив j); X,Z – координаты траектории самолёта (массив Xj,Zj); Gt – расход топлива (массив Gtj); – время цикла «взлёт – посадка» (массив j ); параметры - стандартные гауссовские отклонения; Спдк – предельная концентрация загрязнителя (массив Спдкi); f,k,m – заданные коэффициенты; H – высота источника выброса; D – диаметр сопла (массивы Hj,Dj); Lвзл – длина взлётной полосы.

Блок 2. Считаются горизонтальная и вертикальная составляющие скорости по формуле Wx=WаСоs; Wz=WaCos.

Блок 3. Определяются составляющие коэффициента диффузии Dx, Dz .

Блок 4. Рассчитываются концентрации загрязняющих веществ С.

Блок 5. Определяется индекс эмиссии Ei на основе блок-схемы (рис.1). Рассчитывается удельный расход gl загрязняющих веществ на основе известных индекса эмиссии и расхода топлива.

Блок 6,7. Находятся параметры Ф и Q, характеризующие категорию загрязняющих веществ.

Блок 8. Присвоение категории i-му загрязняющему веществу:

  • 1 категория;
  • 11 категория;
  • 111 категория;
  • 1V категория.

Блок 9. Проверка, по всем ли загрязняющим веществам проведены расчеты? Переходы на блоки 10,11.

Блок 10. Нет, то индексу i присваивается значение (i : = i+1), и продолжается счет с блока 3.

Блок 11. Если проведены расчеты по всем i видам загрязнителей, то проверяется, есть ли еще циклы “взлет – посадка”? Переходы на блоки 12 и 13.

Блок 12. Если не все циклы исчерпаны, то индексу j присваивается значение j+1 (j := j+1) и переход на блок 3 для формирования массивов результатов по следующему циклу “взлет – посадка”.

Блок 13. Если индекс j исчерпан, то считается Kэоа- безразмерный экологический коэффициент опасности аэродрома, по формуле (2).

Блок 14. Печать массивов результатов по загрязняющим веществам, количеству циклов “взлет – посадка”, Сij, Фij, Qij, категорий загрязнителей, категории опасности аэродрома, либо Kэоа
1. Еnd.

В данной статье предложен алгоритм для определения категории «источник – загрязняющее вещество» по параметрам Ф и Q: при Ф>0,01 и Q>0,5 – I категория, Ф>0,001 и Q<0,5 – II категория (при данных категориях для рассматриваемого источника необходимо разработать мероприятия по сокращению выбросов данного вещества в атмосферу); Ф>0,001 и Q <0,5 – III категория , Ф<0,001 и Q< 0,5 – IV категория (при данных категориях нет необходимости разрабатывать мероприятия по сокращению выбросов) и разработан аналитический метод определения степени воздействия двигателей воздушных судов на загрязнение атмосферного воздуха по величине параметра , представленного в виде безразмерного коэффициента.


Библиографический список
  1. Маслов В.А., и др. Размещение приборов контроля окружающей среды в районе аэродрома./ Межвуз. сб. научно-методич. трудов “Совершенствование наземного обеспечения авиации”. Ч. IV. – Воронеж: ВВАИИ, 2000. – 221 с.
  2. Маслов В.А. /В кн. Сазонов Э.В., Турбин В.С., Ус Н.А. и др. “Очистка газовых и пылевых выбросов”. – Воронеж: ВВАИИ, 2001.-221с.
  3. Маслов В.А. Экологический мониторинг воздушной и акустической сред приаэродромных территорий/ Сб. материалов 59-ой научно-технической конференции СамГАСА. – Самара: СамГАСА, 2002. – 217 с.


Все статьи автора «Дзюбенко Олег Леонидович»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: