Mathematical simulation of solid particle dispersion in the air of Vilnius city

Abstract

One of the main methods for the air quality assessment and forecast is mathematical simulation of pollutants. In order to simulate the dispersion of solid particles (SP) in the air, there may be applied the package of “Phoenics” software in which the proximity methods of equation solution are used, because an accurate analytic solution of movement equations is not possible to be applied. The software was used in Žverynas district of Vilnius city in which the exact values of SP were selected. The paper presents the technique of mathematical simulation of SP dispersion in the air, the Algebraic Slip Model is described which is used for the solution of the problem; the model uses calculation‐based formulas. Based on the results of the experiment (the values of SP concentration) and the obtained results by applying “Phoenics” mathematical simulation program, the feasibility of the simulation program for modeling the SP concentration dispersion is determined. The results of simulation are submitted in figures and tables, and conclusions have been derived.

Kietųjų dalelių dispersijos ore Vilniaus mieste matematinis modeliavimas

Santrauka. Oro kokybei vertinti taikytas teršalų sklaidos ore matematinis modeliavimas. Kietųjų dalelių (KD) dispersijai ore modeliuoti taikytas PHOENICS programinės įrangos paketas, kuris duoda artutinius skaitinius pernašos lygčių sprendinius, nes tikslūs analiziniai sprendiniai yra negalimi. Programa naudota Vilniaus miesto Žvėryno rajone, kurio daugelyje vietų naudotos tikslios (eksperimentinės) KD koncentracijų reikšmės. Pateikta kietųjų dalelių dispersijos ore matematinio modeliavimo metodika taikant algebrinės šlyties metodą, naudotos bazinės pernašos procesų lygtys. Kaip KD pradinės sąlygos miesto gatvėse naudoti eksperimentiniai duomenys (KD koncentracijos reikšmės) ir, gautus duomenis panaudojant PHOENICS matematinio modeliavimo programoje, gauta KD koncentracijos dispersija aplinkoje. Rezultatai pateikti paveiksluose ir lentelėse, jie palyginti su eksperimentiniais rezultatais.

Reikšminiai žodžiai: matematinis modeliavimas, algebrinės šlyties metodas, skaliarinių lygčių metodas, kietųjų dalelių dispersija.

Математическое моделирование распределения фракций твердых частиц в воздухе города Вильнюса

Резюме. Для оценки качества воздуха применено математическое моделирование распределения загрязнений в воздухе. Для моделирования распределения фракций твёрдых частиц применен пакет программного обеспечения PHOENICS, позволяющий решать артутивные числовые уравнения переносов, так как точные аналитические решения невозможны. Программа применена для района Жверинас города Вильнюса, в котором в ряде мест использованы точные (экспериментальные) значения концентраций твердых частиц. Применена методика математического моделирования распределения фракций твердых частиц в воздухе с применением метода алгебраического сдвига (МАС). В модели применены уравнения процессов базовых переносов. Первоначальные условия распределения твердых частиц на улицах города получены из экспериментальных данных (значений концентраций твердых частиц). С помощью программы математического моделирования PHOENICS получено распределение фракций твердых частиц в воздухе. Результаты, представленные на рисунках и таблицах, сравнены с экспериментальными данными.

Ключевые слова: математическое моделирование, метод алгебраического сдвига, метод скалярных уравнений, фракции твердых частиц.

First Published Online: 14 Oct 2010

Keyword : mathematical simulation, Scalar Equation Method, Algebraic Slip Model, dispersion of solid particles (SP)