ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРЫ КАРЬЕРНОГО ПРОСТРАНСТВА ОТ ТОЧЕЧНЫХ СТАЦИОНАРНЫХ ИСТОЧНИКОВ В УСЛОВИЯХ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ИНВЕРСИИ И ШТИЛЯ
Authors: Назарчук Олег Васильевич 
Published: December 2024

Цель работы заключается в получении в процессе моделирования закономерностей и связей распределения угарного газа в атмосфере в условиях температурной инверсии и штиля с использованием программного комплекса вычислительной гидродинамики ANSYS Fluent. Исследования выполнены на основе разработанных трехмерных CFD моделей аэротермодинамики атмосферы карьера рудника «Железный» АО «Ковдорский ГОК». Геометрия модели учитывает сложную орографию прилегающей к карьеру территории с Северо-Западной, Западной и Юго-Западной сторон, а также перепад высот на бортах карьера. Для описания аэродинамических процессов использовано приближение несжимаемой жидкости. Для замыкания системы уравнений неразрывности и Навье-Стокса, осредненных по Рейнольдсу, использована Realizable (к-е)-модель турбулентности. В моделях реализованы граничные условия первого и второго рода. Направление ветрового потока выбрано с Запада на Восток. Скорость ветра на высоте 10 м над бортом карьера равна 0,1 м/с (штилевые условия) и 2 м/с. На бортах карьера расположены стационарные источники выбросов загрязняющих веществ. Загрязнение рассмотрено на примере распределения газовой компоненты по угарному газу (СО). Проанализированы результаты численного моделирования в виде пространственного распределения газовой компоненты СО по различным сечениям и в виде графика распределения концентрации в зависимости от высоты. Показано, что с уменьшением скорости ветрового потока время загрязнения атмосферы карьера уменьшается. Для скоростей ниже 2 м/с, когда превалируют термические силы, результаты численного моделирования хорошо коррелируют с эмпирическими и расчетными данными, представленными в других научных работах, посвященных данной тематике. Установлено, что при штиле, когда зона превышения ПДК достигает дневной поверхности, наблюдается произвольный диффузионный вынос загрязняющих веществ из области карьера.

The aim of the work is to obtain while the process of modeling new knowledge, patterns and relationships of the distribution of harmful gas in open pit space under conditions of atmosphere temperature inversion and still, with the use of computational fluid dynamics software ANSYS Fluent. The studies were carried out on the basis of the developed 3-D CFD-models of the open-pit mine atmosphere aerothermodynamic at Zhelezny mine of AO «Kovdorsky GOK». The geometry of the model takes into account the complex orography of the territory adjacent to the quarry from the North-West, West and South-West sides, as well as the height difference on the sides of the open pit. The incompressible fluid approximation is used to describe aerodynamic processes. The mathematical aerothermodynamics model of the open-pit atmosphere is based on the continuity equation, the Reynolds-averaged Navier-Stokes equation and the turbulent heat transfer equation. Boundary conditions of the first and second order are implemented in the models. The direction of the wind flow is chosen from west to east. The wind speed at a height of 10 m above the pit wall is 0.1 m/s (still conditions) and 2 m/s. Stationary sources of pollutant emissions are located on the sides of the quarry. The distribution of pollutants is considered by the example of the distribution of the gas component over carbon monoxide (CO). The results of numerical modeling are analyzed in the form of the spatial distribution of the CO gas component over various sections and in the form of a graph of the concentration distribution depending on the height. It is shown, that with a decrease in the speed of the wind flow the time of contamination of the open pit atmosphere decreases. For speeds below 2 m/s, when thermal forces prevail, the results of numerical modeling correlate well with empirical and calculated data obtained as a result of mathematical calculations published in other science papers on this theme. It was found that during still, when the zone of exceeding the maximum permissible concentration reaches the day surface, an arbitrary diffusion removal of pollutants from the open pit area is observed.