Mathematical Modeling of Heat and Mass Transfer Processes in Safety Labour Problems : Dust and Heat Pollution
| dc.contributor.author | Biliaiev, Mykola M. | en |
| dc.contributor.author | Berlov, Oleksandr V. | en |
| dc.contributor.author | Kirichenko, Pavlo S. | en |
| dc.contributor.author | Kozachyna, Vitalii A. | en |
| dc.contributor.author | Tymoshenko, L. O. | en |
| dc.date.accessioned | 2025-06-17T08:21:21Z | |
| dc.date.available | 2025-06-17T08:21:21Z | |
| dc.date.issued | 2025 | |
| dc.description | M. Biliaiev: ORCID 0000-0002-1531-7882; O. Berlov: ORCID 0000-0002-7442-0548; P. Kirichenko: ORCID 0000-0002-0793-9593; V. A. Kozachyna: ORCID 0000-0002-6894-5532; L. Tymoshenko: ORCID 0000-0002-8081-5458 | en |
| dc.description.abstract | ENG: Problem statement. The operation of many industries is associated with dust and thermal air pollution. Particularly intense dust pollution of the air occurs during the operation of the mining complex. Intense thermal air pollution occurs during fires. Fires are a dangerous phenomenon at industrial and civil facilities. If a fire occurs at an industrial facility where oil storage facilities are located, a very intensive area of thermal pollution of the atmospheric air arises. This creates a risk of thermal injury to workers and a risk of ignition of oil storage facilities located near the source of ignition. An important practical task arises − reducing the risk of ignition of neighboring storage facilities. One of the means of reducing the risk of ignition is the use of protective screens, gabions at industrial sites. For practice, it is important to determine in advance the stability of such structures under the influence of a heat wave and to assess the "contribution" of these structures to reducing the air temperature near neighboring oil storage facilities. Reducing the air temperature near neighboring storage facilities increases the stability of bulk structures. Solving this class of problems requires the use of specialized mathematical models of aerodynamics and heat transfer. The purpose of the article. Creation of a CFD model for assessing thermal fields at an industrial site in the event of a fire and development of numerical models for predicting dust pollution of the air environment. Methodology. To simulate thermal fields at an industrial site, a potential flow and heat transfer model is used. To simulate the heating of a protective structure (shield), a one-dimensional heat conduction equation is used. Numerical integration of the modeling equations is carried out using explicit schemes. A mass transfer equation is used to model dust air pollution. Scientific novelty. Two numerical models are proposed for a comprehensive solution to the problem of determining the temperature field at an industrial site and inside a protective structure (screen) used to reduce the thermal load on a neighboring oil storage facility. Proposed numerical models for the analysis of dust air pollution. Practical significance. The implementation of the developed numerical models is implemented in real time. With the practical implementation of numerical models, almost all information regarding thermal fields formed on an industrial site during a fire can be obtained. This information allows you to identify areas with an intense increase in temperature, i.e. areas with a significant risk of injury to workers. Conclusions. Effective numerical models are proposed for solving complex problems in the event of a fire at an industrial site and in case of dust emission. The models make it possible to assess the level of thermal pollution of atmospheric air at the site and the effectiveness of using a protective screen to reduce the air temperature near a neighboring storage facility. | en |
| dc.description.abstract | UKR: Постановка проблеми. Функціонування багатьох виробництв пов'язане з пиловим та тепловим забрудненням повітряного середовища. Особливо інтенсивне пилове забруднення повітряного середовища має місце при функціонуванні гірничорудного комплексу. Інтенсивне теплове забруднення повітря відбувається при пожежах. Пожежі є небезпечним явищем на промислових та цивільних об’єктах. Якщо пожежа трапляється на промисловому об’єкті, де розташовані нафтосховища, то виникає дуже інтенсивна по розмірам область теплового забруднення атмосферного повітря. Створюється ризик теплового ураження працівників та виникає ризик займання нафтосховищ, що розташовані поряд з джерелом займання. Виникає важлива практична задача – зменшення ризику займання сусідніх сховищ. Одним з засобів зменшення ризику займання є використання захисних екранів, габіонів на промислових майданчиках. Для практики важливо заздалегідь визначати стійкість таких споруд під дією теплової хвилі та оцінювати "вклад» цих споруд на зменшення температури повітря біля сусідніх нафтосховищ. Зменшення температури повітря біля сусідніх сховищ підвищує стійкість наливних конструкцій. Рішення такого класу задач потребує використання спеціалізованих математичних моделей аеродинаміки та теплопереносу. Мета роботи. Створення CFD моделі для оцінювання теплових полів на промисловому майданчику при виникненні пожежі і розробка чисельних моделей для прогнозування пилового забруднення повітряного середовища. Методика. Для моделювання теплових полів на промисловому майданчику використовуються модель потенціальної течії та теплопереносу. Для моделювання нагріву захисної споруди (екран) використовується одновимірне рівняння теплопровідності. Чисельне інтегрування моделюючих рівнянь здійснюється за допомогою явних схем. Для моделювання пилового забруднення повітря використовується рівняння масопереносу. Наукова новизна. Запропоновані дві чисельні моделі для комплексного рішення задачі по визначенню поля температур на промисловому майданчику та всередині захисної споруди (екран), що використовується для зменшення теплового навантаження на сусіднє нафтосховище. Запропоновані чисельні моделі для аналізу пилового забруднення повітря. Практична значущість. Реалізація розроблених чисельних моделей реалізується в масштабі реального часу. При практичній реалізації чисельних моделей може бути отримана практично уся інформація відносно теплових полів, що формуються на промисловому майданчику при пожежі. Ця інформація дозволяє визначати області з інтенсивним підвищенням температури, тобто області зі значним ризиком ураження працівників. Висновки. Запропоновані ефективні чисельні моделі для рішення комплексних задач при виникненні пожежі на промисловому майданчику або при пиловому забрудненні. Моделі дають можливість оцінювати рівень теплового забруднення атмосферного повітря на майданчику та ефективність використання захисного екрану для зменшення температури повітря біля сусіднього сховища. | uk_UA |
| dc.description.sponsorship | ESI “Prydniprovska State Academy of Civil Engineering and Architecture”, Dnipro; Kryvyi Rih National University, Kryvyi Rih | en |
| dc.identifier.citation | Biliaiev M. M., Berlov O. V., Kirichenko P. S., Kozachyna V. A., Tymoshenko L. O. Mathematical Modeling of Heat and Mass Transfer Processes in Safety Labour Problems : Dust and Heat Pollution. Ukrainian Journal of Civil Engineering and Architecture. 2025. No. 3 (027). P. 144–153. DOI: https://doi.org/10.30838/UJCEA.2312.270425.144.1171. | en |
| dc.identifier.doi | https://doi.org/10.30838/UJCEA.2312.270425.144.1171 | en |
| dc.identifier.issn | 2710-0367 (Print) | |
| dc.identifier.issn | 2710-0375 (Online) | |
| dc.identifier.uri | http://uajcea.pgasa.dp.ua/article/view/332884 | en |
| dc.identifier.uri | https://crust.ust.edu.ua/handle/123456789/20552 | en |
| dc.language.iso | en | |
| dc.publisher | Prydniprovs’ka State Academy of Civil Engineering and Architecture, USUST, Dnipro | en |
| dc.subject | protective barrier | en |
| dc.subject | dust pollution | en |
| dc.subject | temperature field | en |
| dc.subject | fire | en |
| dc.subject | heat transfer | en |
| dc.subject | mathematical modeling | en |
| dc.subject | industrial site | en |
| dc.subject | labor protection | en |
| dc.subject | захисний екран | uk_UA |
| dc.subject | пилове забруднення повітря | uk_UA |
| dc.subject | пожежа | uk_UA |
| dc.subject | теплоперенос | uk_UA |
| dc.subject | математичне моделювання | uk_UA |
| dc.subject | промисловий майданчик | uk_UA |
| dc.subject | охорона праці | uk_UA |
| dc.subject | КГВФ | uk_UA |
| dc.subject.classification | TECHNOLOGY::Other technology::Environmental engineering | en |
| dc.title | Mathematical Modeling of Heat and Mass Transfer Processes in Safety Labour Problems : Dust and Heat Pollution | en |
| dc.title.alternative | Математичне моделювання процесів тепломасопереносу в задачах охорони праці : пилове та теплове забруднення | uk_UA |
| dc.type | Article | en |