Quick computing CFD model to predict chemical pollution in room
Loading...
Date
2025
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Український державний університет науки і технологій, Дніпро
Abstract
ENG: Purpose. The problem of accidental contamination of workspaces attracts special attention, since in the event of such extreme situations, intense chemical contamination of the air in work areas occurs. This poses a threat of toxic exposure to workers. When assessing the consequences of such situations, it is necessary to take into account the time factor, in particular, to quickly determine the creation of concentrations of chemically hazardous substances. In this regard, an urgent task is to develop effective mathematical models for rapid assessment of the consequences of extreme situations in the working areas of chemically hazardous facilities. The paper considers a CFD model for analyzing the process of chemical air pollution in a workspace during an accidental release of a chemically hazardous substance. The solution of the problem is based on the numerical integration of the fundamental equations of continuum mechanics. Methodology. To calculate the air velocity field in the working room during the operation of supply and exhaust ventilation, a mathematical model of the motion of an inviscid fluid was used. The equation of convective diffusion motion was used to calculate the concentration of a chemically hazardous substance in the workspace. The integration of the modeling equations was carried out using finite difference schemes. Findings. A dynamic model has been created to calculate the spread of a chemically hazardous substance in a work-space. On the basis of the built CFD model, a computer program was created to conduct a computational experiment. Originality. A CFD model has been created to predict the level of air pollution in a workspace in the event of toxic gas emissions. The model is based on the fundamental equations of aerodynamic mechanics and mass transfer. The model makes it possible to determine the effect of the ventilation mode, the intensity of emission of a chemically hazardous substance, the location of equipment in the workspace, and the dynamics of the formation of concentration fields. Practical value. The developed CFD model can be used to quickly analyze the consequences of accidental emissions of a chemically hazardous substance in a workplace and assess the risk of toxic exposure of workers.
UKR: Мета. Проблема аварійного забруднення робочих приміщень привертає до себе особливу увагу, оскільки в разі виникнення таких екстремальних ситуацій відбувається інтенсивне хімічне забруднення повітря в робочих зонах. Це створює загрозу токсичного ураження працівників. Під час оцінювання наслідків таких ситуацій потрібно враховувати часовий фактор, зокрема швидко визначити створення концентрацій хімічно небезпечних речовин. У зв’язку з цим актуальною задачею є розробка ефективних математичних моделей для оперативного оцінювання наслідків екстремальних ситуацій у робочих приміщеннях хімічно небезпечних об’єктів. Розглянуто побудовану CFD-модель для аналізу процесу хімічного забруднення повітря в робочому приміщенні під час аварійної емісії хімічно небезпечної речовини. Рішення задачі базується на чисельному інтегруванні фундаментальних рівнянь механіки суцільного середовища. Методика. Для розрхунку поля швидкості повітря в робочому приміщення під час роботи припливно-витяжної вентиляції використано математичну модель руху нев’язкої рідини. Для розрахунку концентрації хімічно небезпечної речовини в робочому приміщенні використано рівняння конвективно-дифузійного руху. Інтегрування моделювальних рівнянь здійснено за допомогою скінченнорізницевих схем. Результати. Створено динамічну модель для розрахунку поширення хімічно небезпечної речовини в робочому приміщенні. На базі побудованої CFD-моделі створено комп’ютерну програму для проведення обчислювального експерименту. Наукова новизна. Створено CFD-модель для прогнозування рівня забруднення повітря в робочому приміщенні в разі емісії токсичного газу. Основою моделі є фундаментальні рівняння механіки аеродинаміки та масопереносу. Модель дає можливість визначати вплив режиму вентиляції, інтенсивності емісії хімічно небезпечної речовини, розташування обладнання в робочому приміщенні та динаміку формування концентраційних полів. Практична значимість. Розроблена CFD-модель може бути використана для оперативного аналізу наслідків аварійної емісії хімічно небезпечної речовини в робочому приміщенні та оцінювання ризику токсичного ураження працівників.
UKR: Мета. Проблема аварійного забруднення робочих приміщень привертає до себе особливу увагу, оскільки в разі виникнення таких екстремальних ситуацій відбувається інтенсивне хімічне забруднення повітря в робочих зонах. Це створює загрозу токсичного ураження працівників. Під час оцінювання наслідків таких ситуацій потрібно враховувати часовий фактор, зокрема швидко визначити створення концентрацій хімічно небезпечних речовин. У зв’язку з цим актуальною задачею є розробка ефективних математичних моделей для оперативного оцінювання наслідків екстремальних ситуацій у робочих приміщеннях хімічно небезпечних об’єктів. Розглянуто побудовану CFD-модель для аналізу процесу хімічного забруднення повітря в робочому приміщенні під час аварійної емісії хімічно небезпечної речовини. Рішення задачі базується на чисельному інтегруванні фундаментальних рівнянь механіки суцільного середовища. Методика. Для розрхунку поля швидкості повітря в робочому приміщення під час роботи припливно-витяжної вентиляції використано математичну модель руху нев’язкої рідини. Для розрахунку концентрації хімічно небезпечної речовини в робочому приміщенні використано рівняння конвективно-дифузійного руху. Інтегрування моделювальних рівнянь здійснено за допомогою скінченнорізницевих схем. Результати. Створено динамічну модель для розрахунку поширення хімічно небезпечної речовини в робочому приміщенні. На базі побудованої CFD-моделі створено комп’ютерну програму для проведення обчислювального експерименту. Наукова новизна. Створено CFD-модель для прогнозування рівня забруднення повітря в робочому приміщенні в разі емісії токсичного газу. Основою моделі є фундаментальні рівняння механіки аеродинаміки та масопереносу. Модель дає можливість визначати вплив режиму вентиляції, інтенсивності емісії хімічно небезпечної речовини, розташування обладнання в робочому приміщенні та динаміку формування концентраційних полів. Практична значимість. Розроблена CFD-модель може бути використана для оперативного аналізу наслідків аварійної емісії хімічно небезпечної речовини в робочому приміщенні та оцінювання ризику токсичного ураження працівників.
Description
M. Biliaiev: ORCID 0000-0002-1531-7882;
V. Biliaieva: ORCID 0000-0003-2399-3124;
O. Berlov: ORCID 0000-0002-7442-0548;
V. Kozachyna: ORCID 0000-0002-6894-5532;
P. Mashykhina: ORCID ID 0000-0003-3057-9204
Keywords
chemical air pollution, workplace, mathematical modeling, хімічне забруднення повітря, робоче приміщення, математичне моделювання, КГВФ, КЕСЕ
Citation
Biliaiev M. M., Biliaieva V. V., Berlov O. V., Kozachyna V. A., Mashykhina P. B. Quick computing CFD model to predict chemical pollution in room. Наука та прогрес транспорту. Дніпро, 2024. Вип. 4(108). С. 5 – 12. DOI: 10.15802/stp2024/317406.