Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Modelowanie matematyczne rozprzestrzeniania się w atmosferze gazów cięższych od powietrza z uwzględnieniem przeszkód terenowych

Markiewicz M. T.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Inżynieria Środowiska

|

2018

|

z. 75

4--167

PL

Celem pracy było opracowanie parametrycznego modelu rozprzestrzeniania się w atmosferze gazów cięższych od powietrza o nazwie HGDM, który uwzględnia występowanie przeszkód terenowych, zrealizowanie jego implementacji komputerowej oraz przeprowadzenie oceny jakości modelu. Jest to pierwszy tego typu model opracowany w Polsce, ponieważ skonstruowany w kraju model UMDSAOS (Borysiewicz i in., 2000; Gałkowski, 2006) dotyczy rozprzestrzeniania się gazów cięższych od powietrza tylko nad terenem płaskim. Przedstawiony na wstępie monografii przegląd stanu wiedzy z zakresu badań doświadczalnych nad rozprzestrzenianiem się w atmosferze gazów cięższych od powietrza i modelowania matematycznego tego procesu uzupełnia brak tego typu opracowań w polskim piśmiennictwie. W koncepcji modelu wykorzystano prace wielu badaczy opublikowane w uznanej literaturze światowej. W zakresie rozwiązań szczegółowych przyjętych przez autorkę, model HGDM stanowi oryginalną całość. W szczególności na uwagę zasługują dwa nowatorskie elementy wykonanej pracy. Pierwszym z nich jest modyfikacja, opracowanej przez Webbera i in. (1995), metody parametryzacji wpływu przeszkód terenowych na rozprzestrzenianie się w atmosferze gazów cięższych od powietrza. Metoda ta dotyczy przeszkód litych. W pracy rozszerzono ją również dla przeszkód porowatych, takich jak, szpalery drzew lub przewody rurowe umieszczone na stojakach. Drugi nowy element to uwzględnienie alternatywnego sposobu opisu procesu mieszania się smugi zanieczyszczeń z otaczającym powietrzem przy wykorzystaniu metod opracowanych przez Briggsa i in. (2001) i Nowickiego (1976). Metoda Briggsa i in. (2001), dotycząca parametryzacji wciągania masy powietrza przez górną powierzchnię smugi zanieczyszczeń zarówno na etapie, gdy. smuga ma gęstość większą od gęstości powietrza, jak i na etapie, gdy gęstość smugi staje się porównywalna z gęstością powietrza, należy do nowszych metod i była wdrożona tylko w modelu HEGADAS3+. Metoda Nowickiego (1976), dotycząca parametryzacji mieszania się smugi zanieczyszczeń z otaczającym powietrzem przez powierzchnie boczne smugi na etapie, gdy smuga gazów ma gęstość porównywalną z gęstością powietrza, nie była jak dotąd wykorzystywana w modelach rozprzestrzeniania się w atmosferze gazów cięższych od powietrza. Model HGDM wykorzystano do pokazania, jak wysokość, szerokość i stopień przepuszczalności przeszkody wpływają na rozcieńczanie smugi zanieczyszczeń. Ocenę jakości modelu HGDM przeprowadzono, wzorując się na protokole opracowanym w toku realizacji międzynarodowego projektu SMEDIS. Jest to pierwsze zastosowanie metodyki SMEDIS w Polsce. Ocenę statystyczną modelu HGDM zrealizowano, porównując wyniki obliczeń otrzymane przy wykorzystaniu modelu z danymi pomierzonymi podczas badań prowadzonych w dużej skali w terenie, zestawionymi w specjalistycznych, komputerowych bazach MDA i SMEDIS. Praca kończy się porównaniem trzech metod parametryzacji wpływu przeszkód terenowych na rozprzestrzenianie się gazów cięższych odpowietrza, wdrożonych w modelu HGDM. Dwie z nich zostały opracowane przez Cleavera i in. (1995) oraz Webbera i in. (1995), a trzecia powstała przez rozszerzenie przez autorkę metody Webbera i in. (1995). Wnioskowanie, czy istnieją statystycznie istotne różnice w wynikach modelowania przy stosowaniu trzech różnych metod parametryzacji przeprowadzono, wykorzystując program BOOT opracowany przez Hannę i in. (1993). Prezentowana metodyka ilościowej oceny skutków środowiskowych w sytuacjach awaryjnych, ciągłych w czasie uwolnień do atmosfery gazów cięższych od powietrza z powierzchniowego, przyziemnego źródła emisji, zdaniem autorki, może znaleźć praktyczne zastosowania. Stanowi potencjalne narzędzie do stosowania w procedurach dotyczących: ocen oddziaływania na środowisko, analiz bezpieczeństwa, planowania operacyjno-ratowniczego i efektywnego zagospodarowania przestrzennego. Dla realizacji symulacji z wykorzystaniem modelu HGDM wszystkie dane wejściowe są łatwo dostępne, w szczególności dane meteorologiczne mogą być pozyskane z rutynowych pomiarów prowadzonych Polsce. Czas obliczeń jest zdecydowanie krótszy w porównaniu z czasem obliczeń potrzebnym przy stosowaniu bardziej złożonych modeli matematycznych, tak więc symulacje z użyciem modelu HGDM mogą być wykonywane w czasie rzeczywistym.

EN

The aim of this research work has been to formulate an integral model called HGDM, which describes heavy gas dispersion in the atmosphere taking into account the influence of terrain obstacles, and to carry out its computer implementation and model quality evaluation. The HGDM is the first model of this type developed in Poland because the UMI)SAOS model (Borysiewicz et al., 2000; Gałkowski, 2006) constructed in our country deals with heavy gas dispersion over fiat terrain. The presented Review of the state of knowledge in the area of experimental investigation of heavy gas dispersion in the atmosphere and mathematical modelling of this process fills the gap of this type of work in the Polish language literature. The concept of the HGDM model is based on the works of many researchers published in internationally recognized journals. The HGDM model is innovative in terms of specific solutions proposed by the author. In particular, two innovations are worth noting. The first one concerns modifying the method of parameterization of the influence of terrain obstacles on the dispersion of the heavy gas plume developed by Webber et al. (1995). This method deals with solid obstacles. In the monograph it was extended with porous obstacles such as greenbelts and pipe racks as well. The second new element concerns introducing an alternative description of the process of mixing pollution plume with the surrounding air by applying the method of Briggs et al. (2001) and the method of Nowicki (1976). The method of Briggs et al. (2001) concerning the parameterization of the air mass entrainment through the upper surface of plume both at the stage when the pollution plume has a density greater than the ambient air and at the stage when the plume density becomes comparable with the ambient air density, is a newish method and has been implemented only in the HEGADAS+ model. The method of Nowicki (1976), concerning the parameterization of mixing of the plume with the ambient air through the side surfaces of the plume at the stage when the gas plume has a density comparable with the ambient air density, has not been implemented yet in heavy gas dispersion models. The HGDM model has been applied to show the influence of obstacle height, its width and its degree of permeability on plume dilution. The HGDM model quality evaluation has been carried out following the SMEDIS protocol. It has been the first application of this method in Poland. The HGDM model validation has been developed through a comparison of the simulations outcomes with measurement data from large scale field experiments from MDA and SMEDIS databases. Eventually, intercomparison studies between the three different methods of parameterization of the influence of terrain obstacles on the dispersion of heavy gas clouds implemented in the HGDM model were made. Two of these methods were developed by Cleaver et al. (1995) and Webber et al. (1995) and one is proposed by this author. The BOOT program developed by Hanna et al. (1993) was used in order to conclude about statistically significant differences of the predictions of the model that applied different methods of parametrization of terrain obstacles on the dispersion of heavy gas. The presented methodology of quantitative evaluation of Environmental effects in accidental situations of releases of heavy gases to the atmosphere from the ground level and continuous emission sources has, in the author’s opinion, a potential to be used in practical applications. It cm be applied in the procedures related to Environmental impact assessment, safety studies, emergency planning and land-use planning. Imput data for simulations using the HGDM model are easily obtained; in particular, meteorological data can be supplied from routine measurements conducted in Poland. The calculation time is unquestionably shorter compared to the calculation time needed to carry out simulations applying codes of more complex mathematical models so the calculations in which the HGDM model is used can be done in real time.

2

A review of models for the atmospheric dispersion of heavy gases. Part II. Model quality evaluation

Markiewicz M. T.

Ecological Chemistry and Engineering. S

|

2013

|

Vol. 20, nr 4

763--782

EN

This is the second paper of a two part review. In its first part mathematical models for atmospheric dispersion of heavy gases are classified and the distinguished groups of models are characterised. In this part procedures for the model quality evaluation are described and the main results of model evaluation exercises and databases with experimental data related to the subject are summarised. The quality of a model is clearly of great importance since the decisions concerning the safety of people, environment are based on model calculations. Attention is focused on activities carried out in the European Union countries and in the USA. These include the work of the groups of researchers called MEG, HGDEG, projects known under the names REDIPHEM, SMEDIS, DATABASE and the model evaluation exercise carried out by the Sigma Research Corporation.

PL

Publikacja ta stanowi drugą część dwuczęściowego artykułu. W pierwszej części dokonano klasyfikacji matematycznych modeli rozprzestrzeniania się w atmosferze gazów cięższych od powietrza i scharakteryzowano wyróżnione grupy. W tej części przedstawiono procedury oceny jakości modeli, podsumowano główne wyniki projektów, w których oceniano modele, i opisano bazy danych związane z zagadnieniem rozprzestrzeniania się gazów cięższych od powietrza. Jakość modeli ma bardzo duże znaczenie, jako że na podstawie wyników modelowania podejmowane są decyzje dotyczące bezpieczeństwa ludzi i środowiska. Uwagę zwrócono na działania podejmowane w krajach Unii Europejskiej i Stanach Zjednoczonych Ameryki. Obejmuje to prace prowadzone przez grupy naukowców nazwane MEG, HGDEG, projekty znane pod nazwami REDIPHEM, SMEDIS, DATABASE i prace nad oceną jakości modeli w Sigma Research Corporation.

3

A Review of Mathematical Models for the Atmospheric Dispersion of Heavy Gases. Part I. A Classification of Models

Markiewicz M.

Ecological Chemistry and Engineering. S

|

2012

|

Vol. 19, nr 3

297-314

EN

In this two part article in its first part models of heavy gas dispersion in the atmosphere are classified and the distinguished groups of models are characterised. In the second part the procedures for the model quality evaluation are described and the main results of model evaluation projects are summarised. Substances released to the atmosphere which have a density greater than the density of the atmospheric air are called heavy gases or dense gases. The dispersion of heavy gases is different from that encountered in the case of neutrally or positively buoyant gases. Specific models have been developed to describe it. The heavy gas dispersion models differ in the complexity and mathematical description. Based on these criteria four main groups of models are distinguished: simple/empirical models, intermediate/integral and shallow layer models, advanced/Lagrangian particle trajectory and Lagrangian puff dispersion models and sophisticated/Computer Fluid Dynamics (CFD) models. This classification is an extension of the classification proposed earlier in the literature.

PL

W tym dwuczęściowym artykule w pierwszej części dokonano klasyfikacji modeli rozprzestrzeniania się w atmosferze gazów cięższych od powietrza i scharakteryzowano wyróżnione grupy. Gazami cięższymi od powietrza nazywa się te substancje emitowane do atmosfery, których gęstość jest większa od gęstości powietrza. Rozprzestrzenianie się w atmosferze gazów cięższych od powietrza różni się od rozprzestrzeniania się gazów neutralnych lub gazów o gęstości mniejszej od gęstości powietrza. Do opisu tego zjawiska opracowano specyficzne modele. Modele rozprzestrzeniania się gazów cięższych od powietrza różnią się stopniem skomplikowania i sposobem opisu matematycznego. Wykorzystując te dwa kryteria, można wyróżnić cztery grupy modeli: proste/empiryczne modele, pośrednie/zintegrowane i płytkiej warstwy modele, zaawansowane/ Lagrange’owski trajektoryjne modele cząstek i Lagrange’owski modele obłoku, skomplikowane/modele komputerowe dynamiki płynów. Klasyfikacja ta jest rozszerzeniem klasyfikacji proponowanej już w literaturze.

4

The Wärtsilä 32GD engine for heavy gases

Järf Ch., Sutkowski M.

Silniki Spalinowe

|

2009

|

R. 48, nr 2

3-11

EN

The Wärtsilä 32GD engine is a stationary turbocharged "Gas-Diesel" engine which can operate on gas and oil fuel.The direct high-pressure gas injection is applied in this engine. The sophisticated control system of the engine allows operation on gas and oil fuel with very wide range of gas/oil fuel ratio which provides a unique flexibility of fuel usage.The Wärtsilä 32GD technology offers possibility to use good quality gas or heavier gases i.e. with high content of heavier hydrocarbons. The Wärtsilä 32GD engine development and the most important components of the Wärtsilä 32GD engine are presented. The working principles, operation mode, the engine performance and emission levels are described in the paper as well. The paper includes also specification for gas and oil fuels that can be used for the engine operation. The paper is concluded with some typical applications, reference installation and experience from running the engines on challenging fuels.

PL

Silnik Wärtsilä 32GD jest stacjonarnym turbodoładowanym gazowym silnikiem Diesla. W tym silniku zastosowano bezpośredni wysokociśnieniowy wtrysk gazu. Zaawansowany układ kontroli silnika pozwala na stosowanie jednocześnie paliwa gazowego i olejowego w bardzo szerokim zakresie zmian proporcji miedzy tymi paliwami, co pozwala na niespotykaną swobodę doboru stosowanych paliw. Technologia silnika Wärtsilä 32GD pozwala na stosowanie zarówno lekkich gazów, takich jak gaz ziemny, jak i gazów z dużą zawartością ciężkich węglowodorów. W niniejszym artykule przedstawiono zasadę działania, możliwe tryby pracy, osiągi silnika oraz poziom emisji zanieczyszczeń. Artykuł zawiera również specyfikacje możliwych do zastosowania paliw gazowych i olejowych. W podsumowaniu przedstawiono typowe zastosowania silnika Wärtsilä 32GD oraz doświadczenia z pracy silników z zastosowaniem wymagających paliw.