空气污染数值模拟的三维测量模型在交通繁忙区域在曼谷天空训练平台

文摘

空气污染物的水平在曼谷一般高街隧道。他们尤其高架在几乎封闭的街道隧道等面积在曼谷空中列车平台高交通量,色散是有限的。没有空气质量测量站在附近,而人口高。在这个研究中,数值模拟是用来测量空气污染物的水平。三维测量模型在交通繁忙区域空气污染在曼谷空中列车平台提出了。有限差分技术是用来近似建模解决方案。车辆的空气污染物排放由于高交通量由污染物来源认为数学术语。平均和移动的模拟也被认为是由于方式汽车排放污染物来源。拟议中的近似空气污染物浓度指标可以被用户所需的气态污染物指标如氮氧化物、二氧化硫、CO和PM2.5。

1。介绍

现在如果我们谈论的是污染,当然我们面临的污染源之一,对社会有重大的影响是“空气污染。“空气污染不仅影响一个社会也是人类生活和环境的问题,世界各地的每个人都应该意识到。空气污染对人类的健康有害,因为它释放的污染物和空气污染导致哮喘、肺,和癌症。此外,它是一个主要的因素影响环境资源以及人造结构和设施,会引起气候变化。

空气污染的来源可以分为自然来源和人为来源两种类型。自然污染源来自自然现象如火山爆发,森林火灾,生物腐烂,花粉粒,沼泽和放射性物质。另一方面,人工来源是那些由人类如热电厂、车辆排放,化石燃料的燃烧,和农业活动。空气污染可以发生在许多形式但一般发生在形成气体和微粒污染物在大气中。气态污染物包括一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、二氧化硫(SO2),臭氧(O3),和各种气体。

有些人可能想知道室内或室外空气污染严重。根据科学家的研究,室内空气污染比室外空气污染更有害,特别是因为我们花大部分的时间每天室内在家里或办公室。家庭和办公室内部的空气有时会更多的污染比室外空气,从而提供了一个主要的健康威胁。在最新的研究中,英国科学家测量了空气质量三个住宅内外不同类型的能源使用。他们发现的最常见的一种空气污染物,二氧化氮(NO2),在市中心的公寓厨房天然气炊具高出三倍的水平测量户外,远高于清洁空气质量标准。

在[1),也在2016年10月,超过140个国家达成协议,将减少这些化学物质的使用用于空调和冰箱和寻找更环保的替代品。主任大卫Doniger NRDC的气候和清洁空气计划,写道,“自然资源保护委员会估计,同意HFC逐渐缩减将避免相当于超过800亿吨的二氧化碳在接下来的35年。”此外,Walke说,“关于运输做出好的选择。当你可以走路,骑自行车,或乘坐公共交通。对于开车,选择汽车,获得更好的英里每加仑的汽油或选择电动汽车。“烟雾的来源和烟尘是相似的。Walke说,“来自汽车和卡车,工厂、发电厂、垃圾焚烧厂,引擎。“那么,鼓励一个明智的决定,让我们的世界绿色。

1961年,(2]研究了空气的污染(吸烟,多环碳氢化合物、一氧化碳、铅)在伦敦两个机动车公路隧道。发现空气污染的浓度在隧道里似乎并不很高,但交通烟雾的浓度的影响,多环碳氢化合物、一氧化碳、城市街道的主要空气中值得继续研究。2002年,(3)研究了在工作日平均空气污染物浓度,发现它是高于在周末。试验结果表明,三个城市网站的平均空气污染物浓度明显高于郊区的网站。我们的分析显示,一个明显的方法来减少污染物的累积浓度在曼谷街道将加快交通流量,防止长时间的闲置在拥挤的街道。2004年,(4]研究了几种不同的数值稳定性条件相比,技术开发和为解决运动三维对流方程和常系数。数值实验的结果提出了,准确性和中央处理器时间需要进行了讨论和比较。2006年,(5]研究运动求解对流方程的数值方法。它解决了利用三次样条函数来估计第一和第二衍生品和解决同样的问题使用两个标准的有限差分方案(ftc和Crank-Nicolson方法)。数值结果与解析解相比。研究发现,例子,有限差分方法取得了更好的比样条方法逐点的解决方案。2016年,(6研究了三维空气质量模型。考虑域分为两个区域:一个工厂区和居住区。大气稳定类的修改和风力速度从多个点光源也分析了使用三维分步法。2017年,(7运动)研究三维对流方程采用显式差分法。风流入被认为是两种情况:有风只在流入方向和有风流入方向和方向。此外,我们添加了沿着中间的障碍进入隧道。模型的结果是令人满意的。

目前在曼谷,泰国,街上的空气污染来自汽车尾气,其中包含颗粒,特别是从旧汽车或柴油汽车,对人们的健康有害。科学家们担心,微粒携带有毒化学物质,如一氧化氮和一氧化碳,猛拉深时,可以对人们的健康有害。曼谷交通系统(BTS)提供了一个有效的城市交通路线对曼谷人因为BTS速度和方便交通便利。空气污染的主要来源来自汽车尾气,曼谷的天空下火车平台移动源和其他来源包括烟从餐馆、建筑、和建筑拆除。因此,这也是导致一些环境影响,尤其是其周围的空气污染物影响到附近区域平台与高流量和大量的人。

这些天来,越来越多的人口导致交通拥挤和空气污染。空气污染在平台在一个面积BTS平台急剧增加。如果我们知道的价值可能出现污染的浓度从现有污染积累或可能的排放来源,如从汽车吸烟,我们也许能够控制空气污染的浓度,面积不超过标准。正如前面提到的,我们认识到空气污染的重要性。因此,本研究的目的是近似的空气污染物的浓度在天空下的面积曼谷培训平台移动交通拥挤空气污染物来源的车辆在不同的时间使用有限差分技术。它可以帮助控制污染物的交通和拥挤的人们在这一领域。这将有利于人类和环境。然而,这个区域应该实现进风方向流入附近的隧道,因为它会影响空气污染物的浓度。然后风流入方向模型的一个重要因素。所以,我们区分两种情况:有风只在流入方向,有风流入- - -的方向。

2。控制方程

街隧道是脚的地方或车辆道路交通,在街道两侧建筑两侧,包括顶部区域也关闭。街上隧道配置如图1。开销的一部分街是天空训练平台和街道的两边都是建筑的组成部分。在这个研究中,仿真配置街隧道分为两种情况。

案例1。假设风只有在流动方向。认为街隧道如图2(一个)。风方向场如图2 (b)。

例2。假设风在流动- - -的方向。认为街隧道如图3(一个)。风方向场如图3 (b)。

考虑域限制 ,在那里平台宽度(米),是平台的长度(m),平台的高度(米)在街上隧道。空气污染物浓度运动可以被描述为一个三维对流方程如下: 在哪里 空气污染物浓度点吗在笛卡尔坐标和时间 。向量是风速度场(米/秒);是涡流扩散系数或弥散张量(/秒)。 ,矩阵乘法, 描述了空气污染物(sec的源或汇⁻¹)。

如果风速和污染物的扩散系数是常数,在控制方程 在哪里 , ,和是恒定风速(米/秒) , ,和方向,分别 , ,和不断扩散系数(m²/秒) , ,和分别的方向。

假设,我们认为风流入是沿着水平方向和横向各向同性弥散。因此,运动三维对流方程(2)可以写成 在哪里是一个常数在水平方向弥散系数(m²/秒),是一个常数弥散系数的吗方向(垂直)(m²/秒)和适当的初始和边界条件。

我们认为隧道的组件图4和问题的模型分为三个区,如图5。潜在的空气污染物的浓度可以描述的 ,尽管 边界条件如下:入口门: 。的大门: , 。出口门: 两侧墙: 地面: 平台上限: 天花板平行间隙: ,

在哪里流入空气污染物浓度的大门。 是空气污染物浓度的平均变化率的入口处大门,退出门,两边墙壁、地面、天花板的平台,分别和两个天花板平行的差距。是正确的距离墙壁right-ended平台天花板;看到在图5。也从右边墙的距离左平台上限;看到在图5。

3所示。数字技术

使用有限差分法对控制方程近似的解决方案。域除以 分别在三个坐标轴空间和时间。近似的空气污染物浓度点用 在网格点 。常数时空网格间距 ,分别。

在这个研究中,一个明确的提出时间中央空间(ftc)方法。因此,有限差分方程(3)成为 重排(4)给 在这 ,

提出了有限差分格式的稳定条件,这可以通过使用冯诺依曼方法研究[4,8),如果都是稳定的 感到满意。

的有限差分格式的左端和右端虚拟点如下:

4所示。数值实验

在这一节中,有三种模拟释放空气污染物现象证明了使用有限差分(5)。在所有模拟,空气在流动方向从入口到出口大门。有两个平行间隙的窗口;参见图1和4。没有潜在的空气污染。有两个建筑支撑领域;参见图1和4。所有建筑墙壁nonabsorbing空气污染材料。由于没有潜在的空气污染,假设初始条件 。

三个案例,尝试区域尺寸,长度,宽度,高度是192,26日和6米。然后,模拟域被定义为 我们假设 , , , , 当我们考虑问题的模型如图5, , , 区域1区2,分别和区域3。网格间距, 米, m, 年代,时间, 年代。我们选择的扩散系数- - -方向为0.1592和0.05米²/秒,分别与扩散系数- - -方向不变。风速度- - -方向是和米/秒。

模拟(源或汇排放量平均)。在这个例子中,我们考虑两种情况。在第一种情况下,恒的源吗 ,这是 ,和0.007秒⁻¹。在第二种情况下,常数水槽吗 ,这是 ,−0.007秒⁻¹。仿真结果显示了一个数字6- - - - - -11和22- - - - - -23。

模拟B(源或汇排放正)。在这个例子中,我们考虑两种情况。在第一种情况下,源和汇的功能吗 ,也就是说,01 3 ,和5证券交易委员会⁻¹。在第二种情况下,源的功能吗 ,这是0.001 ,0.003 ,和0.005证券交易委员会⁻¹。仿真结果B所示的数据12- - - - - -17和24。

模拟C(源或汇排放混合)。在这个例子中,我们分裂3区。也就是说, ,的来源区1、2区和区域3,分别。我们考虑三种情况恒的源。在第一种情况下,是小,逐步增加, , 证券交易委员会⁻¹。在第二种情况下,在中间地带是最高的,这是什么 , 证券交易委员会⁻¹。在最后一种情况下,在区域1中是最高的,逐步减少,这是 , 证券交易委员会⁻¹。仿真结果C所示的数据18- - - - - -21和25。

5。讨论

空气污染物浓度计算通过使用有限差分技术。是否源或汇,它影响了空气污染物浓度。比较模拟的源或汇,B和C如表所示1。数据6- - - - - -7和9- - - - - -10经过30秒后显示空气污染物浓度水平在等高线图和表面之间的阴谋 (源)和 分别(沉)。数据8和11空气污染物浓度水平进行比较在第一和第二个案件不断模拟,分别。的结果,如果我们把更多的源速率进入我们的系统,我们可以看到空气污染物的浓度水平增加(见图8)。因此,不同浓度的来源。此外,水槽可以降低空气污染物的浓度水平(见图11)。此外,数据12- - - - - -13和15- - - - - -16经过30秒后显示空气污染物浓度水平在等高线图和表面之间的阴谋 1(源库)和 分别(源)。数据14和17空气污染物浓度水平进行比较是不断在第一个和第二个案件模拟B,分别。作为一个结果,是一个函数的源和汇和空气污染物的浓度增加和减少(见图14)。也就是说,它是在增加是源。另一方面,如果下沉,空气污染物的浓度降低。此外,数据18- - - - - -20.经过30秒后显示空气污染物浓度水平在曲面图不断在第一,第二,第三例模拟C,分别。图21比较了空气污染物浓度水平的三个案例在仿真结果,可以得出结论,如果我们添加大量的源初,它影响着污染物的浓度。因此,源是高浓度的空气污染物的原因。此外,数据22- - - - - -25而空气污染物的浓度 在不同时间的来源,水槽,来源(车辆来源),分别平均和3区来源。

6。结论

车辆空气污染物可以认为发布源的功能。源函数定义为平均等方法收集数据方法或数值插入。模拟表明,外部和内部的空气污染问题出现车辆发布空气污染。我们可以看到,在平台区域,空气污染物水平高于外部水平由于空气流动的障碍。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

本文支持的卓越中心的数学程序高等教育委员会(CEM),泰国。

引用

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