Труды КНЦ (Естественные и гуманитарные науки вып.3/2025(4))

Для параметров турбулентности использованы следующие граничные условия, которые установлены по умолчанию [35, 36]: Г 1 - к = кб, 8 = 8 0 ; Г 2 - n ^ V k = 0 , п • Vs = 0 ; Г 3 - к = к 0 , 8 = 8 0 ; Г 4 - П • Vk = 0, 8 = C 0 15к 15 / ( к 5 : ) , 5W= 5 :P C 0 25к 05 / п . Начальные и граничные условия для уравнения (5). Начальные условия при t = 0 в области пылегазового облака С = С 0 , в остальной области моделирования С = 0. Граничные условия [35, 36]: Г1 - С = 0; Г2 - п • ( - k c VC ) = 0; Г 3 - п • N = 0; ІѴ = — k c VC + Си; Г 3 - п • N = 0; ІѴ = — k c VC + С и . Последовательность вычислений. В численных экспериментах проварьирован параметр фоновой стратификации от 0,0 до +0,025 °С/м с шагом 0,005 °С/м, то есть рассмотрены ситуации от равновесной до глубокой инверсии. В расчётах зафиксированы два параметра модели: 1) местоположение пылегазового облака вблизи подошвы карьера в его центральной части; 2) начальная концентрация газовой компоненты в облаке принята равной 100 ПДК. Скорость ветра на борту карьера (на высоте +10 м) принята равной 1 м/с. Использована трёхшаговая последовательность выполнения расчётов. Ш аг 1 — получаем стационарное поле скорости и распределение коэффициентов турбулентной вязкости в приближении несжимаемой жидкости с использованием (к-8)-модели турбулентности. Устойчивость вычислений достигается подбором решателя (Direct UMFPACK) и значений демпфирующих коэффициентов (Crosswind diffusion) для уравнений сохранения импульса на уровне 0,65 и (Turbulence isotropic diffusion) для уравнений (к-8)-модели на уровне 0,05. Ш аг 2 — отталкиваясь от результатов предыдущего шага, решаем нестационарную задачу аэротермодинамики с выходом практически на стационарный режим аэротермодинамических параметров (продолжительность времени вычислений до 8 час). Устойчивость вычислений при решении уравнения нестационарного переноса тепла обеспечивается выбором указанного выше решателя и значения демпфирующего коэффициента (Isotropic diffusion) на уровне 0,95 (для аэродинамических параметров использованы те же значения демпфирующих коэффициентов, что и на предыдущем шаге). Ш аг 3 — выполняется нестационарный расчёт распространения газовой компоненты с учётом сложившегося к концу второго шага поля скорости и коэффициентов диффузионного переноса загрязнений. Устойчивость вычислений обеспечивается выбором указанного выше решателя и значения демпфирующего коэффициента (Isotropic diffusion) на уровне 0,75. На этом этапе для выхода на уровень ПДК, когда ни в одной ячейке расчётной сетки нет превышения указанного уровня, потребовалось неоднократно выполнять численные эксперименты, чтобы аккуратно зафиксировать расчётное время. Результаты расчётов и их анализ Структуры потоков и модификация схем проветривания. На рис. 3 представлены расчётные структуры полей скорости и линий тока для указанных в табл. 1 шести вариантов для условий нейтральной стратификации (значение параметра S = 0 °С/м). Следует отметить хорошее совпадение структуры потоков с классическими схемами проветривания: прямоточная (угол откоса 10,6°), рециркуляционно-прямоточная (угол откоса 20,6°) и рециркуляционная (угол откоса 31,0-63,4°). Для последней схемы проветривания на рис. 3 чётко проявляется асимметричность вихреобразования и его смещение к подветренному борту карьера. Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Естественные и гуманитарные науки. 2025. Т. 4, № 3. С. 14-32. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Natural Sciences and Humanities. 2025. Vol. 4, No. 3. P. 14-32. © Амосов П. В., Бакланов А. А., 2025 21