Численна модель розрахунку солевого забруднення прибрежної зони від градирен на морській воді,

ЧИСЛОВА МОДЕЛЬ РОЗРАХУНКУ СОЛЬОВОГО ЗАБРУДНЕННЯ

Прибережна зона від градирен на морській воді

Український Державний Гідрометеорологічний Університет, С.-Петербург,

Наявність систем охолодження – постійний атрибут енергетичних об'єктів. Як відомо, такі системи можуть бути прямоточними або оборотними. Використання цих цілей великих джерел води диктує необхідність їх розташування у прибережних зонах морів чи великих водойм. У зв'язку з існуючими в багатьох країнах заборонами на використання для цих цілей прісноводних водойм, будівництво найпотужніших об'єктів енергетики, насамперед атомних електростанцій, дуже часто здійснюється на морських узбережжях із залученням таких ефективних систем охолодження, як баштові випарні градирні.

Тим часом єдиним джерелом технічної води для градирень у цьому випадку є морська вода. Частковий віднесення водяних крапель через верхній зріз веж градирень призводить тут до виникнення антропогенних джерел нового типу, що сприяють сольовому забрудненню прибережної зони і які в сучасній природоохоронній практиці виявляються слабо дослідженими. Проблема полягає в тому, градирні - це великі споруди висотою до 150-170м і діаметром 50-70м, які значною мірою спотворюють потік повітря, що їх обтікає, з утворенням виражених циркуляційних зон і утворюють в атмосфері так звані «пароконденсатні» смолоскипи, що складаються як солоної води, так і конденсуються на природному атмосферному аерозолі крапель прісної води з водяної пари, що викидається градирнею. Усі ці процеси формують унікальнітермодинамічні поля навколо градирень, що вимагають для свого фізико-математичного опису досконалих математичних моделей з коректним відтворенням мікрофізичних ефектів їх взаємодії з навколишнім середовищем.

У рамках цієї роботи це завдання вирішувалося шляхом комбінації трьох типів моделей, орієнтованих опис процесів різного просторово-часового масштабу. Перша модель має відтворювати вертикальний розподіл компонентів вектора швидкості вітру, а також температури та вологості у всьому атмосферному прикордонному шарі (аж до висоти 2км) на основі інформації стандартних метеорологічних спостережень. Така модель дозволяє відтворити істотно згладжену по простору структуру метеорологічних полів з характерним тимчасовим масштабом змін 3 години.

Друга з цих моделей повинна детально і з необхідним дозволом відтворити тривимірну структуру середніх полів швидкості вітру, температури, вологості та водності в обмеженій зоні впливу кожної градирні розміром до 1000м по горизонталі і до висоти 500м (очікувана висота підйому пароконденсатного. ). Така модель необхідно належить до класу про «гідротеромодинамічних 3D моделей».

Третя модель повинна відслідковувати еволюцію власне крапель з тим чи іншим заданим початковим розподілом за розмірами в процесі їх руху в атмосфері до віддалення від градирні на необхідну дальність. При цьому необхідно повністю описувати «мікрофізику крапель» з урахуванням впливу на швидкість їх випаровування таких факторів, як поточна солоність краплі, яка змінюється зі зміною розмірів краплі, охолодження краплі в процесі випаровування (нагрівання у разі конденсації), а також взаємодія краплі знавколишнім простором. Найбільш підходящий спосіб опису таких процесів – це метод Монте-Карло, що передбачає побудову траєкторій руху деякої обмеженої сукупності частинок, з випадково обраними початковими умовами, що рухаються з випадковими швидкостями і рух яких відстежується до тих пір, поки ці частинки не зіткнуться з поверхнею градирні, що підстилає поверхнею або не вийдуть за межі області, що розглядається.

В якості вихідних даних для розрахунку середніх за тривалий період величин осадження солі на поверхню, що підстилає, залучалися вихідні ряди спостережень на метеостанції (температура, вологість і швидкість вітру), а також аналогічні дані на стандартних ізобаричних поверхнях з доступних архівів реаналізу атмосферних процесів.

У результаті проведення великого комплексу розрахунків такого роду вдалося розрахувати середньорічні та середньосезонні очікувані інтенсивності осадження солі на поверхню, що підстилає, для деяких проектованих об'єктів атомної енергетики на території Укаїни.

Доповідь підготовлена на основі матеріалів виконання пошукової науково-дослідної роботи «Створення чисельних моделей для вирішення завдань моніторингу та прогнозування антропогенного забруднення атмосфери та гідросфери в околиці діючих та проектованих об'єктів ядерної енергетики» в рамках реалізації ФЦП «Наукові та науково-педагогічні кадри інновації» 2009 – 2013 роки за напрямом «Моніторинг та прогнозування стану атмосфери та гідросфери» у рамках заходу 1.3.1 Програми» (конкурс НК-684П).

Нумеричний model calculation of salt pollution

of the coastal zone from the sea water cooling towers

Баранова М., Гаврілов А., Чихачев К.

РосійськийДержавний гідрометеорологічний університет, Санкт-Петербург,

Розглянуто комбіновану гідротермодинамічну чисельну модель для розрахунку негативного впливу градирень на морську воду на навколишнє середовище прибережних зон щодо проектованих об’єктів ядерної енергетики. Спочатку за стандартною гідрометеорологічною інформацією з використанням моделі прикордонного шару атмосфери області в радіусі 30 км до висоти 2 км розраховуються поля швидкості вітру, температури і вологості. Потім результати цих розрахунків використовуються як початкові значення для гідротермодинамічної 3D моделі з відтворенням особливостей течії кожної градирні та утвореного ними пароконденсатного шлейфу. На третьому етапі з використанням методу Монте-Карло з урахуванням усіх істотних ефектів їх взаємодії з навколишнім простором розраховуються траєкторії руху крапель солоної води. У результаті після статистичної обробки розраховуються усереднені за тривалий період часу поля інтенсивності осідання солей на підстилаючій поверхні.