kaz29Вестник Казахстанско-Британского технического университетаHerald of the Kazakh-British Technical University1998-66882959-8109Казахстанско-Британский Технический Университет10.55452/1998-6688-2021-18-2-45-52kaz29-83Research ArticleФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИPHYSICAL, MATHEMATICAL AND TECHNICAL SCIENCESЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАССЕИВАНИЯ ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ ВОЗДУХА В РЕЗУЛЬТАТЕ ХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЙ ОТ ТЕПЛОВОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИNUMERICAL STUDY OF THE DISPERSION OF AIR POLLUTANTS AS A RESULT OF CHEMICAL REACTIONS IN A THERMAL POWER PLANThttps://orcid.org/0000-0002-1937-8615ИсаховА. А.IssakhovA. A.

050000, Алматы

Alibek Issakhov - PhD, Head of the Department of Mathematical and Computer Modeling

050000, Almaty

Alibek.issakhov@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-1048-784XАлимбекА. К.AlimbekA. K.

050000, Алматы

Aidana Alimbek - Master of technical sciences, tutor of the Scientific and Educational Center of Mathematics and Cybernetics

050000, Almaty

a.alimbek@kbtu.kzКазахский Национальный университет им. аль-Фараби; Казахстанско-Британский технический университетКазахстанAl-Farabi Kazakh National university; Kazakh-British technical universityKazakhstanКазахстанско-Британский технический университетКазахстанKazakh-British technical universityKazakhstan2021041120211824552Copyright © Исахов А.А., Алимбек А.К., 20212021Исахов А.А., Алимбек А.К.Issakhov A.A., Alimbek A.K.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.kbtu.edu.kz/jour/article/view/83

В данной статье представлены результаты, полученные путем численного моделирования распространения загрязняющих веществ, образующихся при сжигании топлива на электрической теплоэлектростанции, и их химическая реакция в атмосфере. На примере реальной теплоэлектростанции (Экибастузская ГРЭС-1), была смоделирована дисперсия NO и продукт NO2 при химической реакции с кислородом. Примечательной особенностью данной теплоэлектростанции является то, что разница между дымоходами позволяет изучить влияние высоты источника на дисперсию загрязнения. Для описания этого процесса использовались уравнения Навье – Стокса, состоящие из уравнения неразрывности и движения. Для проверки математической модели и численного алгоритма численно решались тестовые задачи. Целью данной работы было изучение уровня концентрации загрязнения на разных расстояниях от источника. В результате были определены массовые доли концентрации и продукта. Согласно полученным данным, с увеличением расстояния от источника концентрация загрязнения распространяется более широко под влиянием диффузии. Чем дальше расстояние от трубы, тем ниже концентрация вещества. В результате численного исследования полученные данные могут быть использованы для дальнейших исследований проблем, связанных с распространением загрязняющих веществ в атмосферу для реальных атмосферных условий, также могут позволить в будущем спрогнозировать оптимальное расстояние от жилых районов для строительства ТЭС, при котором концентрация выбросов будет оставаться на безопасном уровне.

This article presents the results obtained by numerical modeling of the spread of pollutants formed during the combustion of fuel at an electric thermal power plant and their chemical reaction in the atmosphere. On the example of a real thermal power plant (Ekibastuz SDPP-1), the dispersion of NO and the product of NO2 was modeled during a chemical reaction with oxygen. A notable feature of this thermal power plant is that the difference between the chimneys makes it possible to study the influence of the height of the source on the dispersion of pollution. To describe this process, the Navier - Stokes equations were used, consisting of the equation of continuity and motion. To check the mathematical model and the numerical algorithm, test problems were solved numerically. The aim of this work was to study the level of pollution concentration at different distances from the source. As a result, the mass fractions of concentration and product were determined. According to the data obtained, with increasing distance from the source, the concentration of pollution spreads more widely under the influence of diffusion. The further the distance from the pipe, the lower the concentration of the substance. As a result of a numerical study, the data obtained can be used for further studies of the problems associated with the spread of pollutants into the atmosphere for real atmospheric conditions, and can also allow in the future to predict the optimal distance from residential areas for the construction of thermal power plants, at which the concentration of emissions will remain at a safe level.

химическая реакциярассеивание загрязнителей воздухатепловая электростанцияструя в поперечном потокеосреднение Навье-Стокса по Рейнольдсу (RANS)Chemical reactionair pollutant dispersionthermal power plantjet in crossflowReynolds averaged Navier-Stokes (RANS)ReferencesH. Mayer, Air pollution in cities. Atmospheric Environment, 1999, vol. 33(24-25), pp. 4029-4037.H. Mayer, Air pollution in cities. Atmospheric Environment, 1999, vol. 33(24-25), pp. 4029-4037.R.E. Dunmore, J.R. Hopkins, R.T. Lidster, J.D. Lee, M.J. Evans, A.R. Rickard, A.C. Lewis, J.F. Hamilton, Diesel-related hydrocarbons can dominate gas phase reactive carbon in megacities. Atmospheric Chemistry and Physics, 2015, vol. 15, pp. 9983-9996.R.E. Dunmore, J.R. Hopkins, R.T. Lidster, J.D. Lee, M.J. Evans, A.R. Rickard, A.C. Lewis, J.F. Hamilton, Diesel-related hydrocarbons can dominate gas phase reactive carbon in megacities. Atmospheric Chemistry and Physics, 2015, vol. 15, pp. 9983-9996.M.Z. Jacobson, Fundamentals of Atmospheric Modeling. Cambridge University Press, New York, 2005, vol. 306, pp. 111-144.M.Z. Jacobson, Fundamentals of Atmospheric Modeling. Cambridge University Press, New York, 2005, vol. 306, pp. 111-144.Z. Wu, & Liu, C.-H. Budget analysis for reactive plume transport over idealised urban areas. Geoscience Letters, 2018, vol. 19 (2018), pp. 5(1).Z. Wu, & Liu, C.-H. Budget analysis for reactive plume transport over idealised urban areas. Geoscience Letters, 2018, vol. 19 (2018), pp. 5(1).B. Fiorina, D. Veynante, S. Candel. Modeling combustion chemistry in Large-Eddy Simulation of turbulent flames. Flow Turbulence Combust, 2014, vol. 94 (2015), pp. 3-42.B. Fiorina, D. Veynante, S. Candel. Modeling combustion chemistry in Large-Eddy Simulation of turbulent flames. Flow Turbulence Combust, 2014, vol. 94 (2015), pp. 3-42.W.J. Bloss, Atmospheric chemical processes of importance in cities. In: R.M. Harrison, R.E. Hester, (Eds.) Air Quality in Urban Environments, The Royal Society of Chemistry, Cambridge, 2009, vol. 28, pp. 42-64.W.J. Bloss, Atmospheric chemical processes of importance in cities. In: R.M. Harrison, R.E. Hester, (Eds.) Air Quality in Urban Environments, The Royal Society of Chemistry, Cambridge, 2009, vol. 28, pp. 42-64.V. Muñoz, C. Casado, S. Suárez, B. Sánchez, & J. Marugán, Photocatalytic NOx removal: Rigorous kinetic modelling and ISO standard reactor simulation. Catalysis Today, 2018, vol 326, pp. 82-93.V. Muñoz, C. Casado, S. Suárez, B. Sánchez, & J. Marugán, Photocatalytic NOx removal: Rigorous kinetic modelling and ISO standard reactor simulation. Catalysis Today, 2018, vol 326, pp. 82-93.Z. Li, H. Xu, W. Yang, M. Xu, , & F. Zhao, Numerical investigation and thermodynamic analysis of syngas production through chemical looping gasification using biomass as fuel. Fuel, 2019, vol. 246.Z. Li, H. Xu, W. Yang, M. Xu, , & F. Zhao, Numerical investigation and thermodynamic analysis of syngas production through chemical looping gasification using biomass as fuel. Fuel, 2019, vol. 246.B. Li, B. Shi, X. Zhao, K. Ma, D. Xie, D. Zhao, et al., Oxy-fuel combustion of methane in a swirl tubular flame burner under various oxygen contents: operation limits and combustion instability. Exp Therm Fluid Sci, 2018, vol. 90, pp. 115–124.B. Li, B. Shi, X. Zhao, K. Ma, D. Xie, D. Zhao, et al., Oxy-fuel combustion of methane in a swirl tubular flame burner under various oxygen contents: operation limits and combustion instability. Exp Therm Fluid Sci, 2018, vol. 90, pp. 115–124.J.H. Ferziger and M. Peric. Computational methods for fluid dynamics 3rd ed. Springer, London, 2013, pp. 426.J.H. Ferziger and M. Peric. Computational methods for fluid dynamics 3rd ed. Springer, London, 2013, pp. 426.T.J. Chung. Computational fluid dynamics, Cambridge: Cambridge University Press, 2002, pp.1012.T.J. Chung. Computational fluid dynamics, Cambridge: Cambridge University Press, 2002, pp.1012.A. Issakhov. Modeling of synthetic turbulence generation in boundary layer by using Zonal RANS/LES method. Int J Nonlinear Sci Num Simulat, 2014, vol. 15, pp.115–120.A. Issakhov. Modeling of synthetic turbulence generation in boundary layer by using Zonal RANS/LES method. Int J Nonlinear Sci Num Simulat, 2014, vol. 15, pp.115–120.S.V. Patankar, Numerical Heat Transfer and Fluid Flow. Taylor & Francis, 1980.S.V. Patankar, Numerical Heat Transfer and Fluid Flow. Taylor & Francis, 1980.R.M. Keimasi, M. Tacibi-Rahni, Numerical Simulation of Jets in a Crossflow Using Different Turbulence Model. AIAA Journal, 2001, vol. 39(12), pp. 2268-2277.R.M. Keimasi, M. Tacibi-Rahni, Numerical Simulation of Jets in a Crossflow Using Different Turbulence Model. AIAA Journal, 2001, vol. 39(12), pp. 2268-2277.P. Ajersch, J. M. Zhou, S. Ketler, M. Salcudean, and I. S. Gartshore, Multiple Jets in a Cross flow: Detailed Measurements and Numerical Simulations. International Gas Turbine and Aeroengine Congress and Exposition, ASME Paper 95-GT-9, Houston, TX, 1995, pp. 1–16.P. Ajersch, J. M. Zhou, S. Ketler, M. Salcudean, and I. S. Gartshore, Multiple Jets in a Cross flow: Detailed Measurements and Numerical Simulations. International Gas Turbine and Aeroengine Congress and Exposition, ASME Paper 95-GT-9, Houston, TX, 1995, pp. 1–16.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.