Методическое пособие 753

личивается со временем антициклоническая или уменьшается циклоническая кривизна изотерм. Наиболее благоприятные условия для циклогенеза создается во фронтальных зонах.

Опыт показывает, что возникновение циклонов действительно связанное высотными фронтальными зонами, а также со струйными течениями. При этом развивающийся циклон зарождается обычно на антициклонической стороне струйного течения и лишь в процессе дальнейшего развития переходит на циклоническую сторону.

На следующем этапе, для создания автоматизированного алгоритма прогнозирования эволюции барических образований был проведен физико-статистический анализ зависимости изменения давления в центре антициклона (циклона) с предикторами, характеризующими циркуляционные условия в атмосфере и активность Солнца, причем значения предлагаемых предикторов определялись в момент составления прогноза (t0) и 24 часа назад (t(-24)). В качестве предикторов целесообразно использовать следующие величины, рассчитываемые по формулам 1 – 5:

1. Изменение лапласиана давления у Земли в момент прогнозирования и 24 часа назад(Р), (гПа) с шагом 500х500 км:

				( P) P( 24) P(0) ,					(1)
где,	P( 24)			и P(0) - значение лапласиана давления у Земли в момент прогнозирования и
24 ч назад.
		Значение лапласиана давления вычисляется по формуле (2):
				P P P P P 4P ,					(2)
				1	2	3	4	0
где,	P , P , P , P – давление в четырех точках на периферии циклона; P								– давление в центре
	1	2	3	4				0
антициклона.
		2. Изменение контраста геопотенциала на ОТ 500/1000 , G , (гПа/1000км):
				G G( 24) G(0)			,		(3)
где G( 24) и G(0) - контраст геопотенциала на ОТ 500/1000, (гПа/1000км)									в момент прогнози-
рования и 24 ч назад.
		3. Изменение геопотенциала на ОТ 500/1000				H т , в тылу антициклона (адвекция те-
пла):
				H т H т (-24)	Hт(0)		,		(4)
где, Hт( 24) и Hт(0) - значение геопотенциала на ОТ 500/1000 в тылу антициклона в момент
прогнозирования и 24 ч назад.
		4. Изменение геопотенциала на ОТ 500/1000 H х , в передней части антициклона (ад-
векция холода):
				H х H х( 24) H х(0)			,		(5)
где,	H х( 24)			и H х(0) - значение геопотенциала на ОТ 500/1000 в передней части антици-
клона в момент прогнозирования и 24 ч назад.
		5. Среднее значение числа Вольфа за предшествующие 3 дня (W).
		По результатам расчета коэффициентов корреляции и корреляционных отношений с

использованием программ статистического анализа, сделаны выводы о достаточно тесной линейной связи, то есть общий вид прогностического уравнения регрессии принимает вид:

P a0 a1x1 a2 x2 a3 x3 a4 x4 ... ,	(6)
где ∆P - изменение давления в центре антициклона, (Гпа);	a 0 , a 1 , a 2 , a 3 - коэффициенты

уравнения множественной регрессии; x1 , x2 , x3 - предикторы уравнения множественной регрессии.

111

Далее, с использованием программы Ststistica получены уравнения регрессии для случаев прогнозирования эволюции антициклонов, находящихся в начальных стадиях развития. Уравнение имеет вид:

P 2,18 0,17 ( P) 0,16 G 0,88 H Х 0,034 HT 0,038W ,

(7)

Вид уравнения регрессии после нахождения коэффициентов множественной регрессии для стадии максимального развития антициклона, имеет вид:

P 2,51 0,186 ( P) 0,011 G 0,58 H Х 0,32 HT 0,083W .

(8)

Проверка качества полученных уравнений (формулы 7 и 8) на независимом материале показала увеличение точности прогнозирования изменения давления в центре барического образования на 5-7 % по сравнению с классическими методами, используемыми в практике синоптического анализа. На основе проведенных исследований создан программный продукт, позволяющий определять изменение давления в центре антициклона на начальных стадиях антициклона и на стадиях максимального развития антициклона. Для входа в программу необходимо запустить приложение «Прогноз эволюции антициклона» после чего появляется главное меню программы, представленное на рис. 1. В главном меню есть возможность выбора прогноза эволюции антициклона на начальной стадии развития и максимальной стадии развития антициклона. При переходе к прогнозу эволюции антициклона на начальной стадии развития (рис. 2) необходимо заполнить пустые поля предикторов на вчера и сегодня. Пояснение переменных, а также размерность приведены в нижней части экрана. С помощью кнопки «Произвести расчѐт» на экран выводится прогноз изменения давления в центре антициклона на сутки. При переходе к прогнозу эволюции антициклона на максимальной стадии развития (рис. 3) помимо прогноза изменения давления антициклона на сутки представляется возможным спрогнозировать регенерацию антициклона после начавшегося его заполнения. При ожидаемой регенерации на экране появляется слово «ДА», при ожидании отсутствия регенерации – «НЕТ».

Таким образом, на основании проведенных исследований можно сделать вывод о целесообразности прогнозирования процессов эволюции барических образований на основе использования данных о циркуляционных условиях в тропосфере и активности Солнца.

Рассмотренный программный продукт зарегистрирован фонде алгоритмов и программ ВУНЦ ВВС «ВВА имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж)

112

Рис. 1. Главное меню программы

Рис. 2. Окно программы для прогнозирования изменения давления в центре антициклона, находящегося на начальных стадиях развития

113

Рис. 3. Окно программы для прогнозирования изменения давления в центре антициклона, находящегося на максимальной стадии развития

Литература

1.Витинский Ю.В. Солнечная активность. - М.: Наука, Главная редакция физикоматематической литературы, 1983. - 192 с.

2.Сидоренков Н.С. Приливные колебания атмосферной циркуляции // Труды Гидрометцентра России, 2000. Вып. 331. С. 49 – 63.

ФГКВОУ ВПО «Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военновоздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж)

A.B. Martyashkin, D.A. Surkov, A.I. Finerov

SCIENTIFIC AND METHODOLOGICAL APPARATUS OF THE THEORY DETERMINISTIC CHAOS IN THE FORECAST OF CONVECTION WEATHER

Shown approach to building the fundamentals of the scientific-methodical apparatus of the numerical solution of a system of Lorentz equations, showing the phenomenon of deterministic chaos and allowing to reveal features of the evolution threat to aviation vertical development clouds

Key words: weather conditions, deterministic chaos, aviation task, convective cell, vertical development clouds

Federal State Official Military Educational Institution of Higher Professional Education Military Educational Research Centre of Air Force «Air Force Academy named after professor

N.E. Zhukovsky and Yu.A. Gagarin» (Voronezh)

114

СЕКЦИЯ 3. ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ, ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД И ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ. МАЛООТХОДНЫЕ И БЕЗОТХОДНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОИЗВОДСТВА. ФИЗИЧЕСКИЙ И ХИМИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ НАД СОСТОЯНИЕМ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

УДК 551.58

Е.Е. Яковлева, В.И. Лукьяненко

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЗАГРЯЗНЕНИЯ ДИЗЕЛЬНЫМ ТОПЛИВОМ ТАЛЫХ И МЕРЗЛЫХ ГРУНТОВ

Определили значение теплопроводности, удельную теплоемкость в зависимости от вида грунта, влажности и концентрации загрязнения. Они используются для математического моделирования тепловых процессов, протекающих в грунтах загрязненных нефтепродуктов

Ключевые слова: дизельное топливо, теплофизические свойства, загрязнение грунтов

Загрязнение нефтью и нефтепродуктами грунтов в талом состоянии может изменить их тепловой режим. Нефтепродукты во влажной пористой среде, как правило, практически не смешиваются с водой из-за неспособности образовать водородные связи и присутствуют в виде разрозненных капель, окруженных водными пленками. Сложность процесса переноса тепла обусловлена, во-первых, тем, что теплопроводящие свойства компонента, из которых состоит грунт, во-вторых, в дисперсной системе такой, какой являются грунты со своеобразной структурой парового пространства, передача тепла происходит конвективным и лучистым теплообменом.

Зависимость теплофизических свойств компонент, слагающих загрязненную нефтепродуктами дисперсионную среду от температуры неоднозначная. Так, с повышением температуры теплопроводность нефтепродуктов и породообразующих минералов уменьшается, а воды увеличивается. Теплоемкость воды с повышением температуры падает, а нефтепродуктов и породообразующих минералов возрастает. Экспериментальное исследование тепловых свойств грунтов, загрязненных нефтепродуктами, позволит создать базу данных для математического моделирования процессов теплопереноса в них. Определение теплопроводности и теплоемкости влажных грунтов, загрязненных дизельным топливом марки Л-0,2-40, плотность 813 кг/м, теплопроводностью 0,12 Вт/кг·К при естественных температурах проводили комплексным методом непрерывным вводом тепла. В качестве объектов исследований были взяты песок, суглинок и супесь [1-5].

На рис. 1 приведены зависимости теплопроводности чистого и загрязненного песка плотностью 1570 кг/м3 от влажности в талом состоянии. Аналогичные зависимости построены для образцов супеси и суглинка, которые представлены на рис. 2, 3. Загрязнение песка в талом состоянии способствует переносу тепла. В мерзлом состоянии теплопроводность загрязненного песка так же выше по сравнению с незагрязненным песком. Уменьшение теплопроводности при промерзании загрязнения дизельным топливом песка при влажности, близкой к полному заполнению пор, можно объяснить увеличение агрегации льда. Дизельное топливо имеет низкую температуру застывания, и как показывают результаты других исследований, при промерзании загрязнение этим видом нефтепродуктов грунтов происходит усиление сегрегации льда с изменением криогенной структуры. Закономерность характера поведения теплоѐмкости загрязненного песка от влажности в талом состоянии соответствует таковому в отсутствии загрязнения. Как видно из графиков, объемная теплоемкость загрязненного песка увеличивается с ростом концентрации загрязнения (рис. 4).

115

Рис. 1. Зависимость коэффициента теплопроводности песка при разных степенях загрязнения от влажности

Рис. 2. Зависимость коэффициента теплопроводности супеси при разных степенях загрязнения от влажности: ▲- z - 0 %; z - 5 %; ○ – z - 10 %; z - 15 %

Рис. 3. Зависимость коэффициента теплопроводности суглинка при разных степенях загрязнения от влажности: ▲- z - 0 %; z - 5 %; ○ – z - 10 %; z - 15 %

116

Рис. 4. Зависимость объемной теплоемкостипеска при разных степенях загрязнения от влажности ▲- z - 0 %; – z - 5 %; × – z - 10 %; ○ – z - 15 %

Рис. 5. Зависимость объемной теплоемкости талой супеси при разных степенях загрязнения от влажности ▲- z-0 %; – z - 5 %; × – z - 10 %; ○ – z - 15 %

Рис. 6. Зависимость объемной теплоемкости талого суглинка при разных степенях загрязнения от влажности ▲- z-0 %; – z-5 %; × – z-10 %; ○ - z-15 %

117

Рис. 7. Температурная зависимость эффективной объемной теплоемкости песка для различных значений загрязнений

На рис. 5, 6 показаны зависимости объемной теплоемкости талой супеси и суглинка при разных степенях загрязнения от влажности. Увеличение объемной теплоемкости с ростом степени загрязнения наблюдается и в этих типах грунта. На рис. 7 показана температурная зависимость эффективной объемной теплоемкости песка для различных значений загрязнений. Такие же зависимости были получены для супеси и суглинка.

Выводы: получены экспериментальные данные по теплопроводности и объемной теплоемкости различных грунтов, загрязненных дизельным топливом, в зависимости от влажности. Установлено:

1.При загрязнении в песке, суглинке и супеси при неполном влагосодержании теплопроводность увеличивается. Влияние загрязнения на теплопроводность происходит во всем диапазоне концентрации окислителя.

2.Загрязнение образцов грунта увеличивает значения объемной теплоемкости, причем это увеличение происходит пропорционально росту концентрации загрязнителя.

Литература

1.Лыков А. В. Теория теплопроводности. [Текст] : учеб. пособие / Лыков А. В. : Научная книга, 1967 - 600 с.

2.Егер Д. Теплопроводность твердых тел. [Текст] : учеб. пособие / А. А. Померанцев.

–2-е изд., перераб. и доп. – М.: Наука, 1964. — 488 с.

3.Варгафик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. [Текст] : учеб.пособие / Н. Б. Варгафик. - 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Наука, 1972 –720 с.

4.Чудновский А.Ф. Теплофизические характеристики дисперсионных материалов. [Текст] : учеб.пособие / А. Ф. Чудновский : Физматгиз, 1962 – 456 с.

5.Ананьева Г. В., Дроздов Д. С., Инстанес А., Чувилин Е. М. Нефтяное загрязнение слоя сезонного оттаивания и верхних горизонтов многолетне-мерзлых пород на опытной площадке &laquo-мыс Болванский&raquo- в устье р. Печора //Криосфера Земли, 2003, т. VII, № 1. С. 49−59.

ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет

E.E. Yakovleva, V.I. Lukyanenko

118

THERMOPHYSICAL PROPERTIES OF DIESEL FUEL CONTAMINATION

OF THAWED AND FROZEN SOILS

Cited the results of experimental studies of thermal properties of thawed and frozen soils (sand, sandy loam, loam). Determine the value of thermal conductivity, specific heat, depending on the type of soil, humidity and contaminant concentrations. They are used for mathematical modeling of thermal processes occurring in soils contaminated with oil products

Key words: diesel fuel, thermal properties, pollution of soils

Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education

«Voronezh State Technical University»

УДК 628.511

Е.А. Соловьева1, Д.И. Иосифова2

ОЧИСТКА ГАЗОВЫХ ВЫБРОСОВ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ ОПРЕДЕЛЕННЫХ НАПРАВЛЕНИЙ

В данной статье описаны различные технологии очистки газовых выбросов на предприятиях определенных направлений, раскрыт вопрос современных направлений экологии в сфере экологической безопасности биосферы

Ключевые слова: окружающая среда, промышленные отходы, вредные примеси, промышленные выбросы

Природа изначально создавала сложнейшие комбинации действий, поддерживающие экологическое равновесие в биосфере. Однако с приходом в этот мир человека все стало иначе – деятельность, связанная с развитием человеческого сообщества наносит непоправимый вред состоянию окружающей среды. Радикальные изменения мы можем заметить с конца девятнадцатого века – это время ознаменовано промышленной революцией и резким повышением производств различных типов. Индустриальное воздействие человека на природу уже приводит к непоправимому изменению характера экосистем, что отрицательно сказывается на всех живых организмах Земли.

Индустриализация задает свои тенденции для «мозгового штурма» экологов – появилась масса вопросов, проблем и задач, решение которых предстоит найти. Самой важной является проблема утилизации различных промышленных отходов. И если об утилизации и очистке сточных вод и механического мусора, об органических отходах сельского хозяйства и промышленности сказано более чем достаточно, то об очистке газовых выбросов предприятий информации и изданий не так много, хотя это наиболее остро стоящий вопрос. Экологи всего мира давно утверждают, что содержание кислорода в воздухе понижается, а процент тяжелых металлов и углерода напротив, увеличивается [1-4].

В данный момент существует острая необходимость внедрения различных способов обезвреживания вредных веществ, попадающих в атмосферу с газовыми выбросами. Существует ряд аспектов, связанных с этим вопросом. Метод очистки может быть выбран исходя из нескольких факторов, таких как количество вредного вещества в выбросах, состав загрязняющих веществ, возможности дальнейшей утилизации после очистки выбросов, и даже специфики производства. Все вредные примеси в промышленных выбросах можно представить в виде классификации (таблица).

Аэрозоли – взвешенные твердые частицы различного происхождения, в том числе и жидкости (туман). Пыль - это дисперсная система, которая содержит относительно крупные частицы в сравнении с дымом или туманом. Пыль образуется при гордых разработках и переработках минералов, при создании строительных материалов и удобрений. Дым – аэродисперсная система с очень мелкими частицами и достаточно малой скоростью осаждения при нормальных условиях. В основном дымы образуются при сжигании различных видов топлива – бензина, угля, древесины, и в результате химических реакций.

119

Классификация вредных примесей в промышленных выбросах

Главная задача очистки газовых выбросов состоит в доведении содержания вредных примесей в выбросах до предельно допустимых значений.

Как говорилось выше, существуют различные способы очистки газов от вредных примесей:

-Абсорбция (физическая, хемосорбция);

-Адсорбция;

-Конденсация (каталитическая, термическая);

-Компримирование.

Очистку газов методом абсорбции можно разделить по следующим признакам:

-Абсорбируемый компонент;

-Конструктивный тип абсорбционной температуры;

-Тип применяемого абсорбента;

-Вид организации процесса – периодический или непрерывный;

-Характер течения процесса – с циркуляцией газа или без нее;

-Улавливаемые компоненты – с рекуперацией или без нее;

-Использование абсорбента – циклическое или не циклическое (с возвращением абсорбента в цикл и без него).

Ознакомившись с признаками данного вида очистки, мы можем говорить о его рентабельности вследствие высокой вариативности. Как говорилось выше, эффективность методов очистки газовых выбросов можно оценить по тому, насколько этот метод вариативен и может ли он подойти для реализации на самых различных производствах. Подобные выводы производители делают на основе результатов технико-экономических отчетов. В данном случае гибкость метода очевидна.

Метод адсорбции – поглощение примесей пористыми телами – адсорбентами. Данный метод используют для удаления газо- и парообразных примесей. У данного направления есть один существенный недостаток – невозможность очистки запыленных газов, что делает адсорбцию малопопулярным направлением.

Каталитический метод очистки достаточно сложен в реализации и применим в строгих условиях состава выброса, так как основан на превращении токсических веществ в нетоксические посредством химической реакции, происходящей на поверхности твердых катализаторов. Газы, которые подвергают очистке, не должны содержать пыли. Данный метод можно применять в комплексе с абсорбцией циркуляционного вида для наименьших затрат реагента.

Конденсация в случае очистки газов – явление уменьшения давления насыщенного пара растворителя при понижении температуры. Метод достаточно необычен в сравнении с вышеописанными, так как имеет совершенно иной принцип действия. Смесь паров с воздухом охлаждают в теплообменной установке, а затем производят конденсацию. Есть большая проблема – содержание паров летучих растворителей обычно превышает нижний рубеж взрываемости, и это делает данный метод достаточно опасным. Стоит также упомянуть о

120