Численное моделирование разбавления и переноса высокоминерализованных рассолов в турбулентных потоках

Автор: Любимова Татьяна Петровна, Лепихин Анатолий Павлович, Паршакова Янина Николаевна, Тиунов Алексей Александрович

Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm

Статья в выпуске: 4 т.3, 2010 года.

Бесплатный доступ

Предложена и реализована трехуровневая схема расчетов переноса и разбавления высокоминерализованных рассолов в водных объектах. На первом уровне используется одномерная гидродинамическая модель, построенная на основе системы уравнений Сен-Венана и охватывающая всю расчетную область. Результаты, полученные в рамках одномерной модели, используются при задании граничных условий в модели второго уровня, базирующейся на системе уравнений мелкой воды. Численные данные двумерной модели на втором уровне являются достаточными, если в створе начального разбавления не наблюдается значительной плотностной стратификации и допустимо, по условиям задачи, использование гидродинамических характеристик, осредненных по глубине потока. В противном случае необходимо трехмерное рассмотрение задачи. Трехмерное моделирование проведено для участка водного объекта, примыкающего к месту сброса избыточных рассолов. Рассмотрены два варианта расположения выпускного устройства. Установлено, что в случае, когда выпускное устройство находится вблизи дна, наблюдается значительная неоднородность распределения примеси по глубине. Расположение источника примеси вблизи свободной поверхности ведет к лучшему разбавлению рассолов и позволяет уменьшить накопление загрязняющих примесей в придонной области. На основании результатов трехмерных расчетов рекомендовано расположение устройств сброса высокоминерализованных тяжелых рассолов вблизи свободной поверхности.

Еще

Высокоминерализованные рассолы, турбулентный перенос примеси, одномерная модель, двумерная модель, трехмерное моделирование

Короткий адрес: https://sciup.org/14320534

IDR: 14320534   |   УДК: 532.543/.517.4

Numerical modeling of dilution and transport of highly mineralized brines in turbulent flows

A three-level scheme is suggested for the numerical simulation of transport and dilution of highly mineralized brines in water bodies. The first step involves the use of the one-dimensional hydrodynamic model based on the Sen-Venan equations, which covers the entire computational domain. The results obtained in the framework of the one-dimensional model are used to set boundary conditions for the second-level model based on the shallow water equations. Numerical data obtained in the framework of the two-dimensional model are sufficient if there is no significant density stratification at the initial dilution cross-section and if the depth-averaged characteristics are applicable to the problem conditions. In the opposite case, three-dimensional consideration is required. Three-dimensional modeling was carried out for the water body domain close to the surplus brine discharge. Two variants of the location of a discharge device are considered. It is found that in the case when the discharge device is located near the bottom, substantial non-uniformity of the pollutant distribution over the depth takes place. The location of the discharge device near the free surface results in much better dilution of brines and reduces the pollutant accumulation near the bottom. Thus, the results of three-dimensional calculations allow us to recommend the location of discharge devices for highly mineralized heavy brines near the free surface.

Еще

Список литературы Численное моделирование разбавления и переноса высокоминерализованных рассолов в турбулентных потоках

  • HEC-RAS_4.1_Release_Notes.pdf http://www.hec.usace.army.mil/software/hec-ras/documents/
  • Лепихин А.П., Перепелица Д.И., Ляхин Ю.С., Тиунов А.А. Разработка схемы оптимизации использования Юмагузинского и Нугушского гидроузлов//Водное хозяйство России. Проблемы, технологии, управление. -2009. -№ 2. -C. 34-48.
  • Математическое моделирование динамики вод в речных бассейнах, больших озерах и морских заливах. -М.: ВЦ АН СССР, 1988. -134 с.
  • Лепихин А.П., Тиунов А.А. Разработка гидродинамической модели для прогнозирования развития и распространения зон загрязнения в бассейне р. Амур//Управление водно-ресурсными системами в экстремальных условиях. Межд. конф.: Сб. докладов. Москва 3-5 июня 2008г. -C. 138-142.
  • Лепихин А.П., Перепелица Д.И., Тиунов А.А. Анализ и обоснование возможных схем защиты г. Кунгура от наводнений//Водное хозяйство России: Проблемы, технологии, управление. -2007, № 2. -C. 80-93.
  • Монин А.С., Яглом А.М. Статистическая гидромеханика: В 2-х ч. -М.: Наука, 1965. -Ч. 1. -639 с.
  • Launder B.E., Spalding D.B. Lectures in mathematical models of turbulence. -London; New York: Academic Press, 1972. -169 p