Моделювання та вимірювання концентрацій NOx у струмені газів від авіадвигуна за експлуатаційних умов на території аеродрому

Oleksandr Zaporozhets, Kateryna Synylo

Анотація


Мета: Забруднення повітря аеропортів є актуальною проблемою через зростання обсягів авіаційних перевезень щорічно на 5%, а також у зв’язку із дедалі більшим наближенням житлових районів до аеропортів (зокрема для таких аеропортів України, як Київ («Жуляни»), Львів, Одеса, Харків, Донецьк, Запоріжжя. Аналіз результатів інвентаризації джерел викидів забруднюючих речовин (ЗР) у головних аеропортах Європи та України вказує на домінантність викидів ЗР від авіаційних двигунів (АД) у зоні аеропорту. Для успішного розв’язання зазначеної екологічної проблеми необхідно організувати контроль емісії ЗР від АД налагодженням системи інструментального моніторингу та розрахункових моделей забруднення повітря в межах та на прилеглих територіях аеропорту. Методи: Вимірювання NOx концентрацій у струмені газів від авіадвигунів було виконано на базі хемілюмінесцентного методу за реальних експлуатаційних умов (руління, приземлення, розбіг уздовж злітно-посадкової смуги та зліт повітряного судна) у межах міжнародного аеропорту «Бориспіль». Розрахунок NOx концентрацій було виконано за комплексною моделлю PolEmiCa з урахуванням процесів переносу та розбавлення домішок ЗР струменем газів від АД та вихровою пеленою від крила повітряного судна. Результати: Представлено результати вдосконалення комплексної моделі PolEmiCa за рахунок урахування впливу параметрів струменя (висота спливання, дисперсія меж та далекобійність), земної поверхні та вихрової пелени від крила на процеси переносу та розбавлення домішок забруднюючих речовин у викидах авіадвигунів. Наведено результати перевірки достовірності вдосконаленої комплексної моделі PolEmiCa на підставі результатів експериментального дослідження в межах міжнародного аеропорту «Бориспіль».

Отже, запропонований комбінований підхід інструментального моніторингу з розрахунковими моделями забезпечує точніше виявлення та визначення складової емісії АД у локальному та регіональному забрудненні атмосферного повітря у межах та на околиці аеропорту. Так, розрахункові моделі надають обґрунтування для схеми розміщення станцій інструментального моніторингу з метою виявлення максимальної концентрації, яка формується в струмені від кожного АД досліджуваного повітряного судна.

Ключові слова


інвентаризації авіаційних двигунів; індекс емісії; кінцевий вихор від крила; моніторинг забруднення повітря; моделювання забруднення атмосферного повітря; струмінь газів; емісія авіаційних двигунів

Посилання


FAA (2015) Aviation Emissions, Impacts & Mitigation A Primer, 42 pp., Washington

Eurocontrol Statics@Forecast Services, Long Term Forecast of Flights (2004-2025). –Brussels: ESS, 2004.

Garnier F. Modelling exhaust plume mixing in the near field of an aircraft / Garnier F., Brunet S., Jasquin L. // Annales Geophysicae. 1997, №15, P. 1466-1477.

Hoshizaki H., Anderson L. B., Conti R. J., Farlow N., Meyer J. W., Overcamp T., Redler K. O. and Watson V., in: CIAP Monograph 3, The stratosphere perturbed by propulsion effluents, Final ReportDOT-TST-75-53, U.S. Department of Transportation, Washington D.C., 1975.

Miake-Lye R. C., Brown R. C., Kolb C. E. Plume and wake dynamics, mixing and chemistry behind a high speed civil transport aircraft, J. Aircraft 30 (1993) 467-479.

Dürbeck T. and Gerz T. Large-eddy simulation of aircraft exhaust plumes in the free atmosphere: Effective diffusivities and cross-sections. Geophysical Journal research. 1995, Vol. 22, P. 3203-3206.

Dürbeck T. and Gerz T. Transport and effective diffusion of aircraft emissions. Geophysical Journal research. 1998, Vol. 103, P. 25905-25913.

Cure S., 2007 Interaction between the engine exhaust and the wing trailing vortex system – Cranfield University, 101 p.

Brunet S., Garnier F. Numerical / experimental simulation of exhaust jet mixing in wake vortex, AIAA paper 1999-3418 (1999).

Adib J. 2006 Interaction between the wing trailing vortex and the engine plume – Cranfield University, 87 pg.

Chan T.L., Dong G., Leung C.W., Cheung C.S., Hung W.T. Validation of a 2D Pollutant Dispersion Model in an Isolated Street Canyon. – Atmospheric Environment. 2002., №36, P. 861-872.

Harvey, J. K. & Perry, F. J. Flowfield produced by trailing vortices in the vicinity of the ground. – AIAA J. – 1971. – №9(8) – P. 1659-1660.

Atias, M., Weihs, D. Motion of aircraft trailing vortices near the ground. – J. Aircraft. – 1984. – №21(10). – P. 783-786.

Spalart P. R., Strelets M. K., Tra vin A. K., & Shur M. L. Modeling the Interaction of a Vortex Pair with the Ground. – Fluid Dynamic. 2001, № 36(6), P. 899-908.

Aloysius Syoginus S., Wrobel Luiz C. ALAQS–CFD Comparison of Buoyant Free and Wall Turbulent Jets// School of Engineering & Design Brunel University. UK, 2007, 58 p.

Aloysius Syoginus S., Wrobel Luiz C., Pearce D. ALAQS–Comparison of CFD and Lagrangian Dispersion Methods – Simple Scenario during Take-off // School of Engineering & Design Brunel University. – UK, 2007. – 32 p.

Zaporozhets O. POLEMICA – tool for air pollution and aircraft engine emission assessment in airport / O. Zaporozhets, K. Synylo // The Second World Congress “Aviation in the XXI-st century”. – Кyiv: National Aviation University, 2005, P. 4.22–4.28.

Zaporozhets O. Modelling and measurement of aircraft engine emissions inside the airport area / O. Zaporozhets, K. Synylo, P. Wiesen, R. Kurtenbach // The Sixth World Congress "Aviation in the XXI-st century. – Кyiv: National Aviation University, 2014, V.2, P.5.2.24-5.2.30.

Zaporozhets O. PolEmiCA Local Air Quality Model Evaluation. К., 2015, P. 29.12 – 29.15.

Zaporozhets O. Modelling and measurement of aircraft engine emissions inside the airport area. Proceedings of the NAU, 2015, № 2, P. 65–71.


Повний текст: PDF

Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.


ISSN 2306-1472 (Online), ISSN 1813-1166 (Print)

Передплатний індекс 86179

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Unported License.

Ulrich's Periodicals DirectoryIndex CopernicusDOAJSSMРИНЦWorldCatCASEBSCOCrossRefBASEDRIVERНаціональна бібліотека ім. ВернадськогоНауково-технічна бібліотека НАУ