Исследование залпового выноса примеси при взаимодействии потока и дна в процессе течения реки
Автор: Янина Николаевна Паршакова
Организация: Институт механики сплошных сред УрО РАН
В процессе химического производства, в том числе минеральных удобрений возникает необходимость утилизации избыточных высокоминерализованных рассолов. Основным средством утилизации рассолов является сброс в поверхностные водные объекты или подземные водоносные горизонты. При этом при распространении насыщенного рассола в поверхностных водных объектах, происходит аккумуляция солей в грунтовых водах речного дна. Накопленные примеси в водоносном слое дна реки, безопасные при малых и средних расходах, с увеличением интенсивности течения реки в период половодья становятся интенсивным источником загрязнения, существенно органичивающим режим водопользования.
Работа посвящена трехмерному численному моделированию выноса примеси из дна реки. Расчетная область состояла из массива жидкости (реки), распространяющейся над пористой средой (дно реки). Проведены расчеты выноса, накопленных загрязнений в зависимости от гидрологического режима водоема-приемника. Численное моделирование транспорта примеси в двухслойной системе жидкость – пористая среда, насыщенная жидкостью, проводилось для параметров максимально приближенных к описанию течения, возникающего в естественных водных объектах. Промоделировано дальнейшее распространение шлейфа загрязняющих веществ.
Трехмерное численное моделирование турбулентных течений и массопереноса проводилось с использованием k-omega модели турбулентности с учетом плотностной стратификации, возникающей из-за наличия «тяжелых» примесей. Для дискретизации определяющих уравнений и граничных условий использовался метод конечных объемов.
Верхняя граница области, соответствующая свободной поверхности жидкости, считалась недеформируемой; на ней ставились условия отсутствия нормальной компоненты скорости и касательных напряжений, а также условие отсутствия потока примеси. На нижней и боковых границах расчетной области выполнялись условия равенства нулю производной скорости по нормали и отсутствия потока примеси. На входе расчетной области задавалась постоянная скорость течения и постоянная концентрация примеси. На выходе расчетной ставились «мягкие» граничные условия продолжения потока. На прочих границах задавались условия прилипания, и границы считались непроницаемыми для вещества. Для пространственной дискретизации уравнений использовалась схема второго порядка точности. Временная эволюция моделировалась по явной схеме второго порядка. Начальное распределение по глубине полагалось однородным. В результате проведения вычислений получены распределения концентрации рассола по глубине, получены критические параметры потока, при которых происходит залповый вынос загрязнений, исследован дальнейший характер распространения примеси.
