Актуальность темы диссертации.
реклама
ОТЗЫВ научного руководителя на диссертационную работу Хачунц Дианны Самвеловны «Математическое моделирование процессов переноса загрязняющих веществ в многокомпонентной воздушной среде в прибрежной зоне», представленную на соискание ученой степени кандидата физикоматаматических наук по специальности 05.13.18 – «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ» Актуальность темы диссертации. Актуальной проблемой современной физики атмосферы является математическое моделирование изменчивости газового и аэрозольного состава атмосферы, а также оценка влияния атмосферных примесей на окружающую среду. Проблема анализа, контроля и прогноза качества воздушной среды городов с интенсивными транспортными потоками является важной, от решения которой зависят здоровье и комфортные условия проживания. С теоретической и прикладной точек зрения значимыми среди задач анализа и прогноза состояния воздушной среды являются те из них, в которых учитывается многокомпонентный характер, в том числе существенное изменение влажности, наличие фазовых переходов и т.д., что особенно актуально для прибрежных городов. Диссертационная работа Хачунц Д.С. заключается в построении и исследовании математических моделей аэродинамических процессов, а также в разработке комплекса программ, предназначенных для расчета концентрации примесей в многокомпонентной воздушной среде. Новизна полученных результатов состоит в следующем: 1. Построена непрерывная двумерная математическая модель движения воздушной среды, учитывающая многокомпонентный характер среды и влияние растительного покрова. Отличительной особенностью разработанной математической модели движения воздушной среды является учет влияния растительного покрова и турбулентного перемешивания в уравнении неразрывности среды. 2. Предложены консервативные разностные схемы для модели многокомпонентной воздушной среды, учитывающие турбулентное перемешивание воздушной среды, наличие распределенных источников вещества и температуры, тангенциальное напряжение на границах раздела сред, силу Архимеда, переменную плотность, сжимаемость среды, изменение давления, наличие источников. Выполнено исследование погрешности аппроксимации, устойчивости и консервативности разработанных разностных схем. 3. Разработан комплекс программ «AeroEcology», предназначенный для расчета концентрации ЗВ и транспорта тепла и учитывающий процессы тепломассообмена в прибрежной зоне воздушной среды. 4. На основе разработанных моделей с использованием построенного комплекса программ «AeroEcology» выполнены численные эксперименты по прогнозированию распределения ЗВ в многокомпонентной воздушной среде прибрежной зоны г. Таганрога, результаты которых согласуются с натурными данными. Оценка содержания работы. Диссертационная работа содержит 157 страниц машинописного текста, включая введение, три главы, заключение, список литературы из 104 наименований, 40 рисунков, 5 таблиц. Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цели исследования, научная новизна и практическая ценность работы, основные положения, выносимые на защиту, достоверность и обоснованность научных положений диссертации, апробация работы, приведено краткое содержание разделов диссертации. В первой главе построена и исследована непрерывная математическая модель движения многокомпонентной воздушной среды, учитывающая переход воды из жидкого в газообразное состояние, турбулентный обмен, осаждение вещества, теплообмен между жидкими и газообразными состояниями и переменную плотность и температуру. Вторая глава посвящена исследованию дискретной математической модели многокомпонентной воздушной среды. Построена двумерная дискретная модель воздушной среды, транспорта ЗВ, переноса тепла за счет аэрозоли и в газообразной среде, а также задачи расчета давления. Выполнена проверка устойчивости разностных схем, предназначенных для математического моделирования транспорта ЗВ, проверенно условие применимости сеточного принципа максимума и показана устойчивость разностных схем по начальным данным и правой части. Выполнена проверка балансовых соотношений математической модели приземной аэродинамики. В третьей главе изложено описание разработанного комплекса программ для моделирования движения многокомпонентной воздушной среды, учитывающий процессы тепломассообмена в прибрежной зоне воздушной среды. Данный программный комплекс используется для расчета распространения примесей, находящихся в газообразном и аэрозольном состояниях. Программный комплекс учитывает такие физические процессы как: транспорт загрязняющих веществ и тепла; изменение коэффициента турбулентного обмена; переход воды из жидкого в газообразное состояние; осаждение вещества; изменение температуры за счет конденсации и испарения аэрозоли; турбулентное перемешивание многокомпонентной воздушной среды; теплообмен между жидкими и газообразными состояниями; наличие распределенных источников вещества и температуры; силу Архимеда; тангенциальное напряжение на границах раздела сред; переменную плотность, зависящую от концентрации загрязняющих веществ, температуры, давления; сжимаемость среды за счет: изменения температуры, испарения и конденсации жидкости, изменения давления, наличия источников. На основе разработанного комплекса программ «AeroEcology» проведен численный эксперимент по моделированию движения ЗВ от автотранспорта в районе набережной г. Таганрога. В заключении приведены основные научные результаты работы. Достоверность полученных результатов подтверждается корректным применением математически обоснованных методов, принципов программирования, устойчивостью и консервативностью дискретной модели, а также выполненным численным моделированием распределения ЗВ в многокомпонентной воздушной среде, результаты которого согласуются с натурными данными. Диссертационная работа Хачунц Д.С. построена логически верно и является завершенным научным трудом. Основные теоретические положения сопровождаются логическим обоснованием, основанным на знаниях теории разностных схем, численных методов, теории программных вычислений. К научной значимости следует отнести: - разработку и исследование математических моделей приземной аэродинамики, включающих уравнения движения по двум координатным направлениям и базирующихся на методе расщепления по физическим процессам; - разработка математической модели для расчета поля давления отличительной особенностью, которой является учет турбулентного перемешивания в уравнении расчета плотности среды; построение двумерных дискретных математических моделей приземной аэродинамики переноса влаги, аэрозоли, воды в жидком и газообразном состоянии, транспорта тепла, учитывающие влияние растительного покрова; разработку комплекса программ, учитывающий процессы тепломассообмена в прибрежной зоне воздушной среды и предназначенный для построения турбулентных потоков поля скорости движения многокомпонентной воздушной среды на сетках с высокой разрешающей способностью. Практическая ценность результатов исследований состоит в разработке моделей и комплекса программ, позволяющих прогнозировать загрязнение атмосферы в условиях наличия лесных насаждений и городской застройки от различных источников таких, как автотранспорт, промышленные предприятия, очаги возгорания и другие. Результаты математического и численного моделирования, полученные в диссертации, могут быть применены на практике для обоснования проектных решений при строительстве городских сооружений и посадке лесных насаждений. Результаты диссертационной работы внедрены в Научно-образовательном центре комплексных исследований и математического моделирования техногенных и экологических систем Южного федерального университета в г. Таганроге. Заключение Результаты и положения диссертации Хачунц Д.С. отражены в достаточной степени в девяти публикациях (и две публикации находятся в печати), из которых три опубликованы в изданиях, рекомендуемых ВАК. Основные результаты диссертационной работы докладывались на всероссийских профильных конференциях. Автореферат полностью и правильно отражает содержание диссертационной работы. Диссертационную работу Хачунц Д.С. следует квалифицировать как завершенное научное исследование. Тема и содержание диссертационной работы полностью соответствуют специальности 05.13.18 «Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ». Диссертация отвечает требованиям «Положения о порядке присуждения ученых степеней и присвоения ученых званий», действующим в РФ, а ее автор, Хачунц Дианна Самвеловна, заслуживает присуждения ученой степени кандидата физико-математических наук. Д. ф.-м. н., профессор Сухинов А. И.
