vestniktgasuВестник Томского государственного архитектурно-строительного университетаVestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. JOURNAL of Construction and Architecture1607-18592310-0044Tomsk State University of Architecture and Building10.31675/1607-1859-2026-28-4-274-288YZRTCEvestniktgasu-2589Research ArticleЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ СТРОИТЕЛЬСТВА И ГОРОДСКОГО ХОЗЯЙСТВАЧисленное моделирование распространения загрязняющих веществ в городской средеNumerical Simulation of Pollutant Distribution in Urban EnvironmentГорячевскийО. С.GoryachevskyO. S.

Олег Сергеевич Горячевский, канд. техн. наук, заместитель директора НОЦ

НОЦ КМ им. А.Б. Золотова

129337; Ярославское шоссе, 26; Москва

Oleg S. Goryachevsky, PhD, A/Professor, Deputy Director at A.B. Zolotov REC

A.B. Zolotov REC CM

129337; 26, Yaroslavskoye Road; Moscow

osgoryachevskij@mail.ruЛиповцеваЕ. Ю.LipovtsevaE. Yu.

Елизавета Юрьевна Липовцева, студентка

129337; Ярославское шоссе, 26; Москва

Elizaveta Yu. Lipovtseva, Student

129337; 26, Yaroslavskoye Road; Moscow

elizaveta.lipovtseva@yandex.ruНациональный исследовательский Московский государственный строительный университетРоссияNational Research Moscow State University of Civil EngineeringRussian Federation202602092026284274288Copyright © Горячевский О.С., Липовцева Е.Ю., 20262026Горячевский О.С., Липовцева Е.Ю.Goryachevsky O.S., Lipovtseva E.Y.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestnik.tsuab.ru/jour/article/view/2589   Актуальность

   Актуальность. Неблагоприятная экологическая обстановка в промышленных регионах требует развития прикладных методов оценки воздействия промышленных выбросов на окружающую среду.

   Цель

   Цель. Разработка методики численного моделирования распространения загрязняющих веществ в городской застройке.

   Методы

   Методы. Численное моделирование проводилось в ПК ANSYS Fluent в стационарной постановке с использованием модели переноса химических веществ Species Transport, реализующей смешивание и перенос химических веществ за счет решения уравнений переноса концентрации вещества по гипотезе градиентной диффузии. Валидация модели проводилась на классической задаче о перемешивании веществ в трубе в двумерной и трехмерной постановках.

   Результаты

   Результаты. Разработана методика численного моделирования распространения загрязняющих веществ в городской среде. Методика апробирована на задаче исследования рассеивания выбросов диоксида азота (NO2) и диоксида серы (SO2) из труб цементного завода для пяти направлений ветра. Продемонстрированы практические возможности разработанной методики, включающие: визуализацию характера рассеивания загрязняющих веществ от места их выброса, оценку уровня концентрации каждого вещества в выбранной области и выявление областей превышения предельно допустимых концентраций (ПДК). В данной постановке характер рассеивания веществ представлял собой полосы, расширяющиеся по мере удаления от источников выбросов. При заданных массовых долях и объемах выбросов превышения ПДК для NO2 и SO2 составили 7,9 и 8,9 раза соответственно.

   Выводы

   Выводы. Разработанная численная методика в среде ANSYS Fluent показала свою эффективность и информативность при анализе экологической обстановки в городской застройке. Для повышения достоверности результатов необходимы точные, официально подтвержденные данные о качественном и количественном составе выбросов промышленного предприятия, а также учет большего числа факторов, влияющих на концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе.

   The complex environmental situation in industrial regions requires the development of applied methods to assess the impact of industrial emissions on the environment.

   Purpose

   Purpose: Development of numerical simulation methods of pollutant distribution in urban environment.

   Methodology

   Methodology: Steady-state numerical simulation is performed in Ansys Fluent using the Species Transport model, which simulates mixing and transport of chemical substances by solving equations of concentration transport under the gradient diffusion hypothesis. The model is validated against classic 2D and 3D cases of substances mixing in a pipe.

   Research findings

   Research findings: Numerical simulation methods for the pollutant distribution in urban environment is developed and applied to nitrogen dioxide (NO2) and sulphur dioxide (SO2) emissions from chimneys of a cement plant in five wind directions. Practical capabilities of the developed methods are demonstrated, including clear visualization of the nature of the pollutant distribution from the point of emission, the concentration level of each substance in a selected area, and areas with exceeded maximum permissible concentrations. In this study, the distribution of substances resembles bands, which widen with increasing distance from emission sources. For the given mass fractions and emission volumes, maximum permissible concentrations for NO2 and SO2 exceed 7.9 and 8.9 times, respectively.

   Conclusions

   Conclusions: The developed numerical simulation method of the pollutant distribution used in Ansys Fluent, are effective and informative for analysing the environmental situation in urban environment. However, for greater reliability, accurate, officially verified data on the qualitative and quantitative composition of emissions from industrial facilities is required, as well as the consideration of a greater number of factors influencing the concentration of harmful substances in the atmosphere.

численное моделированиевычислительная аэродинамикавалидациязагрязняющие веществапредельно допустимая концентрацияnumerical simulationcomputational fluid dynamicsvalidationpollutantmaximum permissible concentrationReferencesСысоева, Е.В., Гельманова, М.О. Методы расчета рассеивания загрязняющих веществ в городской атмосфере // Вестник МГСУ. 2022. № 8. С. 1027–1045. DOI: 10.22227/1997-0935.2022.8.1027-1045. EDN: DZWYQYSysoeva, E.V., Gelmanova, M.O. Methods for Calculating the Pollutants Dispersion in Urban Atmosphere. Vestnik MGSU. 2022; 8: 1027–1045. DOI: 10.22227/1997-0935.2022.8.1027-1045 EDN: DZWYQY (In Russian)Равшанов, Н., Журабоева, О., Боборахимов, Б., Шарипов, Х. Моделирование распространения загрязняющих веществ в атмосфере с учетом рельефа и метеорологических условий // Проблемы вычислительной и прикладной математики. 2025. № 4 (68). С. 38–46. doi: 10.71310/pcam.4_68.2025.01Ravshanov, N., Juraboeva, O., Boborakhimov, B., Sharipov, Kh. Modeling the Pollutant Distribution in the Atmosphere, Accounting for Terrain and Meteorological Conditions. Problems of Computational and Applied Mathematics. 2025; 4(68): 38-46. DOI: 10.71310/pcam.4_68.2025.01 (In Russian)Белостоцкий, А.М., Акимов, П.А., Афанасьева, И.Н. Вычислительная аэродинамика в задачах строительства. Москва : Изд-во АСВ, 2017. 720 с.Belostotsky, A.M., Akimov, P.A., Afanasyeva, I.N. Computational Fluid Dynamics in Construction Tasks. Moscow: ASV, 2017. 720 p. (In Russian)Keshavarzian, E, Jin, R., Dong, K., Kwok, K.C.S., Zhang, Y., Zhao, M. Effect of pollutant source location on air pollutant dispersion around a high-rise building // Applied Mathematical Modelling. 2020. № 81. P. 582–602. DOI: 10.1016/j.apm.2020.01.019. EDN: GSMKWIKeshavarzian, E, Jin, R., Dong, K., Kwok, K.C.S., Zhang, Y., Zhao, M. Effect of Pollutant Source Location on Air Pollutant Dispersion Around a High-rise Building. Applied Mathematical Modelling. 2020; 81: 582–602. DOI: 10.1016/j.apm.2020.01.019. EDN: GSMKWILiu, X.P., Niu, J.L., Kwok, K.C.S., Wang, J.H., Li, B.Z. Investigation of indoor air pollutant dispersion and cross-contamination around a typical high-rise residential building: Wind tunnel tests // Building and environment. 2010. № 45 (8). С. 1769–1778. DOI: 10.1016/j.buildenv.2010.02.003Liu, X.P., Niu, J.L., Kwok, K.C.S., Wang, J.H., Li, B.Z. Investigation of Indoor Air Pollutant Dispersion and Cross-contamination Around a Typical High-rise Residential Building: Wind Tunnel Tests. Building and Environment. 2010; 45(8): 1769–1778. DOI: 10.1016/j.buildenv.2010.02.003Амосов, П.В., Бакланов, А.А., Макаров, Д.В., Маслобоев, В.А. Численное моделирование загрязнения атмосферы в подходах случайного выбора дискретных участков пыления и поинтервального распределения размера пыли // Вестник МГТУ. 2022. № 25. С. 61–73. DOI: 10.21443/1560-9278-2022-25-1-61-73. EDN: YBIHJKAmosov, P.V., Baklanov, A.A., Makarov, D.V., Masloboev, V.A. Numerical Simulation of Atmospheric Pollution in Random Selection of Discrete Dusting Sites and Interval Distribution of Dust Size. Vestnik of MSTU. 2022; 25: 61–73. DOI: 10.21443/1560-9278-2022-25-1-61-73 EDN: YBIHJK (In Russian)Zade, S., Zade, P. Dispersion modelling to assess ambient air quality impact due to carbon industry // International journal of innovative research in technology. 2025. № 12(3). P. 3774–3783.Sandeep, Z., Preeti, Z. Dispersion Simulation to Assess Ambient Air Quality Impact Due to Carbon Industry. International Journal of Innovative Research in Technology. 2025; 12(3): 3774–3783.Князев, Д.К. Проблема загрязнения атмосферного воздуха населенных пунктов Волгоградской области выбросами предприятий строительной отрасли // Вестник МГСУ. 2017. № 2 (101). С. 193–200. DOI: 10.22227/1997-0935.2017.2.193-200. EDN: YGJDYXKnyazev, D.K. Problems of Atmospheric Air Pollution in Inhabited Localities of the Volgograd Region by Emissions of Construction Industry Enterprises. Vestnik MGSU. 2017; 2(101): 193–200. DOI: 10.22227/1997-0935.2017.2.193-200 EDN: YGJDYX (In Russian)Володина, Д.А., Таловская, А.В., Язиков, Е.Г., Девятова, А.Ю., Еделев, А.В. Оценка пылеаэрозольного загрязнения в зоне влияния цементного завода на основе изучения снегового покрова (Новосибирская область) // Известия Томского политехнического университета. 2022. № 333 (10). С. 69–85. DOI: 10.18799/24131830/2022/10/3704. EDN: FVOHDLVolodina, D.A., Talovskaya, A.V., Yazikov, E.G., Devyatova, A.Yu., Edelev, A.V. Assessment of Dust-Aerosol Pollution in the Area of Cement Plant Influence Based on the Snow Cover (Novosibirsk Region). Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. 2022; 333(10): 69–85. DOI: 10.18799/24131830/2022/10/3704 EDN: FVOHDL (In Russian)Володина, Д.А. Цементный завод как источник пылеаэрозольного загрязнения атмосферы // Творчество юных – Шаг в успешное будущее : материалы VIII Всероссийской научной студенческой конференции с элементами научной школы имени профессора М.К. Коровина, Томск, 23–27 ноября 2015 г. Томск : Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ), 2015. С. 135–137.Volodina, D.A. Cement Plant as a Source of Dust-aerosol Pollution of the Atmosphere. In: Proc. 8<sup>th</sup> All-Russ. Sci. Conf. ‘Young Creativity – A Step to a Successful Future’, Tomsk, 2015. Pp. 135–137. (In Russian)Schefer, R.W., Dibbl, R.W. Simultaneous measurements of velocity and density in a turbulent non-premixed flame // AIAA Journal. 1985. № 23 (7). С. 1070–1078. doi: 10.2514/3.9039Schefer, R.W., Dibbl, R.W. Simultaneous Measurements of Velocity and Density in a Turbulent Non-premixed Flame. AIAA Journal. 1985; 23(7): 1070–1078. doi: 10.2514/3.9039Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям «ИТС 6-2024 Производство цемента». Москва : Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт), 2024. 298 с.Information and Technical Directory on Best Available Techniques "ITS 6-2024 Manufacture of cement" N 2231, 16.09.2024. Federal Agency on Technical Regulating and Metrology (Rosstandart). 2024. 298 p. (In Russian)Завод в цифрах // Себряковцемент. URL: https://sebcement.ru/proizvodstvo/zavod-v-cifrakh/ (дата обращения: 15. 04. 2024).The plant in numbers. Available: https://sebcement.ru/proizvodstvo/zavod-v-cifrakh/ (accessed April 15, 2024) (In Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.