Второй этап

Особенности протекания второго этапа рассматриваемого процесса, то есть распространение опасных потоков, обусловлены как перечисленными только что факторами, так и спецификой пространства, заполняемого веществом или находящегося между источником энергии и подверженным ее воздействию объектом. Чаще всего это пространство может быть трехмерным (атмосфера, водоем, почва), иметь заполнение — неоднородное или однородное, неподвижное или подвижное (несущую среду), обладать фактически бесконечными размерами или ограничиваться другой средой, способной поглощать или отражать потоки энергии или вещества.

С учетом данного обстоятельства возможны различные сочетания существенных для процессов энергомассообмена и потокообразования факторов, приводящих к различным сценариям, начиная с растекания жидких веществ по твердой поверхности и завершая заполнением всего пространства смесью аэрозоли, газа и/или жидкости.

Рассмотрим, например, сценарии, связанные с распространением химических веществ в воздушной среде. Сложность модели здесь может быть различна, и это во многом зависит от принятых допущений. В частности, возможны следующие варианты постановки задачи.

1. Принимается допущение о неподвижности атмосферы. В этом случае можно выделить основные особенности распространения газообразных веществ. Они проявляются обычно в образовании либо облака (для залпового выброса газов) либо шлейфа (для их непрерывного истечения), которые затем ведут себя соответственно следующим образом:

а) стелятся над поверхностью или постепенно приближаются к ней (тяжелые газы);

б) касаются земли или распространяются параллельно поверхности (газы, плотность которых близка к плотности воздуха;

в) поднимаются в виде гриба или расширяющегося конуса, поперечные сечения которых называются «термиками» («термик» - интенсивно перемешиваемое образование с поднимающими легкими потоками внутри и опускающимися из-за охлаждения более плотными окружающими газами (легкие газы).

2. Учитывается подвижность атмосферы как несущей среды и характер подстилающей ее поверхности.

Подвижность атмосферы характеризуется скоростью ветра ux, скоростью переноса vх, вертикальной устойчивостью.

Характер подстилающей поверхности обусловлен рельефом местности, шероховатостью поверхности.

Этих факторы слегка видоизменяют процесс распространения облака.

Обычно это приводит к дрейфу шлейфа или облака атмосфере с постепенным изменением их высоты и формы примерно так, как это показано на рисунке 16. Причины тому — действие архимедовых и сил, а также размыв поверхности этих образований за счет трения о поверхность земли и турбулентного рассеяния газов в процессе так называемой атмосферной диффузии (турбулентная диффузия).

Величина трения о земную поверхность обычно зависит от размеров зданий, оврагов, деревьев, кустов и других естественных шероховатостей.

Влияние атмосферы определяется направлением и скоростью циркулирующих в ней потоков, в том числе потока тепловой энергии.

Рисунок 17 – Распространение облака АХОВ в атмосфере

а – лёгкий газ, б – газ, равный по плотности воздуху, в -тяжёлый газ

Для учета такого влияния при математическом моделировании обычно используют шесть классов устойчивости атмосферы:

А — сильно неустойчивая с преобладанием конвекции,

В — умеренно неустойчивая,

С — слабо неустойчивая атмосфера,

D — нейтральная стратификация, то есть изотермия,

Е — слабо устойчивая с инверсией,

F — умеренно устойчивая.

Ниже, в таблице 1 приведена такая классификация в зависимости от времени суток, скорости ветра, облачности и солнечной радиации.

Таблица 1- Классы устойчивости атмосферы по Ф. Пэсквиллу

Приведенная классификация используется затем для определения ряда эмпирических коэффициентов и зависимостей, существенно влияющих на рассеяние вредного вещества в атмосфере.

В качестве других исходных данных применяются различные сценарии и факторы, а также количественные характеристики, полученные при исследовании первого этапа процесса формирования поражающих факторов.