Актуальность темы диссертации.

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.