CC BY
7
Tanaev Alexander Vladimirovich, employee, Russia, Tula, JSC «KBP im. Academician A.G.
Shipunov»
УДК 004:504
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-5-164-165
К ВОПРОСУ О ПРИМЕНЕНИИ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ
ВЫБРОСОВ ОТ АВТОМОБИЛЕЙ
А.М. Бочарова
Одним из наиболее эффективных и быстрых, что обуславливает их популярность, методов исследования влияния автомобилей на экологию является метод компьютерного моделирования. Компьютерное моделирование выбросов в атмосферу от автомобилей и анализ путей уменьшения их объемов - это сложный процесс, который помогает ученым и инженерам разработать более эффективные технологии и методы контроля за выбросами и их уменьшения. Поэтому вопрос о применении компьютерных моделей для оценки возможности снижения выбросов от автомобилей является актуальным в настоящее время. В данной работе приводятся основные методы снижения объемов выбросов от автотранспортных средств и оценивается возможность их исследования с помощью моделирования в программных комплексах. Приводятся примеры подобных расчетов. Делаются выводы о том, что программы для моделирования имеют свои ограничения, они могут помочь улучшить понимание воздействия автомобильных выбросов на окружающую среду и здоровье человека.
Ключевые слова: анализ, компьютерное моделирование, автомобили, окружающая среда, экология, выбросы.
Выбросы от автомобилей - это один из важных факторов загрязнения воздуха в городах [1-2]. С каждым годом число автотранспортных средств в мире увеличивается, что приводит к усугублению ситуации [3]. Поэтому разработка способов снижения выбросов является актуальной темой.
Многие исследования посвящены проблеме выбросов от автомобилей и их влиянию на окружающую среду. Результаты некоторых работ свидетельствуют о значительном вкладе автотранспорта в загрязнение воздуха в городах [4-5]. Кроме того, проводятся исследования новых технологий для снижения влияния автомобилей на окружающую среду [6-7].
Одним из наиболее эффективных и быстрых, что обуславливает их популярность, методов исследования влияния автомобилей на экологию является метод компьютерного моделирования. Компьютерное моделирование выбросов в атмосферу от автомобилей и анализ путей уменьшения их объемов -это сложный процесс, который помогает ученым и инженерам разработать более эффективные технологии и методы контроля за выбросами и их уменьшения. Такое моделирование позволяет установить связь между выбросами и их воздействием на окружающую среду, а также определить потенциальные риски для здоровья человека и выявить новые способы уменьшения выбросов [8-9].
В целом существует множество способов снижения количества выбросов от автомобилей с
ДВС:
1. Применение более эффективных методов очистки выхлопных газов.
2. Снижение массы автомобиля, что снижает количество потребляемого топлива.
3. Улучшение аэродинамических характеристик, которое также позволит понизить расход.
4. Уменьшение количества дорожных пробок, что позволит снизить время работы двигателя, а следовательно, и выбросы.
Конечно, существуют и другие методы, в том числе снижение выбросов возможно за счет применение гибридных силовых установок или электрических двигателей, однако в данной работе эти способы не буду рассматриваться. Перечисленные же выше способы снижения выбросов возможно моделировать методом конечных элементов. Такие процедуры проводятся при проектировании автомобильного транспортного средства и не могут быть осуществлены уже после начала выпуска. Компьютерное моделирование может проводиться в программных продуктах, основная масса их основана на одном из методов численного расчета - методе конечных элементов.
Так расчет аэродинамики с лобового сопротивления автомобиля поможет уменьшить эти характеристики за счет оптимизации конструкции и дизайна, что в конечном итоге приведет к снижению количества потребляемого топлива. Для проведения аэродинамических расчетов возможно применение таких программ как FluidFlow, Ansys, FlowVision. На рисунке 1 приведено изображение, получаемого моделированием результата.
Системный анализ, управление и обработка информации
Также одним из эффективных методов снижения выбросов является снижение массы автомобилей, что позволит уменьшить уровень потребляемого топлива. Метод весьма эффективен, однако требуется тщательный анализ конструкции автомобиля для того, чтобы изменить материалы деталей или снизить толщину, что позволит уменьшить общую массу транспортного средства, однако в данном случае также требуется глубокий анализ конструкции с точки зрения механических и прочностных свойств (рис. 2), безопасности и пр.
Такие расчеты также преимущественно проводят в САПР методом конечных элементов. Несмотря на то, что программы для моделирования имеют свои ограничения, они могут помочь улучшить понимание воздействия автомобильных выбросов на окружающую среду и здоровье человека. Они могут помочь ученым и инженерам разработать более эффективные технологии и методы уменьшения объемов выбросов, что может привести к более чистому и здоровому окружающему миру. В целом, компьютерное моделирование - это важный инструмент в исследованиях воздуха и создании выводов о последствиях загрязнения на здоровье людей и окружающую среду, а также для оценки методов снижения выбросов в целом. Однако, эффективность компьютерного моделирования зависит от работы ученых и инженеров, которые должны создавать программы моделирования и интерпретировать результаты, чтобы выбрать наиболее оптимальные решения для обеспечения более чистого и здорового окружающего пространства.
Список литературы
1. Корчагин В.А., Филоненко Ю.А. Экологические аспекты автомобильного транспорта. Учебное пособие, М.: МНЭПУ, 1997. 100 с.
2. Шишкина П.А. Аналитическое исследование гибридных автомобилей с точки зрения экологии и эксплуатации // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. Вып. 12. С. 256-258. EDN: NQBNIS.
3. Захаров Е. А. Экологические проблемы автомобильного транспорта : учеб, пособие / Е. А. Захаров, С. Н. Шумский. - Волгоград : ИУНЛ ВолгГТУ, 2011. 120 с.
4. Корчагин В. А. Экологическая безопасность автомобильного транспорта : учеб, пособие / В. А. Корчагин, Д. И. Ушаков ; под ред. В. А. Корчагина. Липецк : Изд-во ЛГТУ, 2008. - 62 с.
165
5. Базаров Б.И. Экологическая безопасность автотранспортных средств. Учебное пособие. Ташкент: Ташкентский автомобильно-дорожный ин-т, 2004. 104 с.
6. Росляков П. В. Методы защиты окружающей среды / П.В. Росляков. М.: МЭИ, 2017. 336 с.
7. Бочарова А.М. Исследование автомобилей и автомобильной промышленности с точки зрения экологии // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. №6. С. 29-32. EDN: HXGZPI.
8. Амбарцумян В.В., Носов В.Б., Тагасов В.И., Сарбаев В.И. Экологическая безопасность автомобильного транспорта. Учебное пособие. М.: Научтехиздат, 1999. 208 с.
9. Шишкина А.А. Оценка возможности применения компьютерного моделирования при исследовании экологии // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. № 9. С. 136-138. EDN: NJCEAN.
10. Aerodynamics analysis of a Tesla Model 3 simulation project // SimScale CAE URL: https://www.simscale.com/fornmt/aerodynamics-andysis-of-a-tesla-model-3-simulation-project-by-mesfahani/74640 (дата обращения: 17.02.2023).
11. Engineering Services for Thermal Management, Human Comfort Simulation and Related Engineering Applications // ARRK Engineering GmbH URL: https://www.theseus-fe.com/resources/engineering-services (дата обращения: 17.02.2023).
Бочарова Алена Михайловна, студент, shishkina5ap@yandex.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Научный руководитель: Маслова Анна Александровна, д-р техн. наук, профессор, Россия, Тула, Тульский государственный университет
ON THE APPLICATION OF COMPUTER MODELING TO REDUCE EMISSIONS FROM CARS
A.M. Bocharova
One of the most effective and fastest, which causes their popularity, methods of studying the impact of cars on the environment is the method of computer modeling. Computer modeling of emissions into the atmosphere from cars and ways to reduce their volumes is a complex process that helps scientists and engineers to develop more effective technologies and methods for controlling emissions and reducing them. Therefore, the question of using computer models to assess the possibility of reducing emissions from cars is relevant at the present time. This paper presents the main methods of reducing emissions from motor vehicles and assesses the possibility of their study using modeling in software systems. Examples of such calculations are given. Conclusions are drawn that modeling programs have their limitations, they can help improve understanding of the impact of automobile emissions on the environment and human health.
Key words: analysis, computer modeling, cars, environment, ecology, emissions.
Bocharova Alena Mikhailovna, student, shishkina5ap@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State University,
Science advisor: Maslova Anna Alexandrovna, doctor of technical science, professor, Russia, Tula, Tula State University
