Modeling of motor transport exhaust pollutant dispersion

Pollution is a major problem in all countries, even developed ones. It is the major environmental negative impact of anthropogenic activities affecting ecology. There are two major ways for assessment of negative impact of motor transport flow intensity and pollution level: monitoring the air or modeling pollutant dispersion. It is very important to estimate different unknown air modeling programs. In this work modeling is to be executed by the US EPA (United States Environmental Protection Agency) the so‐called “the best possible existing software for strategic environmental assessment”. That is also recommended by the Ministry of Environment of the Republic of Lithuania. In this work pollution modeling was executed for the northern part of Vilnius (the network of streets Geležinis Vilkas ‐ Ozas ‐ Kalvarijos). For motor vehicle pollution mathematical modeling, it is necessary to evaluate meteorological parameters like temperature, humidity, the wind direction and speed. Modeling software can also estimate relief conditions. Pollution emission measurements were used, and pollution dispersion modeling was performed. The main target was to evaluate pollutant dispersion from motor transport in the analysed area of Vilnius. During investigation maximum hourly, daily and annual concentrations of carbon monoxide, nitrogen oxide, sulphur dioxide, volatile organic compounds and particulate matter were observed. Automobilių išmetamų teršalų sklaidos modeliavimas Santrauka. Didžiuosiuose Lietuvos miestuose žymus transporto priemonių skaičiaus didėjimas. Transporto priemonių spūstys neišvengiamai verčia ieškoti būdų aplinkos oro užterštumui mažinti. Transporto priemonių išmetamų dujų neigiamą poveikį ir užterštumo lygį galima įvertinti dviem būdais – oro taršos stebėsenos arba teršalų sklaidos modeliavimo būdu. Automobilių išmetamų teršalų modeliavimas naudojant JAV priimtą ir US EPA (United States Environmental Protection Agency) patvirtintą bei LR aplinkos ministerijos rekomenduojamą teršalų sklaidos aplinkos ore matematinį modelį ISC3 atliktas Vilniaus miesto centrinėje dalyje (Ozo – Kalvarijų – Šiaurinės – Geležinio Vilko gatvių tinklas). Automobilių išmetamų teršalų skaitiniam modeliavimui atlikti būtina įvertinti meteorologines – atmosferos, reljefo, vėjo stiprumo ir krypties sąlygas. Remiantis turimais taršos emisijų duomenimis, atliktas jų sklaidos modeliavimas Gauso pasiskirstymo su empirinėmis pataisomis principu, nustatytos anglies monoksido, sieros ir azoto dioksido, lakiųjų organinių dalelių bei kietųjų dalelių maksimalios vienkartinės, paros, mėnesio ir metų vidutinės koncentracijos. Vienas iš darbo tikslų – įvertinti šios modeliavimo programos pritaikomumą Lietuvoje. Reikšminiai žodžiai: automobilių transportas, oro tarša, teršalai, sklaida, ISC-Aermod View modelis, koncentracija. Моделирование распространения выбрасываемых из автотранспорта загрязнителей Резюме. В больших городах Литвы значительно увеличилось количество автотранспорта. Скопление автотранспорта вынуждает искать способы уменьшения загрязненности воздуха. Отрицательное воздействие выбрасываемых из автотранспорта газов и аэрозолей и степень загрязненности можно оценить двумя способами – мониторингом загрязнения воздуха или моделированием распространения загрязнителей в воздухе. Моделирование выбросов из автотранспорта с использованием принятой в США и утвержденной US EPA (United States Environmental Protection Agency), а также рекомендованной Министерством окружающей среды Литовской Республики математической модели ISC3 выполнено в центральной части города Вильнюса (в сeти улиц Озо–Шяуринес–Гележинё Вилко). При моделировании необходимо учитывать метеорологические условия (атмосферные, силу и направление ветра), а также рельеф местности. С использованием имеющихся данных об эмиссиях загрязнителей выполнено моделирование их переноса в приземном слое по Гаусовому принципу распространения с рядом эмпирических поправок; установлены максимальные, одноразовые, суточные, месячные и среднегодовые концентрации окиси углерода, диоксида серы и азота, Летучих органических соединений и твердых частиц. Одной из целей работы было оценить пригодность этой программы моделирования в условиях Литвы. Ключевые слова: автотранспорт, загрязнение воздуха, загрязнители, модель „ISC-Aermod View“, концентрация. First Published Online: 14 Oct 201

Air stream velocity modelling in multichannel spiral cyclone separator

Numerical modelling problem is investigated in a gas aerodynamics multichannel spiral cyclone separator with a tangential inflow. Experimental and theoretical papers analysing cyclone separator with particularly complex turbulent flow were reviewed. The three-dimensional transport differential equations for incompressible laminar and turbulent flow inside the cyclone separator were presented. They were numerically solved by finite volume method using the Re-Normalisation Group (hereinafter RNG) k-ε turbulence model. The numerical air flow movement was modelled in cyclone separator with the following dimensions: 0.95 m height, 0.330 m diameter, 0.88 m height of spiral-cylindrical part, 0.39 m height of conical part, inflow dimensions (on the side of cylindrical part) according to the drawings were a × b = 28 × 95 mm. The mathematical model of air flow movement in cyclone separator was composed by Navier-Stokes (Reynolds) as the three-dimensional differential equation system. The modelling results were obtained by the tangential and axial velocity profiles in cyclone separator using RNG k-ε turbulence model, the inflow velocity from 4.1 m/s to 15.4 m/s coincided well with the experimental results. This is the first article testing for multichannel cyclone and determined distributions of aerodynamic parameters. The absolute error between experimental and modelling results changed from 0.01 to 0.24 units

Investigation into heavy metals in storm wastewater from Vilnius Žirmūnai district and pollutantits spread model in Neris river

The paper discusses investigation into uncleaned storm wastewater pollution with heavy metals in Vilnius Žirmūnai district. The goal is to determine the dependency of storm wastewater pollution with heavy metals on transport intensity. After determining this dependency, sweeps from street points is experimentally studied with the most intensive transport flows. As the street sweeps together with storm wastewater are both outflow from streets and through outflow pipes directly to the Neris, heavy metals in the outflow pipe sludge are also studied for each pool. The following heavy metals have been experimentally studied: Pb, Mn, Cr, Zn, Cu, Ni. The flame atomic absorption spectrometry method was used. The process of analysis is explained in short and its results are provided. A mathematical model by Phoenics 3.5 version program showing the distribution of heavy metals in the Neris river stream is made on the basis of the results received. Santrauka Nagrinejama nevalomu lietaus nuoteku tarša sunkiaisiais metalais Vilniaus Žirmūnu rajone. Siekiant nustatyti ryši tarp lietaus nuoteku užterštumo sunkiaisiais metalais nuo transporto eksperimentiškai tiriamos sašlavos nuo gatviu, kuriuos su lietumi išplaunamos i upe. Taip pat tiriami sunkieji metalai iš lietaus ištekamuju vamzdžiu i Neri. Eksperimentiškai nagrinejami šie sunkieji metalai: Pb, Mn, Cr, Zn, Cu, Ni. Tam panaudotas liepsnos absorbcijos spektrometrinis metodas. Trumpai aptariamas analizes procesas ir pateikiami tyrimu rezultatai. Remiantis gautais rezultatais sudaromas matematinis teršalu sklaidos modelis Neries upes tekmeje taikant Phoenics 3.5 programa. Резюме Исследуется загрязнение неочищаемых дождевых стоков тяжелыми металлами в районе Жирмунай г. Вильнюса. Для определения степени загрязнения дождевых стоков тяжелыми металлами от транспорта экспериментально исследовался мусор с улиц, вымываемый с дождем в реку. Также исследовались тяжелые металлы в дождевых стоках, попадающих в реку Нерис. Экспериментально с применением абсорбционно-спектрометрического метода исследовались тяжелые металлы Pb, Mn, Cr, Zn, Cu, Ni. Рассмотрен процесс анализа и результаты исследований. На основе полученных результатов составлена математическая модель распределения загрязняющих веществ в течении реки. First Publish Online: 10 Feb 2011 Reikšminiai žodžiai: lietaus nuotekos, išleistuvai, sunkieji metalai, gatvių sąšlavos, Neries upė, Žirmūnai, teršalų sklaida. Ключевые слова: дождевые стоки, тяжелые металлы, очистка, река, Жирмунай, распределение загрязняющих веществ

Investigation of the wind characteristics and prospects of wind power use in Lithuania

This paper addresses the current situation and future prospects of the use of wind energy in Lithuania. Furthermore, it investigates wind power resources. During the last ten years, assessment of wind power resources was carried out, wind characteristics measurements were made, observation data of Lithuanian meteorological stations were collected and these data were generalized. Measurements have shown that the most suitable and promising region for installation of wind turbines and wind farms in Lithuania is the coastal area of the Baltic Sea. The suitability of several existing wind turbine sites was evaluated according to the variation of the capacity factor C p, which describes the efficiency of installed wind turbines. Global trends in the development of the power sector reveal the prevalence of wind power installations. The increase in the use of wind energy not only reduces environmental pollution, but also creates new jobs in rural areas and decreases dependence on fossil fuels. The aim of this work is to present the current situation of wind energy development and the results of the investigation of wind climate conditions in Lithuania. The investigations demonstrated good prospects for wind power utilization at the coastal area of the Baltic Sea, as well as possibilities to install wind turbines on the continental part of Lithuania

Computational Fluid Dynamics in the Environmental Engineering

This book has been written for Bachelor, Master and postgraduate students learning the subject of mathematical modelling transfer processes in the environment. It contains texts analyzing the elements of computational fluid dynamics, mean partial differential equations of transfer processes, numerical and analytical methods of their solution. Also it contains solutions of practical examples

Applying computational fluid dynamics modelling for investigating conical reverse-flow cyclone

The problem of the efficiency of cyclones, devices for separating heavy particles from their carrying fluid, is examined. A review of experimental and theoretical papers is conducted introducing three dimensional differential equations for transfer processes and the Reynolds stress model of turbulence. The paper describes the numerical modelling of the swirling fluid flow in the conical reverse-flow cyclone the height of which is 0.50 m and diameter – 0.20 m. The governing fluid flow equations are solved using the finite volume method in a body-fitted coordinate system. A reasonable agreement between the presented results of numerical calculations (inlet velocity – 4.64 m/s and fluid flow rate – 0.28 m3/s) and experimental and numerical data obtained by other authors is found (mean relative error did not exceed ± 5%). Article in Lithuanian. Skaičiuojamosios fluidų dinamikos modeliavimo  taikymas kūginiam grįžtamojo srauto ciklonui tirti Santrauka. Nagrinėjama ciklonų, skirtų kietosioms dalelėms atskirti iš oro srauto, efektyvumo problema. Apžvelgti eksperimentiniai ir teoriniai darbai. Pateiktos trimatės pernašos diferencialinės lygtys su Reinoldso įtempių turbulencijos ir kitais modeliais. Atliktas skaitinis oro srauto judėjimo modeliavimas kūginiame grįžtamojo srauto (KGS) ciklone, kurio aukštis – 0,50 m, cilindrinės dalies aukštis − 0,29 m, kūginės − 0,133 m, skersmuo − 0,20 m. Modeliuojant aprašytas oro srauto judėjimas ciklone taikant Navjė ir Stokso trimačių diferencialinių lygčių sistemą, diskretizuotą baigtiniais tūriais. Modeliavimo rezultatai, kai įtekėjimo greitis – 4,64 m/s ir debitas – 0,28 m3/s, neblogai sutapo su kitų autorių vykdytų eksperimentų rezultatais. Gauta vidutinė santykinė paklaida − ±5 proc. Reikšminiai žodžiai: ciklonas, kietosios dalelės, skaitinis modeliavimas, skaičiuojamoji fluidų dinamika, turbulentumas

Study of gamma radiation from building materials

People are constantly exposed to ionizing radiation, but generally the amount, type and duration of exposure to radionuclides (radiation emitters) affects the severity or type of health effect. Nearly all rocks, minerals and soil may contain small amounts of naturally occuring radioactive materials, and when they are incorporated into building materials, these naturally occurring radioactive materials are included as well. Ionization is a process in which a charge portion of a molecule is given enough energy to break away atoms. There are three main kinds of ionizing radiation: alpha particles, beta particles, gamma rays and x‐rays, with gamma and x‐rays having a higher amount of energy. Since gamma rays have a higher amount of energy, they have potential to cause a greater damage on the outside or inside of a human body. A model based on data gathered from different types of structures will try to show that the amount of ionizing radiation, especially gamma rays, that affect residents in various parts of buildings, is directly related to the properties of radionuclides present in building structures. Article in Lithuanian. Statybinių medžuagų gama spinduliuotės patalpose tyrimas Santrauka. Žmonės nuolat yra veikiami jonizuojančiosios spinduliuotės, tačiau poveikio stiprumas ir jo įtaka sveikatai paprastai priklauso nuo radionuklidų kiekio, tipo ir poveikio (radiacinės emisijos) trukmės. Beveik visose uolienose, mineraluose ir dirvose gali būti nedidelis kiekis natūralios kilmės radioaktyviųjų medžiagų. Su statybinėmis medžiagomis šios natūraliai esančios medžiagos patenka į pastatus. Jonizacija yra procesas, kuriame molekulė, gaudama krūvį, įgyja pakankamai energijos, kad išspinduliuotų atomus. Yra trys jonizuojančiosios spinduliuotės rūšys: alfa dalelių, beta dalelių, gama spindulių ir x‐spindulių, pastarieji turi daugiau energijos. Kadangi gama spinduliai turi daugiau energijos, jų žala žmogaus organizmui didesnė. Pagal analizuojamo modelio duomenis, gautus iš įvairių tipu esamų struktūrų, bandoma parodyti, kad jonizuojančiosios spinduliuotės apšvitos dozė, ypač gama spindulių, spinduliuotei veikiant pastato gyventojus iš įvairių pusių, yra tiesiogiai susijusi su radionuklidų, esančių pastatų konstrukcijose, savybėmis. Reikšminiai žodžiai: gamtinės kilmės radionuklidai, išorinė gama apšvita, apšvita patalpose, statybinės medžiagos, apšvitos modeliavimas. First Published Online: 14 Oct 201

Determination of cadmium in a municipal sewage sludge based compost by spectrophotometric method/Spektrometrinis kadmio kiekio nustatymas komposte, pagamintame iš nuotekų dumblo/Определение кадмия в компосте из ила сточных вод спектрофотометрическим метод

An experimental investigation on cadmium detection in the municipal sewage sludge (MSS) based compost by spectrophotometric method, has been carried out in a scientific laboratory of the Department of Environmental Protection of Vilnius Gediminas Technical University. For this purpose a reagent of 5, 7 dibromo — 8 — hydroxyquinoline (DBHQ) has been used. In reaction of the reagent with cadmium a leach of greenish‐yellow has been produced and absorption wavelength of spectrophotometer has been chosen at visible UV length, about 396 nm. The method is simple to use and sensitive enough for the detection of cadmium amounts in solid samples. The investigation has been carried out in two ways of samples preparation: mineralization, for the total cadmium amounts investigation in the compost and investigation of 24 h batch leach of compost for soluble cadmium values detection. Santrauka Tyrimo tikslas buvo nustatyti kadmio kiekius komposte, pagamintame iš komunalinių nuotekų dumblo ir „žaliųjų“ atliekų. Tyrimas atliktas Vilniaus Gedimino technikos universiteto Aplinkos apsaugos katedros mokslinėje laboratorijoje. Sunkiojo metalo kiekiai komposte nustatyti spektrofotometriniu būdu, naudojant 5, 7 dibromo-8-hidroksikinolino (DBHQ) (5, 7 dibromo-8-hydroxyquinoline) reagentą. Reagentui reaguojant su kadmio komponentais, tirpalas įgauna žaliai gelsvą spalvą. Spektrofotometru matuojant absorbcijos tankį pasirinkta 396 nm ultravioletinės (UV) bangos ilgis. Iš tyrimo rezultatų paaiškėjo, kad reagentas yra jautrus ir tinkamas naudoti mažoms kadmio metalo koncentracijoms aptikti vandens ir dirvožemio ar kitų sausųjų medžiagų terpėje. Bandymas atliktas taikant du tiriamųjų bandinių ruošimo būdus. Pirmuoju būdu komposto tirpalas buvo mineralizuojamas suminiam kadmio kiekiui medžiagoje sužinoti. Antruoju − tiriama komposto tirpalo, maišyto maišytuve 24 valandas, ištrauka. Nustatyta tirpaus kadmio (kadmio jonų) kiekis bandinyje. Резюме Целью исследования было определить количество кадмия (Са) в компосте, полученном из ила коммунальных сточных вод (МИC) и «зеленых» отходов. Экспериментальные исследования проводились в научной лаборатории кафедры охраны окружающей среды Вильнюсского технического университета им. Гедиминаса. Количество тяжелого металла Са в компосте определенo спектрофотометрическим методом c использованием реагента 5-, 7- дибром-8- гидроксинолин (hydroxyquinoline) (DBHQ). Во время реакции реагента с компонентами кадмия раствор приобрел зеленовато-желтую окраску. Для спектрофотометра была выбрана длина ультрафиолетовой волны, приблизительно равная 96 нм. Метод прост в использовании и чувствителен к обнаружению следов кадмия в твердых образцах. Исследования проводились с применением двух способов подготовки образцов: минерализации компостного раствора для определения суммарного количества кадмия в нем и исследовании компостного раствора, выдержанного в смесителе в течение 24 часов. First Published Online: 14 Oct 2010 Reikšminiai žodžiai: kompostas, nuotekų dumblas, spektrofotometrija, kadmis, komunalinės nuotekos. Ключевые слова: компост, ил сточных вод, спектрофотометрия, кадмий, коммунальные стоки

Modelling the noise generated by railway transport: statistical analysis of modelling results applying CADNAA and IMMIprograms / Geležinkelio transporto keliamo triukšmo modeliavimas ir statistinė rezultatų analizė

To avoid a negative impact on human health, Lithuania, alike other countries, pays full attention to reducing noise in the environment. One of the implemented actions against noise sources and the way to reduce it is a composition of strategic maps. Research focuses on the performance of modelling noise dispersion employing CadnaA and IMMI software and proposes the analysis of the actuarial reliability of the above-mentioned programs. The dispersion of the noise generated by railway transport has been modelled in the dwelling area of Klaipeda railway station. The chosen zone covers a sector of 500 m in length and is situated at the distance of 150–200 m from this sector. Modelling noise dispersion maps applying both programs displayed that the maximum level of noise caused by day and night railway transport was registered near railway during both periods of time and varied from 75 to 80 dBA, whereas at the locations of 150–200 m that are more distant from the railway line, the level of noise gradually reduces and reaches the level of 35–50 dBA in cases CadnaA or IMMI programs are introduced. Program STATISTICA along with Mann Whitney U and Kolmogorov–Smirnov D non-parametric statistical tests were used for assessing the actuarial reliability of modelling programs used for noise dispersion. The obtained data indicate that the level of significance p was not exceeding the value of 0.05 in all cases. Santrauka Lietuvoje, kaip ir kitose šalyse, daug dėmesio skiriama triukšmui aplinkoje mažinti siekiant išvengti jo neigiamo poveikio sveikatai, aplinkos kokybei. Viena iš triukšmo ir jo poveikio mažinimo priemonių yra strateginių žemėlapių sudarymas. Tyrimo tikslas – atlikti triukšmo sklaidos modeliavimą programomis CadnaAir IMMI bei pateikti šių programų statistinio patikimumo analizę. Modeliuojama geležinkelio transporto triukšmo sklaida Klaipėdos geležinkelio stoties gyvenamojoje teritorijoje 500 m ilgio geležinkelio ruože ir per 150–200 m nuo jo. Modeliuojant geležinkelio transporto dieną ir naktį sukeliamo triukšmo sklaidą nustatyta, jog abiem nagrinėtais laikotarpiais abiejų programų pateiktuose triukšmo sklaidos žemėlapiuose didžiausias triukšmo lygis – nuo 75 iki 80 dBA fiksuojamas šalia geležinkelio bėgių. Tolstant nuo bėgių, triukšmo lygis tolygiai mažėja, 150–200 m atstumu siekia 35–50 dBA ir CadnaA, ir IMMI triukšmo sklaidos modeliuose – ir dieną, ir naktį. Triukšmo sklaidos modeliavimo programų patikimumas vertintas programa STATISTICA bei Mann Whitney U ir Kolmogorov–Smirnov D neparametrinės statistikos testais. Šie rodė, jog reikšmingumo lygmuo p visais atvejais neviršijo 0,05 reikšmės. Todėl teigiama, kad abiejų modeliavimo programų pateikti rezultatai patikimi. Reikšminiai žodžiai: geležinkelio triukšmas, triukšmo lygis,  CadnaA ,  IMM

Simulation of conductive‐convective heat transfer in a natural basin

The state of water flow has been modelled numerically by a three‐dimensional method of a complex investigation of heat and mass transfer. This allows examining interaction of some transfer processes in a natural cooling basin (the Drûkšiai lake): variable density of water, heat conduction in water‐air interface, direct and diffuse solar radiation. Combined effect of these natural actions determines the heat amount that the basin is able to dissipate to the surrounding atmospheric media in thermal equilibrium (no change in the mean water temperature). Mathematical model is simplified ignoring transient derivatives in transfer equations, and time as a variable is included in relaxation coefficients for outer iterations. Full time of calculations using this simulation mechanism for this variable is about 6 h. Basing on water stream velocity and mean temperature profiles measured in the cooling pond as well as on their time variations, suggestions are made that the mixing rate in water is caused by natural and forced convection. Comparison of experimental and numerical results showed a qualitative agreement. For a better quantitative approximation, it is necessary to have more boundary conditions variable with time and to solve unsteady set equations for transfer processes. Šilumos laidumo-konvekcinių mainų natūraliame baseine modeliavimas Santrauka Matematinis vandens srauto modelis sudarytas skaitiniam trimačių pernašos procesų vienfaziame fluide modeliavimui. Nagrinėjama įvairių veiksnių bei jų sąveikos įtaka pernašos procesams, masės ir šilumos mainams natūriniame baseine‐aušintuve: vandens tankio priklausomybė nuo temperatūros, konvekcija‐laidumas vandens masėje, šilumos laidumo mainai su oro aplinka, tiesioginė ir sklaidžioji saulės spinduliuotė. Matematinis modelis supaprastintas atmetant nenuostovumo narius pernašos lygtyse, laiko kintamąjį įvedant kaip išorinių iteracijų relaksacijos koeficientus. Skaičiavimo trukmė ‐ apie 6 h. Palyginus eksperimentinius ir teorinius rezultatus paaiškėjo kokybinis jų sutapimas. Kad kiekybiniai rezultatai sutaptų tiksliau, reikėtų turėti daugiau įvairių veiksnių ribinių sąlygų, kintančių laike, bei spręsti nenuostoviąsias pernašos lygtis. Reikšminiai žodžiai: hidrodinamika, skaičiuojamoji fluidų dinamika, skaitinis modeliavimas, trimačiai procesai, vienfaziai srautai, baseinas‐aušintuvas, šilumos mainai First Published Online: 14 Oct 201