Удосконалення моделі прогнозування розповсюдження важких металів відпрацьованих газів автомобільних двигунів в ґрунті

Автор(и)

  • Sviatoslav Kryshtopa Національний транспортний університет вул. Михайла Омеляновича-Павленка, 1, м. Київ, Україна, 01010, Україна https://orcid.org/0000-0001-7899-8817
  • Vasyl Melnyk Національний транспортний університет вул. Михайла Омеляновича-Павленка, 1, м. Київ, Україна, 01010, Україна https://orcid.org/0000-0002-5793-5486
  • Bogdan Dolishnii Національний транспортний університет вул. Михайла Омеляновича-Павленка, 1, м. Київ, Україна, 01010, Україна https://orcid.org/0000-0002-4591-5381
  • Volodymyr Korohodskyi Харківський національний автомобільно-дорожній університет вул. Ярослава Мудрого, 25, м. Харків, Україна, 61002, Україна https://orcid.org/0000-0002-1605-4631
  • Igor Prunko Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу вул. Карпатська, 15, м. Івано-Франківськ, Україна, 76019, Україна https://orcid.org/0000-0002-0242-614X
  • Liudmyla Kryshtopa Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу вул. Карпатська, 15, м. Івано-Франківськ, Україна, 76019, Україна https://orcid.org/0000-0002-5274-0217
  • Ihor Zakhara Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу вул. Карпатська, 15, м. Івано-Франківськ, Україна, 76019, Україна https://orcid.org/0000-0001-6214-6548
  • Tetiana Voitsekhivska Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу вул. Карпатська, 15, м. Івано-Франківськ, Україна, 76019, Україна https://orcid.org/0000-0001-7967-4953

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.175892

Ключові слова:

автомобільний транспорт, паливо, бензин, відпрацьовані гази, важкі метали, ґрунт, прогнозування забруднення

Анотація

Розгляд завдання моделювання проникнення важких металів, що викидаються з відпрацьованими газами автомобільних двигунів, проводилося для ґрунту з коефіцієнтом фільтрації кф та коефіцієнтом дифузії D. В результаті математичного моделювання отримано експоненціальне рівняння, вхідними змінними для якого є поверхнева концентрація шкідливих компонентів с, коефіцієнт фільтрації кф, коефіцієнт дифузії D та глибина ґрунту l. Вихідними змінними для отриманого експоненціального рівняння є концентрація шкідливих компонентів с1 на глибині l.

За отриманим рівнянням теоретично досліджено глибину проникнення важких металів у ґрунт – l, в залежності від поверхневої концентрації с1˂с2 і незмінному відношенні кф/D. В результаті глибина проникнення важких металів зростає, що пояснюється зростанням рушійної сили процесу дифузії. Дослідивши вплив зростання відношення кф/D на глибину проникнення важких металів у ґрунт при незмінних поверхневих концентраціях с1 та с2, встановлено зменшення їх глибини проникнення, що пояснюється зниженням процесу дифузії.

Отримані теоретичні результати підтверджені експериментальними дослідженнями глибини проникнення важких металів – відпрацьованих газів бензинового двигуна ЗМЗ-511.10 в ґрунт. Встановлено, що вміст важких металів в ґрунті на довільній глибині відповідає теоретичним розрахункам, а розбіжність знаходиться в межах похибки вимірювання приладів, що під час вимірювання концентрації свинцю знаходиться у межах 12,5–15 %, цинку 5,5–7,5 % і марганцю 8,5–11 %. Так, концентрації важких металів, виміряні на довільних глибинах, сягають для свинцю 0,1 та 0,2 м, для цинку 0,1; 0,2 та 0,3 м, для марганцю 0,1; 0,2 та 0,25 м. Це свідчить про достовірність результатів, одержаних за експоненціальним рівнянням. Отже, запропонована модель забезпечує високу точність визначення концентрації важких металів в ґрунті і може бути використана для прогнозування їх глибини проникнення, якщо відома поверхнева концентрація

Біографії авторів

Sviatoslav Kryshtopa, Національний транспортний університет вул. Михайла Омеляновича-Павленка, 1, м. Київ, Україна, 01010

Доктор технічних наук, доцент

Автомеханічне відділення

Надвірнянський коледж

Vasyl Melnyk, Національний транспортний університет вул. Михайла Омеляновича-Павленка, 1, м. Київ, Україна, 01010

Кандидат технічних наук, доцент

Автомеханічне відділення

Надвірнянський коледж

Bogdan Dolishnii, Національний транспортний університет вул. Михайла Омеляновича-Павленка, 1, м. Київ, Україна, 01010

Кандидат технічних наук, доцент

Автомеханічне відділення

Надвірнянський коледж

Volodymyr Korohodskyi, Харківський національний автомобільно-дорожній університет вул. Ярослава Мудрого, 25, м. Харків, Україна, 61002

Доктор технічних наук, доцент

Кафедра двигунів внутрішнього згоряння

Igor Prunko, Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу вул. Карпатська, 15, м. Івано-Франківськ, Україна, 76019

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра автомобільного транспорту

Liudmyla Kryshtopa, Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу вул. Карпатська, 15, м. Івано-Франківськ, Україна, 76019

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра вищої математики

Ihor Zakhara, Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу вул. Карпатська, 15, м. Івано-Франківськ, Україна, 76019

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра автомобільного транспорту

Tetiana Voitsekhivska, Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу вул. Карпатська, 15, м. Івано-Франківськ, Україна, 76019

Асистент

Кафедра автомобільного транспорту

Посилання

  1. Panchuk, M., Kryshtopa, S., Panchuk, A., Kryshtopa, L., Dolishnii, B., Mandryk, I., Sladkowski, A. (2019). Perspectives For Developing and Using the Torrefaction Technology in Ukraine. International Journal of Energy for a Clean Environment, 20 (2), 113–134. doi: https://doi.org/10.1615/interjenercleanenv.2019026643
  2. Panchuk, M., Kryshtopa, S., Shlapak, L., Kryshtopa, L., Panchuk, A., Yarovyi, V., Sladkovskyi, A. (2017). Main trends of biofuels Production in Ukraine. Transport Problems, 12 (4), 15–26. Available at: http://transportproblems.polsl.pl/pl/Archiwum/2017/zeszyt4/2017t12z4_02.pdf
  3. Kryshtopa, S., Panchuk, M., Kozak, F., Dolishnii, B., Mykytii, I., Skalatska, O. (2018). Fuel economy raising of alternative fuel converted diesel engines. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4 (8 (94)), 6–13. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.139358
  4. Zannetti, P. (1990). Air pollution modeling: theories, computational methods and available software. Springer. doi: https://doi.org/10.1007/978-1-4757-4465-1
  5. Kiptenko, E., Kozlenko, T. (2016). Short-term air pollution forecast method for Kyiv. Naukovi pratsi Ukrainskoho naukovo-doslidnoho hidrometeorolohichnoho instytutu, 269, 138–150.
  6. Mokin, V. B., Dziuniak, D. Yu. (2016). Metod otsiniuvannia parametriv statsionarnoho dzherela vykydu na osnovi modeli Hauca za danymy operatyvnoho monitorynhu zony rozsiiuvannia. Matematychne modeliuvannia v ekonomitsi, 3-4, 27–35.
  7. Chaudhry, V. (2013). Arduair: Air Quality Monitoring. International Journal of Environmental Engineering and Management, 6, 639–646.
  8. Kryshtopa, S., Kryshtopa, L., Melnyk, V., Dolishnii, B., Prunko, I., Demianchuk, Y. (2017). Experimental research on diesel engine working on a mixture of diesel fuel and fusel oils. Transport problems, 12 (2), 53–63. Available at: http://transportproblems.polsl.pl/pl/Archiwum/2017/zeszyt2/2017t12z2_06.pdf
  9. Borodina, N., Kononenko, L., Vysotenko, O. (2016). Evaluation of lead contamination of car road area soil. Zbirnyk naukovykh prats Instytutu heokhimiyi navkolyshnoho seredovyshcha, 25, 89–97.
  10. Kryshtopa, S., Panchuk, M., Dolishnii, B., Kryshtopa, L., Hnyp, M., Skalatska, O. (2018). Research into emissions of nitrogen oxides when converting the diesel engines to alternative fuels. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (10 (91)), 16–22. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2018.124045
  11. Aulin, V., Hrynkiv, A., Lysenko, S., Rohovskii, I., Chernovol, M., Lyashuk, O., Zamota, T. (2019). Studying truck transmission oils using the method of thermal-oxidative stability during vehicle operation. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (6 (97)), 6–12. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.156150
  12. Korohodskyi, V., Khandrymailov, A., Stetsenko, O. (2016). Dependence of the coefficients of residual gases on the type of mixture formation and the shape of a combustion chamber. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (5 (79)), 4–12. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2016.59789
  13. Wang, Z., Lei, G. (2018). Study on Penetration Effect of Heavy Metal Migration in Different Soil Types. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 394, 052033. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/394/5/052033
  14. Qiao, P., Lei, M., Guo, G., Yang, J., Zhou, X., Chen, T. (2017). Quantitative Analysis of the Factors Influencing Soil Heavy Metal Lateral Migration in Rainfalls Based on Geographical Detector Software: A Case Study in Huanjiang County, China. Sustainability, 9 (7), 1227. doi: https://doi.org/10.3390/su9071227
  15. Fang, A., Dong, J., Zhang, R. (2019). Simulation of Heavy Metals Migration in Soil-Wheat System of Mining Area. International Journal of Environmental Research and Public Health, 16 (14), 2550. doi: https://doi.org/10.3390/ijerph16142550
  16. Nickel, S., Schröder, W. (2016). Integrative evaluation of data derived from biomonitoring and models indicating atmospheric deposition of heavy metals. Environmental Science and Pollution Research, 24 (13), 11919–11939. doi: https://doi.org/10.1007/s11356-015-6006-1
  17. Beattie, R. E., Henke, W., Davis, C., Mottaleb, M. A., Campbell, J. H., McAliley, L. R. (2017). Quantitative analysis of the extent of heavy-metal contamination in soils near Picher, Oklahoma, within the Tar Creek Superfund Site. Chemosphere, 172, 89–95. doi: https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2016.12.141
  18. Samokhvalova, V. L., Skrylnyk, Y. V., Shedey, L. O., Lopushnyak, V. I., Oliynyk, N. V., Samokhvalova, P. A., Mandryka, O. V. (2016). Forecasting the levels of trace elements and heavy metals content in soils of different genesis for the assessment of their environmental and productional functions. Ecology and Noospherology, 27 (1-2), 72–88. doi: https://doi.org/10.15421/031607
  19. Gritsuk, I., Volkov, V., Gutarevych, Y., Mateichyk, V., Verbovskiy, V. (2016). Improving Engine Pre-Start And After-Start Heating by Using the Combined Heating System. SAE Technical Paper Series. doi: https://doi.org/10.4271/2016-01-8071
  20. Gritsuk, I., Volkov, V., Mateichyk, V., Gutarevych, Y., Tsiuman, M., Goridko, N. (2017). The Evaluation of Vehicle Fuel Consumption and Harmful Emission Using the Heating System in a Driving Cycle. SAE International Journal of Fuels and Lubricants, 10 (1), 236–248. doi: https://doi.org/10.4271/2017-26-0364
  21. Sakhno, V., Poliakov, V., Murovanyi, I., Selezniov, V., Vovk, Y. (2018). Analysis of transverse stability parameters of hybrid buses with active trailers. Scientific Journal of Silesian University of Technology. Series Transport, 101, 185–201. doi: https://doi.org/10.20858/sjsutst.2018.101.17
  22. Juknelevičius, R., Rimkus, A., Pukalskas, S., Matijošius, J. (2019). Research of performance and emission indicators of the compression-ignition engine powered by hydrogen - Diesel mixtures. International Journal of Hydrogen Energy, 44 (20), 10129–10138. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.11.185
  23. Makareviciene, V., Sendzikiene, E., Pukalskas, S., Rimkus, A., Vegneris, R. (2013). Performance and emission characteristics of biogas used in diesel engine operation. Energy Conversion and Management, 75, 224–233. doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2013.06.012
  24. Boichenko, S., Vovk, O., Yakovleva, A. (2013). Overview of Innovative Technologies for Aviation Furls Production. Chemistry & Chemical Technology, 7 (3), 305–312. doi: https://doi.org/10.23939/chcht07.03.305
  25. Yakovleva, A. V., Boichenko, S. V., Lejda, K., Vovk, O. A., Kuszewski, K. (2017). Antiwear Properties of Plant—Mineral-Based Fuels for Airbreathing Jet Engines. Chemistry and Technology of Fuels and Oils, 53 (1), 1–9. doi: https://doi.org/10.1007/s10553-017-0774-x
  26. Zaharchuk, V., Gritsuk, I. V., Zaharchuk, O., Golovan, A., Korobka, S., Pylypiuk, L., Rudnichenko, N. (2018). The Choice of a Rational Type of Fuel for Technological Vehicles. SAE Technical Paper Series. doi: https://doi.org/10.4271/2018-01-1759
  27. Kiciński, M., Solecka, K. (2018). Application of MCDA/MCDM methods for an integrated urban public transportation system – case study, city of Cracow. Archives of Transport, 46 (2), 71–84. doi: https://doi.org/10.5604/01.3001.0012.2107
  28. Kolyanovska, L. (2012). Definition of diffusion coefficient for «hard containing oil structure – solvent». Pratsi Tavriyskoho derzhavnoho ahrotekhnolohichnoho universytetu, 4 (12), 151–157.

##submission.downloads##

Опубліковано

2019-08-15

Як цитувати

Kryshtopa, S., Melnyk, V., Dolishnii, B., Korohodskyi, V., Prunko, I., Kryshtopa, L., Zakhara, I., & Voitsekhivska, T. (2019). Удосконалення моделі прогнозування розповсюдження важких металів відпрацьованих газів автомобільних двигунів в ґрунті. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 4(10 (100), 44–51. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2019.175892

Номер

Розділ

Екологія