Визначення конструктивних особливостей повітрязахисних бар’єрів міських автомагістралей методами візуальної діагностики та обчислювального моделювання

Автор(и)

  • Катерина Анатоліївна Васютинська Національний університет «Одеська політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0001-9800-1033
  • Василь Анатолійович Арсірій Одеська державна академія будівництва та архітектури, Україна https://orcid.org/0000-0003-3617-8487
  • Сергій Юрійович Смик Національний університет «Одеська політехніка» , Україна https://orcid.org/0000-0001-7020-1826
  • Олена Олексіївна Маковецька Одеська державна академія будівництва та архітектури, Україна https://orcid.org/0009-0003-5537-5408

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.326375

Ключові слова:

транспортні емісії, захисні придорожні бар’єри, метод візуальної діагностики, обчислювальне моделювання

Анотація

Об’єктом дослідження були аеродинамічні особливості повітряних потоків, що формуються на автомагістралях із захисними бар’єрами. Проблема оптимізації придорожніх бар’єрів вирішувалась на основі встановлення закономірностей аеродинаміки повітряних потоків методами фізичного та обчислювального моделювання. Методом візуальної діагностики структури потоків (ВДСП) досліджено кінематичні особливості формування повітряних потоків у зоні придорожніх бар’єрів. Встановлено, що при використанні бар’єрів дискретного типу формуються стійкі повітряні структури, які сприяють активному перемішуванню потоку та його розбавленню за рахунок залучення зовнішнього повітря.  Кожний дискретний елемент складається з дифузорного щиту, що розширяється під кутом 4° до осі полотну, довжиною 3 ширини дорожньої смуги. Між щитами розміщені додаткові елементи у вигляді паралельних екранів (конфузорів), розташованих під кутом 60° до осі полотну. Методом обчислювального моделювання в SOLIDWORKS Flow Simulation підтверджено, що конфузори між дискретними щитами створюють ефект ежекції, який забезпечує залучення зовнішнього повітря і розбавлення повітря всередині дорожньої смуги. Застосована обчислювальна модель продемонструвала узгодженість процесів розведення внаслідок ежекції та розсіювання за рахунок вертикальних потоків. Запропонована конструкція бар’єрів забезпечує кращу циркуляцію повітря порівняно з традиційними аналогами, виключає попадання вихлопних газів у приземні шари житлових районів, запобігає утворенню застійних зон та обмежує вплив вітрів. Розроблені конструктивні рішення можуть бути використані для проектування та вдосконалення придорожніх бар’єрів, особливо у житлових районах

Біографії авторів

Катерина Анатоліївна Васютинська, Національний університет «Одеська політехніка»

Кандидат хімічних наук, завідувачка кафедри

Кафедра екологічної безпеки та гідравліки

Василь Анатолійович Арсірій, Одеська державна академія будівництва та архітектури

Доктор технічних наук, професор

Кафедра теплогазопостачання і вентиляції

Сергій Юрійович Смик, Національний університет «Одеська політехніка»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра інформаційних систем

Олена Олексіївна Маковецька, Одеська державна академія будівництва та архітектури

Старший викладач

Кафедра хімії та екології

Посилання

  1. Bonnici, D. (2022). It's 2024, how many cars are there in the world? Which Car. Available at: https://www.whichcar.com.au/news/how-many-cars-are-there-in-the-world
  2. Karner, A. A., Eisinger, D. S., Niemeier, D. A. (2010). Near-Roadway Air Quality: Synthesizing the Findings from Real-World Data. Environmental Science & Technology, 44 (14), 5334–5344. https://doi.org/10.1021/es100008x
  3. Han, B., Zhao, R., Zhang, N., Xu, J., Zhang, L., Yang, W. et al. (2021). Acute cardiovascular effects of traffic-related air pollution (TRAP) exposure in healthy adults: A randomized, blinded, crossover intervention study. Environmental Pollution, 288, 117583. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2021.117583
  4. Tu, Y., Xu, C., Wang, W., Wang, Y., Jin, K. (2021). Investigating the impacts of driving restriction on NO2 concentration by integrating citywide scale cellular data and traffic simulation. Atmospheric Environment, 265, 118721. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2021.118721
  5. Piracha, A., Chaudhary, M. T. (2022). Urban Air Pollution, Urban Heat Island and Human Health: A Review of the Literature. Sustainability, 14 (15), 9234. https://doi.org/10.3390/su14159234
  6. Vasiutynska, K., Barbashev, S. (2021). Impact assessment of the urbanization factors on the atmosphere pollution in the Ukraine regions. Transactions of Kremenchuk Mykhailo Ostrohradskyi National University, 4 (129), 83–89. https://doi.org/10.30929/1995-0519.2021.4.83-89
  7. Yehorova, O., Zhytska, L., Bakharev, V., Mislyuk, O., Khomenko, E. (2024). Assessing the deposition of heavy metals in edaphotopes and synantrophy vegetation under the conditions of technological pollution of the city. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1 (10 (127)), 15–26. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.297718
  8. Xu, T., Barman, S., Levin, M. W., Chen, R., Li, T. (2022). Integrating public transit signal priority into max-pressure signal control: Methodology and simulation study on a downtown network. Transportation Research Part C: Emerging Technologies, 138, 103614. https://doi.org/10.1016/j.trc.2022.103614
  9. Tu, Y., Wang, W., Li, Y., Xu, C., Xu, T., Li, X. (2019). Longitudinal safety impacts of cooperative adaptive cruise control vehicle’s degradation. Journal of Safety Research, 69, 177–192. https://doi.org/10.1016/j.jsr.2019.03.002
  10. Abhijith, K. V., Kumar, P., Gallagher, J., McNabola, A., Baldauf, R., Pilla, F. et al. (2017). Air pollution abatement performances of green infrastructure in open road and built-up street canyon environments – A review. Atmospheric Environment, 162, 71–86. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2017.05.014
  11. Hagler, G. S. W., Lin, M.-Y., Khlystov, A., Baldauf, R. W., Isakov, V., Faircloth, J., Jackson, L. E. (2012). Field investigation of roadside vegetative and structural barrier impact on near-road ultrafine particle concentrations under a variety of wind conditions. Science of The Total Environment, 419, 7–15. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2011.12.002
  12. Leelőssy, Á., Molnár, F., Izsák, F., Havasi, Á., Lagzi, I., Mészáros, R. (2014). Dispersion modeling of air pollutants in the atmosphere: a review. Open Geosciences, 6 (3). https://doi.org/10.2478/s13533-012-0188-6
  13. Enayati Ahangar, F., Heist, D., Perry, S., Venkatram, A. (2017). Reduction of air pollution levels downwind of a road with an upwind noise barrier. Atmospheric Environment, 155, 1–10. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2017.02.001
  14. Liang, M., Chao, Y., Tu, Y., Xu, T. (2023). Vehicle Pollutant Dispersion in the Urban Atmospheric Environment: A Review of Mechanism, Modeling, and Application. Atmosphere, 14 (2), 279. https://doi.org/10.3390/atmos14020279
  15. Forehead, H., Huynh, N. (2018). Review of modelling air pollution from traffic at street-level - The state of the science. Environmental Pollution, 241, 775–786. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2018.06.019
  16. Hagler, G. S. W., Tang, W., Freeman, M. J., Heist, D. K., Perry, S. G., Vette, A. F. (2011). Model evaluation of roadside barrier impact on near-road air pollution. Atmospheric Environment, 45 (15), 2522–2530. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2011.02.030
  17. Huertas, J. I., Aguirre, J. E., Lopez Mejia, O. D., Lopez, C. H. (2021). Design of Road-Side Barriers to Mitigate Air Pollution near Roads. Applied Sciences, 11 (5), 2391. https://doi.org/10.3390/app11052391
  18. Amini, S., Ahangar, F. E., Schulte, N., Venkatram, A. (2016). Using models to interpret the impact of roadside barriers on near-road air quality. Atmospheric Environment, 138, 55–64. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2016.05.001
  19. Francisco, D. M., Heist, D. K., Venkatram, A., Brouwer, L. H., Perry, S. G. (2022). Observations and parameterization of the effects of barrier height and source-to-barrier distance on concentrations downwind of a roadway. Atmospheric Pollution Research, 13 (4), 101385. https://doi.org/10.1016/j.apr.2022.101385
  20. Hashad, K., Steffens, J. T., Baldauf, R. W., Heist, D. K., Deshmukh, P., Zhang, K. M. (2024). Resolving the effect of roadside vegetation barriers as a near-road air pollution mitigation strategy. Environmental Science: Advances, 3 (3), 411–421. https://doi.org/10.1039/d3va00220a
  21. Biliaiev, M., Pshinko, O., Rusakova, T., Biliaieva, V., Sładkowski, A. (2021). Computing model for simulation of the pollution dispersion near the road with solid barriers. Transport Problems, 16 (2), 73–86. https://doi.org/10.21307/tp-2021-024
  22. Biliaiev, M. M., Berlov, O. V., Biliaieva, V. V., Kozachyna, V. A., Yakubovska, Z. M. (2023). Investigation of the effectiveness for protective screens of various forms on air pollution reduction. Ukrainian Journal of Civil Engineering and Architecture, 4 (016), 27–33. https://doi.org/10.30838/j.bpsacea.2312.290823.27.967
  23. Maisotsenko, V. S., Arsiri, V. A. (1998). Pat. No. US005838587A. Method of restricted space formation for working media motion. Available at: https://patentimages.storage.googleapis.com/aa/b0/ab/183c93d862432c/US5838587.pdf
  24. Arsiriy, V. A., Kroshka, A. V., Ryabokon', P. M., Kravchenko, O. V. (2022). Vizualizaciya struktury potokov dlya issledovaniya gidrodinamicheskih parametrov zhidkostey i gazov. International journal Sustainable development, 2, 66–73.
  25. Arsiri, V., Kravchenko, O. (2018). Reconstruction of Turbomachines on the Basis of the Flow Structure Visual Diagnostics. Mechanics and Mechanical Engineering, 22 (2), 405–414. https://doi.org/10.2478/mme-2018-0032
  26. SOLIDWORKS Flow Simulation. Available at: https://www.solidworks.com/product/solidworks-flow-simulation
  27. Nikuradse, J. (1950). Laws of Flow in Rough Pipes. National Advisory Commission for Aeronautics. Washington: DC, USA, 62. Available at: https://ntrs.nasa.gov/citations/19930093938
Визначення конструктивних особливостей повітрязахисних бар’єрів міських автомагістралей методами візуальної діагностики та обчислювального моделювання

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-04-30

Як цитувати

Васютинська, К. А., Арсірій, В. А., Смик, С. Ю., & Маковецька, О. О. (2025). Визначення конструктивних особливостей повітрязахисних бар’єрів міських автомагістралей методами візуальної діагностики та обчислювального моделювання. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2(10 (134), 25–34. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2025.326375

Номер

Том 2 № 10 (134) (2025): Екологія

Розділ

Екологія

Ліцензія

Авторське право (c) 2025 Kateryna Vasiutynska, Vasyl Arsirii, Sergiy Smyk, Olena Makovetska

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.