مدل‌سازي لايه مرزي اتمسفري آشفته و پراكندگي ذرات آلاينده ريزمقياس جامد در يك محدودة شهري به كمك الگوي شبيه‌سازي گردابه‌هاي بزرگ

Modeling of turbulent atmospheric boundary layer and dispersion of solid pollutant particles in an urban area using large eddy simulation

يكي از عوامل مهم در ميزان كيفيت هواي كلان شهرها وزش باد در آن محيط است. به طوري كه اگر براي مدت طولاني پديدۀ سكون هوا رخ ‌دهد در نتيجۀ آن، افزايش غلظت آلاينده‌ها ايجاد و منجر به شرايط بحراني مي‌شود. نحوۀ پراكندگي اين ذرات به عواملي مانند سرعت باد، هندسه‌ محيط و مشخصات فيزيكي آلايندهها بستگي دارد. پيش‌بيني نحوه‌ پراكندگي آنها در يك محيط شهري نيازمند مدل‌سازي دقيق و با قابليت تفكيك پذيري بالا مي‌باشد. در اين پژوهش از روش‌ ديناميك سيالات محاسباتي براي مدل‌سازي ميدان جريان هوا و پراكندگي ذرات آلاينده استفاده شده‌است. در بخش اول، يك مدل ساده شامل يك ساختمان شبيه‌سازي شده و نتايج حاصل با داده‌هاي تجربي مقايسه و اعتبارسنجي شده‌است. با شناخت پارامترهاي بهينه براي تنظيم مدل، در بخش دوم يك منطقه از شهر تهران با ساختمان‌هاي بلند مرتبه و چيدمان نامنظم در نظر گرفته شده و ميدان سرعت و پراكندگي و نشست ذرات آلاينده در اين محيط واقعي نيز شبيه‌سازي شده‌است. با توجه به هندسه سه‌بعدي و پيچيدگي فيزيك جريان آشفته، از الگوي شبيه‌سازي گردابه‌هاي بزرگ استفاده شده است. نتايج پژوهش شامل تغييرات غلظت آلاينده‌ها در سطوح مختلف در طول زمان ارائه و پيرامون عوامل موثر در ميزان غلظت آلاينده‌ها بحث شده‌است.

In this paper, the air flow field around buildings is simulated to predict the dispersion of the fine solid pollutants. The large eddy simulation approach has been used to model the turbulence flow. In the first part of this research, a simple model including a building has been simulated and the obtained results are compared and validated with the experimental data obtained from a wind tunnel test. By setting the optimal parameters of the numerical model in the first part, in the second part, an area of Tehran city with high-rise buildings and irregular urban layout is considered and the velocity field and deposition of the contaminant particles in this model are also simulated. The result obtained in the first part of show good agreement with the experimental data and in both models the effect of some variables like the arrangement of buildings (in urban model) and the wind velocity are investigated. To analyze the value of the pollutant concentration in the urban area at each time, the integral of this variable on some important surfaces has been calculated over time and the effect of urban area layout on the integration is discussed.