بررسي اثر هندسه دودكش‌ ميان تونلي بر نحوه پخش آلاينده‌ در محيط بيروني

Investigation of the effect of mid-tunnel shaft geometry on dispersion of the pollutant in environment

در سال‌هاي اخير افزايش آلودگي و ترافيك در شهرها، باعث گسترش حمل و نقل زيرزميني شده است. يك روش‌ مرسوم براي تهويه تونل‌هاي شهري، ساخت دودكش‌هاي ميان تونلي است. اين دودكش‌ها عموماً در مناطق پر تراكم شهري قرار دارند و آلاينده‌هاي خروجي آن‌ها مي‌تواند براي ساكنين ساختمان‌هاي مجاور خطرناك باشد. هندسه اين دودكش‌ها تاكنون بر اساس سليقه و تنها با هدف رعايت الزامات استانداردها براي هواي داخل تونل، تعيين مي‌شود. در اين مقاله براي اولين بار، نحوه پخش آلاينده‌هاي خروجي از هندسه‌هاي مختلف و متداول دودكش‌هاي ميان تونلي با فرض يك ساختمان بلندتر در پايين دست بررسي شده است. نتايج بررسي مي‌تواند به طراحي بهتر اين دودكش‌ها و ساختمان‌هاي اطراف براي داشتن هواي سالم‌تر براي ساكنين ساختمان‌ها، كمك كند. بدين منظور شبيه‌سازي‌هايي با اپن‌فوم انجام شده است. در شبيه‌سازي‌ها از روش متوسط‌گيري معادلات ناوير-استوكس و مدل آشفتگي k-ε استفاده شده است. نتايج نشان داد كه براي سرعت‌هاي خروجي يكسان، اثر هندسه مستطيلي و مربعي بر غلظت آلاينده‌ها، بر روي ديوار جلوي وزش باد، به اندازه ضلع عمود بر جريان بستگي دارد. براي سرعت خروجي كمتر از 6 متر بر ثانيه، حضور ساختمان پايين دست مانع از پخش آلاينده‌ها در ارتفاع بالاتر شده و مقدار آلاينده‌ها 100 درصد افزايش مي‌يابد و براي سرعت‌هاي خروجي بيشتر از 6 متر بر ثانيه، افزايش سرعت، تغيير كمتري در مقدار غلظت در ارتفاعات پاييني دارد. همچنين نتايج نشان داد كه سرعت خروجي آلاينده‌ها نسبت به شكل هندسي، اثر بيشتري بر پخش آلاينده‌ها دارد و با افزايش سرعت ميزان اين اثرگذاري كاهش مي‌يابد .

In recent years, increased pollution and traffic in urban areas has caused the development of underground transport. One conventional approach for urban tunnel ventilation is construction of mid-tunnel shafts. These shafts are usually located in high-density urban areas and emissions from them can be harmful for the residents of adjacent buildings. The geometry of these shafts has been determined so far based on taste and only for the purpose of compliance standards criteria for tunnel indoor air. In this paper, pollutant dispersion from different and conventional geometries of mid-tunnel shafts with the assumption of a taller downstream building was investigated for the first time. The results can help to acheive a better design of these shafts and surrounding buildings to have healthier air for residents of buildings. For this purpose, simulations were done by OpenFOAM. Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations method and standard k-ε model were used in simulations. The results showed for the same exhaust velocity, the effect of rectangular and square configuration on front wall depends on dimension of the side which is perpendicular to wind direction. For the exhaust velocity less than 6 m/s, the downstream building prevents pollutants from reaching higher altitude, and the amount of pollutants will be increased around 100 percent. Moreover, for exhaust velocity of more than 6m/s, increasing velocity will cause fewer changes in pollutant concentration at lower level. In addition, the results showed that exhaust velocity has more effect than geometry configuration on pollutant dispersion and this influence will be decreased by increasing the velocity.