18719

۱۸۷۱۹

تحليل تأثير لايه‌بندي حرارتي در لايه‌ مرزي اتمسفري بر روي ميدان جريان و پراكندگي آلاينده‌ها توسط رهيافت شبيه‌سازي گردابه‌هاي بزرگ

كارشناسي ارشد

تبديل انرژي

اسفند ۱۳۹۶

دكتر فرزاد بازديدي طهراني

دكتر محمد جديدي

مكانيك

با توجه به گرايش روزافزون به زندگي در مراكز پرجمعيت شهري، امروزه تأثيرات نامطلوب آلودگي هوا بر بسياري از جنبه¬هاي زندگي انسان‌ها مشاهده مي‌شود. اين مهم، در سال¬هاي اخير، باعث افزايش نياز بشر به پيش¬بيني دقيق¬ توزيع غلظت آلاينده¬ها شده است. از ميان عوامل مؤثر بر پراكندگي آلاينده¬هاي خروجي از دودكش ساختمان¬ها و اگزوز خودروها دو عامل جريان¬هاي هوايي و نيروهاي شناوري از جمله مؤثرترين عوامل شناخته شده¬اند. روش¬هاي پر كاربرد كه امروزه براي بررسي پراكندگي آلاينده در اطراف ساختمان¬ها به كار مي¬روند عبارت¬اند از: اندازه¬گيري¬هاي تونل آب يا تونل باد، روش¬هاي تحليلي، فرمول¬هاي تجربي و شبيه¬سازي عددي ديناميك سيالات محاسباتي (CFD). پايان¬نامه حاضر، در راستاي پيش¬بيني ميدان جريان و توزيع غلظت آلاينده¬ها و همچنين تحليل نقش لايه¬بندي¬هاي مختلف حرارتي (پايدار، خنثي و ناپايدار) در انتقال مومنتوم، حرارت و پراكندگي آلاينده‌ها اطراف ساختمان بلند با نسبت ابعادي 1:1:2 در لايه‌مرزي اتمسفري است. در اين ميان از رهيافت شبيه¬سازي گردابه¬هاي بزرگ (LES) با مدل مقياس زيرشبكه اسماگورينسكي-ليلي ديناميكي، كه يكي از پركاربردترين وقدرتمندترين روش¬هاي شبيه¬سازي¬ جريان¬هاي آشفته به حساب مي¬آيد، براي حل ميدان جريان آشفته، ميدان دما و پراكندگي گاز آلاينده استفاده شده است. با مقايسه كمي و كيفي نتايج شبيه¬سازي و داده¬هاي موجود تونل باد توانايي رهيافت LES به¬منظور پيش¬بيني مقادير لحظه¬اي و متوسط پارامترها مورد ارزيابي قرار گرفت. نتايج به دست آمده حاكي از آن است كه در پشت ساختمان بلند يك ناحيه كم¬سرعت شكل مي‌گيرد. همچنين نتايج ميدان دما نمايانگر گراديان¬هاي شديد دمايي در مجاورت ساختمان مدل تحت دو حالت پايدار و ناپايدار حرارتي است. تحليل پراكندگي گاز آلاينده در اطراف ساختمان مدل، نشان دهنده مقادير غلظت متوسط بي¬بعد و نوسانات غلظت بي¬بعد ماكزيمم در مجاورت سطح زمين در پايين‌دست ساختمان مدل است. تأثير به سزاي حالت پايدار حرارتي بر روي ميدان جريان، تضعيف جريان چرخشي در ناحيه گردابه پشت ساختمان است. درصورتي كه در حالت ناپايدار حرارتي اين جريان چرخشي تقويت و باعث پراكندگي بيشتر گاز آلاينده مي‌شود. در بخش پاياني، شارهاي جابه¬جايي و پخش آشفته گاز آلاينده در لايه¬¬بندي¬هاي مختلف حرارتي مقايسه شده است و نشان داده شده كه رهيافت LES قادر به پيش¬بيني شارهاي جابه¬جايي و پخش آشفته گاز آلاينده است. واژه‌هاي كليدي: لايه‌بندي حرارتي، پراكندگي گاز آلاينده‌، لايه ‌مرزي اتمسفري، رهيافت شبيه‌سازي گردابه‌هاي بزرگ، مقياس زيرشبكه، شارهاي جابه¬جايي و پخش آشفته گاز آلاينده.

1397/02/03

4/23/2018 12:00:00 AM

According to the global trend of people to living in cities and exposing to the gasous pollutant. Advanced methods are required to analyze the gaseous pollutant dispersion. Among various factors that alter pollutant dispersion from stackes houses, street level gaseous pollution due to vehicular exhausts atmospheric motion and thermal stratification are effective issues. Thermal forcing is shown to play an important role in determining flow patterns and pollutant dispersion in built environments, yet numerical studies of pollutant dispersion in urban areas are limited to simplified and uniform thermal conditions. The present dissertation investigates the role of different thermal stratification conditions (stable, neutral and unstable) in the air flow and gaseous pollutant dispersion processes around a high-rise non-isolated model building with 1:1:2 shape placed within a non-isothermal boundary layer. The large eddy simulation (LES) approach is employed based on the dynamic Smagorinsky-Lilly sub-grid scale model. The simulation results are initially validated with available experimental measurements and then applied to study the detailed pollutant dispersion characteristics in the wake region of the model building. Predictions show a low velocity zone behind the model building in the downstream region. Results represent an intense temperature gradient close to the sides of the model building for both stable and unstable conditions. In the present pollutant dispersion analysis where the pollutant source is on the ground, the highest gas concentration and its fluctuations are obtained near the ground and leeward wall of the model building in the wake region. The major effect of a stable stratification is the formation of a weak recirculation flow in the wake region. Also, it is observed that the strong recirculation flow removes the gaseous pollutant from the low velocity zone and as a result of an unstable condition. Moreover, the convective and turbulent diffusion fluxes are compared under three different thermal stratification conditions in the streamwise and vertical directions governing the dispersion mechanism. Further, it is shown that the LES approach is capable of predicting the counter-gradient mechanism in the streamwise direction.