شبیه سازی نحوه پخش آلودگی در پشت یک ساختمان با استفاده از یک روش RANS-LES

نوع مقاله: پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

امروزه مبحث آلودگی هوا به یکی از بزرگترین معضلات خصوصا در شهرهای بزرگ تبدیل شده است که اثرات فراوانی بر محیط زیست و سلامتی افراد می-گذارد. در این مقاله‏‌ نحوه پخش آلاینده گازی سبک در اطراف یک ساختمان در جریان آشفته 3 بعدی غیرقابل تراکم با استفاده از یک مدل توربولانسی ترکیبی تشریح می گردد. آلودگی در اطراف یک ساختمان در رژیم باد کم سرعت ممکن است در نواحی خاصی تجمع یابد و برای محیط زیست و پیاده رو مشکلات عمده ای ایجاد کند. جریان آشفته باد بر روی ساختمان بدلیل وجود پیچیدگیهایی چون گوشه های تیز، وجود گردابه های گوناگون، اثر زمین و غیره یکی از بهترین انتخابها برای ارزیابی مدلهای توربولانسی می باشد. مدل ترکیبی DES یک مدل ترکیبی RANS-LES یک معادله ای برای شبیه سازی جریان آشفته است که بدلیل ذات روش در نزدیکی مرز، شبیه RANS و دور از آن همانند LES عمل می کند. متعاقبا زمان محاسبه این روش ترکیبی در مقایسه با روشهای یک معادله ای از نوع LES کاهش خواهد یافت. بمنظور ارزیابی مدل DES، نتایج حاصله از آن با مدلهای اسماگورینسکی و یک معادله ای مقایسه شده است. همچنین به منظور صحت سنجی، نتایج حاصل از شبیه سازی عددی با نتایج تجربی سایر محققین مقایسه شده است. نتایج حاکی از آن است که روش DES تطابق خوبی با نتایج تجربی و سایر مدلهای توربولانسی از نوع LES دارد و از پتانسیل خوبی برای شبیه سازیهای بزرگتر برخوردار می باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Simulation of pollution dispersion behind a building using a RANS-LES model

نویسندگان [English]

  • ghassem heidarinejad
  • amir mohammad jadidi
چکیده [English]

Today the air pollution is one of the biggest problem specially in mega cities and it effects directly on human health and environment. in this article pollution dispersion for the light gas pollutant around a building in turbulent 3D incompressible flow using a hybrid turbulence model has been investigated. Pollution around a building in low speed wind may aggregate in some regions and make special problems for pedestrian and environment. Turbulent wind flow over buildings due to the complexity like sharp corners, ground effect, different vortexes and other factors is one of the best choices to evaluate efficiency and accuracy of turbulence methods. DES is hybrid RANS-LES models for simulating turbulent flow which for their characteristic, treat near wall as RANS and farther the wall act as LES model. Consequently computational time will decrease compared to traditional LES models. To evaluate DES model, DES results has been compared with smagorinsky and one-equation model. Also to validate, the simulation results are compared with experimental data. The DES results show good agreement with experiment and LES models and this hybrid model has a good potential for large scale wind engineering problems.

کلیدواژه‌ها [English]

  • gas pollutant
  • Computer simulation
  • hybrid turbulence model
  • DES model
  • building
  • turbulence
  • Mass transfer
 

[1] Cermak J.E. (1978).  “Dispersion  of  pollutants  in  the  urban  environment”.  ASCE  Spring Convention  and  Exhibition,  vol.  3269,  p.  29 

[2] Li Y., Stathopoulos T.  (1997). “Numerical evaluation of wind-induced dispersion of pollutants around a building”. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Vol 67-68, pp. 757-766.

[3] Meroney R.N., Leitl B.M., Rafailidis S., Schatzmann M. (1999), “Wind-tunnel and numerical modeling off low and dispersion about several building shapes”. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Vol. 81, pp. 333-345.

[4] Banks D., Meroney RN., Petersen RL., Carter JJ. (2003). “Evaluation of FLUENT for pre-dicting concentrations on buildings”.  Air and waste management association annual conference, San Diego.

[5] Murakami S., 1993. “Comparison of various turbulence models applied to a bluff body”. J. Wind Eng. Ind. Aerodyn, Vol. 46–47, pp. 21–36.

[6] Mochida A., Tominaga Y., Murakami S., Yoshie R., Ishihara T., Ooka R. (2002). “Comparison of variousk–3model and DSM applied to flow around a high-rise building” – report on AIJ cooperative project for CFD prediction of wind environment. Wind Struct, Vol. 5, pp. 227–244.

[7] Tominaga Y., Mochida A., Murakami S., Sawaki S. (2008). “Comparison of various revised k–ε models and LES applied to flow around a high-rise building model with 1:1:2 shape placed within the surface boundary layer”. J. Wind Eng. Ind. Aerodyn, Vol. 96, pp. 389–411.

 [8] Tominaga Y., Stathopoulos T. (2010). “Numerical simulation of dispersion around an isolated cubic building: model evaluation of RANS and LES”. Building and Environment, Vol. 45, pp. 2231-2239.

[9] Gousseau P., Blocken B., van Heijst G.J.F. (2011). “CFD simulation of pollutant dispersion around isolated buildings: on the role of convective and turbulent mass fluxes in the prediction accuracy”.  Journal of Hazardous Materials, Vol. 192, pp. 422-434.

[10] Lateb M., Masson C., Stathopoulos T., Bedard C. (2010). “Numerical simulation of pollutant dispersion around a building complex”.  Building and Environment, Vol. 45, pp. 1788-1798.

[11] Spalart P.R., Allmaras S.R. (1994). “A one-equation turbulence model for aerodynamic flows” La RechercheA_erospatiale, Vol. 1, pp. 5-21.

[12] Shur M., Spalart P.R., Strelets M., and Travin A. (1999). “Detached-eddy simulation of an airfoil at high angle of attack”.  Engineering Turbulence Modeling and Experiments, Vol. 4, pp. 669-678.

[13] Bunge U., Mockett  C., Thiele F. (2007). “Guidelines for implementing Detached-Eddy Simulation using different models”. Aerospace Science and Technology, Vol. 11, pp. 376-385.

[14] Viswanathan A.K., Tafti D.K. (2006). “Detached eddy simulation of turbulent flow and heat transfer in a two-pass internal cooling duct”. International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 27, pp. 1-20.

[15] Spalart P.R., Deck S., Shur M.L., Squires K.D., Strelets M.K., and Travin A. (2006). “A new version of Detached eddy simulation resistant to ambiguous grid densities”. Theoret. Comput. Fluid Dynamics, Vol. 20, pp. 181-195.

 [16] امیر محمد جدیدی و قاسم حیدری نژاد، (1392). "ارزیابی مدلهای توربولانسی DES و DDES در جریان باد بر روی ساختمان و مقایسه آنها با مدلهای توربولانسی متداول"، مجله مهندسی مکانیک مدرس، شماره 14، صفحات 81 تا 93.

 [17] Frohlich J., von Terzi D. (2008). “Hybrid LES/RANS Methods for the Simulation of Turbulent Flows” Progress in Aerospace Sciences, Vol. 44, pp. 349-377.

[18] Huber A.H., Snyder W.H., Lawson Jr R.E. (1980). "The effects of a squat building on short stack effluents–awindtunnel study". U.S. Environmental Protection Agency report EPA-600/4-80-055, North Carolina, USA.

[19] Rhie C., Chow W. (1983). “Numerical study of the turbulent flow past an airfoil with trailing edge separation”. AIAA Journal, Vol. 21, pp. 1525–1532.