Модель перенесення домішки транспортного походження в структурі вулиць-каньйонів центральної частини м. Харкова
DOI:
https://doi.org/10.30977/BUL.2219-5548.2020.89.0.89Ключові слова:
структура вулиць-каньйонів, насадження, приземний шар, перенесення забрудненьАнотація
Анотація. Робота присвячена розробленню моделі та дослідженню особливостей процесу перенесення забруднювальних речовин у приземному шарі кварталів центральної частини міста за наявності насаджень і рельєфу місцевості. Як основа моделі розглядається мікрорайон центральної частини м. Харкова. Цей мікрорайон є підмоделлю загальної моделі центру міста, обмеженого яром, рікою і лісопарком. На цій основі застосований підхід LAWEP [17], що полягає в попередньому розрахунку адвекції для загальної моделі центру на відносно грубій сітці, потім перенесення даних як граничних умов і початкового наближення на розглянутій підмоделі. Уздовж осьової лінії вулиць передбачається лінійне джерело, що виділяє постійну в часі витрату домішки. Домішка переноситься в приземному шарі вулиць в умовах бічної вітрової епюри, змінного рельєфу місцевості та насаджень у вигляді скверу. Модель основана на сітковому описі тривимірної ділянки. Рух повітряного середовища описується рівняннями Нав'є-Стокса, усередненими за Рейнольдсом. Суцільне середовище приймається слабко стисливим, багато-компонентним та хімічно нейтральним. Для моделювання турбулентних ефектів перенесення як базова використана високорейнольдсова двопараметрична диференціальна модель турбулентності з пристінними функціями. Моделювання захаращення простору листям і гілками дерев виконується на основі моделі пористого середовища. Рівняння Нав'є-Стокса, а також рівняння перенесення для параметрів моделі турбулентності містять джерельні члени в правих частинах у вигляді статечної залежності модуля швидкості в ділянках пористості. Ця модель інтерпретує вплив рослинності як однорідний ізотропний опір малоінерційного об’єму, додаткові члени в рівняннях моделі турбулентності збільшують виробництво турбулентності. Дослідження проведено з використанням авторського програмного комплексу MTFS®, в якому базовий неявний алгоритм забезпечений розщепленням за методом змінних напрямків і TVD схемою 2/3-го порядку точності. Розрахунки виконані методом установлення перебігу від загальмованого стану. Перебіг у підмоделі розраховувався в нестаціонарній постановці за стаціонарних граничних умов протягом позарозрахункової ділянки вважалося повністю турбулентним, що визначалося вхідними граничними умовами. Вхідний профіль швидкості вітру використовувався з урахуванням прикордонного шару. Виконано моделювання поширення домішки вздовж кварталів підмоделі центру за наявності/відсутності листя у сквері. Отримано задовільний збіг з експериментальними даними. Виявлено явище теплового острова. Підтверджена вихрова структура ліній струму за умови обтікання вулиць-каньйонів. Показаний вплив структури вулиць-каньйонів на поширення домішки від транспортних засобів.Посилання
Vardoulakis Sotiris, Bernard E.A. Fisher, Koulis Pericleous, Norbert Gonzalez-Flesca. Modeling air quality in street canyons: a review. Atmospheric Environment. 2003. 37: 155–182.
Watson I. D., Johnson, G.T. Graphical estimation of sky view-factors in urban environments. Journal of Climatology. 1987. 7 (2): 193–197.
Nunez M., Oke T.R. The Energy Balance of an Urban Canyon. Journal of Applied Meteorology. 1977. 16: 11–19.
Lien F.S., Yee E., Cheng Y. Simulation of mean flow and turbulence over a 2D building array using high-resolution CFD and a distributed drag force approach. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 2004. 92: 117–158.
Kastner-Klein P., Fedorovich E., Rotach M.W. A wind-tunnel study of organized and turbulent air motions in urban street canyons. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 2001. 89: 849–861.
Oke T.R. Street design and urban canopy layer climate. Energy and Buildings. 1988. 11: 103–113.
Kim J.J., Baik J.J. A numerical study of thermal effects on flow and pollutant dispersion in urban street canyons. Journal of Applied Meteorology. 1999. 38: 1249–1261.
Kovar-Panskus A. Influence of geometry on the mean flow within urban street canyons – A comparison of wind-tunnel experiments and numerical simulations. Urban Air Quality – Recent Advances, Proceedings. 2002. 365–380.
9. Addepalli B., Pardyjak E. Investigation of the Flow Structure in Step-Up Street Canyons-Mean Flow and Turbulence Statistics. Boundary-Layer Meteorology. V. 148. 2013. P. 133–155.
Kastner-Klein P., Berkowicz R., Britter R. The influence of street architecture on flow and dispersion in street canyons. Meteorology and Atmospheric Physics. 2004. 87: 121–131.
Pol S.U., Brown M. Flow Patterns at the Ends of a Street Canyon: Measurements from the Joint Urban 2003 Field Experiment. Journal Of Applied Meteorology And Climatology. 2008. 47.
Spatial and temporal characterization of traffic emissions in urban microenvironments with a mobile laboratory / L. Pirjola Atmospheric Environment. 2012. 63: 156.
Optimization of tree canopy model for CFD application to local area wind energy prediction / A. Mochida and other. NATO ASI 980064. Flow and Transport Processes in complex obstructed geometries. May 4–15, 2004, IHM NAS,Kyiv,Ukraine. P. 139–141.
Emission and dispersion modeling of Lisbonair quality at local scale / C. Borrego and other. Atmospheric Environment, 2003. Vol. 37. P. 5197–5205.
Application Software MTFS® for Calculation of 3D Viscous Turbulent Liquid and Gas Flows in Arbitrary Shape Domains, Certificate of State Registration, Ukrainian State Agency of Copyrights and Related Rights. № 5921. 07.16.2002.
Thykier-Nielsen S., Roed J. Dispersion as consequence of a detonation of a dirty bomb in an urban area. NKS Conference on «Radioactive contamination in urban areas», Riso,Roskilde,Denmark. May 7–9. 2003. P. 135.
CFD prediction of flow over complex terrain using Local Area Wind Energy Prediction System (LAWEPS) / S. Murakami, and other. Proc. of 11th Int. Conf. On Wind Engineering,Texas. Vol. 2. 2003. P. 2821–2828.
Gayev Editors Ye., Hunt J. Flow and transport with complex Obstructions. Applications to Cities. Vegetative Canopies and Industry. Springer Publ. 2007. 414 p.
Маtемаtiche modeluvannia zabrudnennia atmosfernogo povitria pridorojnogoо proctoru / V. Solodov ta in. Avtoshlahovik Ukraini. 2009. № 3. P. 42–47.
Solodov V., Avershin A. The Model of Transfer of Atmosphere Pollution in Roadside Vegetation near the Highway. Automobile and Electronics. Modern Technologies. 2018. 13. S. 98–107.
Solodov V. Turbulent flow modeling. Large Eddy Simulation. Kharkiv: HNADU, 2011. 167 p.
Vargaftik V.B. Handbook of thermophysical properties of gases and liquids. Мoskva: Nauka, 1972. 720 p.
Govorushenko N.Ya., Filippov V.V., Velichko G.V. Problemi i metodi otsenki ekologicheskogo i energeticheskogo kachestva avtomobilnix dorog. Avtomatizirovanie technologii CREDO’2000. P. 45–51.
