ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЗМОВ ПЕРЕНОСА ПРИМЕСИ В ТУРБУЛЕНТНОМ ТЕЧЕНИИ ВОЗДУХА В ОКРЕСТНОСТИ ГОРОДСКОГО КАНЬОНА
Автор: Светлана Алексеевна Вальгер
Организация: Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН
Прогнозирование качества воздуха в городах сегодня является актуальной задачей. Наличие низких источников загрязняющих веществ от автотранспорта в виде газовых примесей и пылевых аэрозолей в воздухе в окрестности городских застроек приводит к ухудшению экологической обстановки и негативно влияет на здоровье человека. Изучение механизмов переноса примеси в турбулентном течении воздуха в окрестности систем плохообтекаемых тел, имитирующих различные типы застройки, позволяет получить новые данные о структуре течений, распределении концентраций примеси и локальных эффектах, возникающих в потоке. Эти данные могут быть использованы для оценки качества воздуха в городских каньонах и стать основой для разработки рекомендаций об оптимальных геометрических параметрах каньона, расположении фильтрующих и заградительных экранов и других мер снижения концентраций вредных выбросов.
В настоящем исследовании численно решена задача о переносе примеси гексафторида серы SF6, инжектируемой через систему линейных наземных источников, в воздухе в окрестности модельной конфигурации городского каньона с соотношением размеров W/H=1;2;3, где W – ширина каньона, H- высота каньона. Численное моделирование выполнено на основе решения 3D нестационарных уравнений Навье-Стокса, дополненных подходом DDES k-ε Realizable для описания турбулентных эффектов в течении и уравнением переноса для примеси. На первом этапе, для валидации расчетной модели использованы данные эксперимента [1], в котором проведено исследование течения воздуха с примесью в модельном городском каньоне с соотношением сторон W/H=1. По результатам валидации получено хорошее качественное и удовлетворительное количественное соответствие данных расчета и экспериментальных данных по профилям нормализованной концентрации примеси в характерных сечениях модели. На основе численного моделирования дано описание структуры течения среды «воздух-примесь» в окрестности каньона и анализ динамики вихревых структур на различные моменты времени. На втором этапе с использованием численной модели проведено параметрическое исследование влияния соотношения размеров каньона на распределение концентраций примеси вблизи подветренной и наветренной стенок каньона. Показано, что увеличение соотношения сторон каньона W/H приводит к существенному перераспределению примеси и снижению концентраций примеси в пешеходных зонах каньона.
1. Gromke C., Ruck B. Influence of trees on the dispersion of pollutants in an urban street canyon-Experimental investigation of the flow and concentration field // Atmos. Environ. 2007. Vol. 41, № 16. P. 3287–3302.
