В данной статье освещено использование программного продукта ANSYS Fluent для проведения прикладного исследования в рамках Лаборатории моделирования потоков в задачах экологии (Laboratory for Environmental Flow Modeling) Калифорнийского университета. Я являюсь студентом третьего курса аспирантуры по механической инженерии и вместе с моей коллегой Сейедмортезой Амини (Seyedmorteza Amini) вхожу в состав исследовательской группы под руководством доктора Марко Принцевак (Marko Princevac). Одной из наших недавних задач была оценка влияния лесополосы на качество воздуха в зоне проезжей части с помощью инструментов вычислительной гидрогазодинамики (CFD, Computational Fluid Dynamics).
Дыхание загрязненным воздухом из придорожной зоны влечет за собой такие угрозы общественному здоровью, как респираторные и онкологические заболевания, проблемы с сердечно-сосудистой системой, врожденные пороки развития. Все эти проблемы наиболее часто возникают у людей, живущих и работающих вблизи дорог с активным движением транспорта. Качество придорожного воздуха может быть непосредственно улучшено при помощи контроля за выбросами в атмосферу выхлопных газов, использования альтернативного топлива и электромобилей. Ещё одним путём является пассивный контроль за загрязнениями и проектирование дорог со сплошным ограждением или ограждением из зеленых насаждений.
Очевидно, что поток внутри и за зеленым ограждением является более сложным в сравнении с потоком, который образуется при сплошном ограждении, так как растительность оказывает аэродинамическое сопротивление потоку. Такое препятствие потоку можно учесть путём введения дополнительного члена в уравнение импульса в проекциях вдоль потока и в вертикальном направлении. Чтобы реализовать эту математику в ANSYS Fluent, мы использовали пользовательскую функцию (UDF – User Defined Function).
При прохождении воздуха через зеленый барьер листья и ветки нарушают основное течение и превращают кинетическую энергию в кинетическую энергию турбулентного потока. Влияние кроны на интенсивность турбулентности может быть учтено в уравнениях модели турбулентности в виде переменных выброса и поглощения. Это значит, что вместо детализированной модели кроны, состоящей из твердых тел и жидкой расчётной области, мы можем использовать только жидкую расчётную область с изменёнными уравнениями.
Рассмотрев различные модели турбулентности, для нашей задачи мы остановились на простой и надёжной модели κ – ε. На рисунке ниже изображены линии тока и распределения концентрации загрязняющих веществ для моделей с зелеными насаждениями различной плотности. С ростом плотности насаждений зона рециркуляции перемещается вверх и ближе к ограждению. Распределения уровня загрязнений показывают, что негустые деревья не сдерживают распространение загрязняющих веществ, в то время как деревья с пышной кроной действуют примерно так же, как и сплошное ограждение, а также улучшают качество воздуха посредством вертикального перемешивания. ANSYS avtomatysvyvodom Fluent помог досконально разобраться в вопросе влияния растительных ограждений на качество воздуха в придорожной зоне. Результат данного исследования может быть использован для разработки стратегий проектирования зеленых насаждений в градостроительстве и при проектировании дорог.
Чтобы узнать больше о нашем исследовании влияния природного ограждения на качество воздуха в зоне проезжей части, читайте полную статью в Atmospheric Environment Journal.
Источник: ansys-blog.com
Автор: Masoud Ghasemian