Računalne simulacije disperzije štetnih tvari u atmosferi

undergraduate thesis

• Title (english): Computational modeling of air pollution dispersion
• Author: Dario Živković
• Mentor: Hrvoje Kozmar (mentor)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture; Zagreb
• Defense date and country: 2014-09-24, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Mechanical Engineering

Abstract

Zagađenje zraka emisijama tvari štetnih po ljudsko zdravlje je u stalnom porastu. Taj je problem naročito izražen u urbanim područjima zbog gustoće naseljenosti i velikog broja izvora onečišćenja zraka. Metode kojima se istražuje disperzija tvari u atmosferi uključuju mjerenja u prirodi, zračnom tunelu i provedba računalnih simulacija. U ovom radu je postavljen računalni model disperzije štetnih tvari iz dimnjaka zgrade smještene u urbanom okruženju. Strujanje vjetra je modelirano kao termički neutralno stratificirani atmosferski granični sloj. Izrada računalnog modela provedena je prema važećim preporukama za korištenje računalne dinamike fluida u proučavanju utjecaja vjetra na objekte. Simulacije su provedene računalnim paketom koji rješava postavljeni matematički model uz primjenu osrednjenih Navier-Stokesovih jednadžbi i k-e modela turbulencije. Rezultati računalnih simulacija validirani su rezultatima eksperimenata u zračnom tunelu i u prirodi. Nakon validacije računalnog modela u konfiguraciji s jednom izoliranom zgradom provedene su dodatne simulacije s ciljem ispitivanja disperzije štetnih tvari pod utjecajem okolnih zgrada. Usporedba rezultata računalnih simulacija s rezultatima mjerenja u prirodi i u zračnom tunelu pokazuje da su računalnim simulacijama uspješno modelirane koncentracije emisije u smjeru glavnog strujanja, dok su rezultati postignuti u poprečnom smjeru niži od eksperimentalnih rezultata. Postignuti rezultati ukazuju na činjenicu da konfiguracija objekata u neposrednoj blizini izvora emisije štetnih plinova u bitnome određuje koncentraciju tih plinova u urbanim područjima.

Abstract (english)

Air pollution dispersion with adverse effects on human health has been constantly increasing.
This problem is particularly exhibited in urban areas due to high population density and a
large number of pollutant sources. Field measurements, wind-tunnel experiments and
computational modelling are common research tools used to tackle air pollution dispersion
and dilution. In this study, a computational model has been developed to investigate air
pollutant dispersion from a roof stack of a building placed in an urban environment. Wind
flow is modelled as neutrally stratified atmospheric boundary layer. Simulations are carried
out by using the best practice guidelines in computational wind engineering. A developed
computational model uses Reynolds-Averaged-Navier -Stokes equations and the realisable k-ε
turbulence model. The computational results are validated using the wind-tunnel and field
measurements. Subsequently additional simulations are carried out in order to investigate the
role of neighbouring buildings on air pollution concentration. While the computational results
agree well with experiments for the main wind direction, the concentrations in the lateral
direction are underestimated with respect to experimental results. Architecture proved to have
a major role in determining air pollution concentration in urban environment.

• Keywords: atmosferski granični sloj; aerodinamika zgrade; disperzija štetnih tvari; računalna dinamika fluida (CFD)
• Keywords (english): Atmospheric boundary layer; building aerodynamics; air pollutant dispersion; Computational Fluid Dynamics (CFD)
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:235:631044
• Study programme: Title: Mechanical Engineering; Study programme type: university; Study level: undergraduate; Academic / professional title: sveučilišni/a prvostupnik/ prvostupnica (baccalaureus/baccalaurea) inženjer/inženjerka strojarstva (sveučilišni/a prvostupnik/ prvostupnica (baccalaureus/baccalaurea) inženjer/inženjerka strojarstva)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Open access
• Created on: 2019-05-27 10:03:02