Влияние тепловых эффектов на рассеивание загрязняющих веществ в идеализированном уличном каньоне: численное исследование
DOI:
https://doi.org/10.26577/JMMCS.2022.v113.i1.13Ключевые слова:
Загрязнение атмосферного воздуха, RANS, математическая модель, травяные барьеры, концентрация, температураАннотация
В настоящей работе численно исследован процесс загрязнения атмосферного воздуха в идеализированных городских каньонах дороги при различных значениях температуры. Для решения этой задачи использовались усредненные по Рейнольдсу уравнения НавьеСтокса (RANS). Закрытие этой системы уравнений потребовало использования различных турбулентных моделей. Верификация математической модели и численного алгоритма проводилась с использованием тестовой задачи. Результаты, полученные с использованием различных турбулентных моделей, были сопоставлены с экспериментальными данными и расчетными данными других авторов. Основная задача, рассматриваемая в данной работе, характеризуется следующим образом: оценка выбросов загрязняющих веществ между зданиями с использованием различных типов травяных барьеров (непрерывных и прерывистых) при различных значениях температуры. Результаты исследований показали, что наличие живой изгороди вдоль дорог значительно снижает концентрацию вредных веществ в воздухе. Использование живой изгороди общей высотой 10 см приводит к снижению уровня концентрации до сечения X = 5см более чем в 1,5 раза по сравнению со случаем полного отсутствия защитных барьеров. Кроме того, Температурные условия (в данном случае TH = 305K) также снижают значение концентрации почти в 2 раза. Повышение температуры на обочине дороги с помощью барьера уменьшает распространение и отложение злокачественных веществ
Библиографические ссылки
[2] Pu Y., Yang C., "Estimating urban roadside emissions with an atmospheric dispersion model based on in-field
[3] Zauli Sajani S., Trentini A., Rovelli S., Ricciardelli I., Marchesi S., MacCone C., Bacco D., Ferrari S., Scotto F., ZigolaC., Cattaneo A., Cavallo D.M., Lauriola P., Poluzzi V., Harrison R.M.m, "Is particulate air pollution at the front door a good proxy of residential exposure?" , Environ. Pollut., 213 (2016): 347–358.
[4] Wu X., Nethery R.C., Sabath B.M., Braun D., Dominici F., "Air pollution and COVID-19 mortality in the United States: Strengths and limitations of an ecological regression analysis" , Sci. Adv., 6 (2020): eabd4049.
[5] Kumar P., de Fatima A.M., Ynoue R.Y., Fornaro A., de Freitas E.D., Martins J., Martins L.D., Albuquerque T., Zhang Y., Morawska L., New directions: from biofuels to wood stoves: the modern and ancient air quality challenges in the megacity of Sau Paulo" , Atmos. Environ., 140 (2016): 364–369.
[6] Kaur S., Nieuwenhuijsen M.J., Colvile R.N., "Fine particulate matter and carbon monoxide exposure concentrations in urban street transport microenvironments" , Atmos. Environ., 41(23) (2007): 4781–4810.
[7] Gallagher J., Lago C., "How parked cars affect pollutant dispersion at street level in an urban street canyon? A CFD modelling exercise assessing geometrical detailing and pollutant decay rates" , Sci. Total Environ., 651 (2019): 2410–2418
8] Elbir T., Kara M., Bayram A., Altiok H., Dumanoglu Y., "Comparison of predicted and observed PM10 concentrations in several urban street canyons" , Air Qual Atmos Health 4(2) (2011): 121–131.
[9] Ganguly R., Broderick B.M., "Estimation of CO concentrations for an urban street canyon in Ireland" , Air Qual Atmos Health 3(4) (2010): 195–202.
[10] Amini S., Ahangar F.E., Schulte N., Venkatram A., "Using models to interpret the impact of roadside barriers on near-road air quality" , Atmos. Environ. 138 (2016): 55–64.
[11] Baldauf R., Thoma E., Khlystov A., Isakov V., Bowker G., Long T.R., "Snow. Impacts of noise barriers on near-road air quality" , Atmos. Environ., 42(32) (2008): 7502–7507.
[12] Schulte N., Snyder M., Isakov V., Heist D., Venkatram A., ":Effects of solid barriers on dispersion of roadway emissions" , Atmos. Environ., 97 (2014): 286–295.
[13] Steffens J.T., Heist D.K., Perry S.G., Zhang K.M., "Modeling the effects of a solid barrier on pollutant dispersion under various atmospheric stability conditions" , Atmos. Environ., 69 (2013): 76–85.
[14] Amorim J.H., Valente J., Casc˜ao P., Rodrigues V., Pimentel C., Miranda A.I., Borrego C., "Pedestrian exposure to air pollution in cities: modeling the effect of roadside trees" , Adv. Meteorol., (2013): 1–7.
[15] Deshmukh P., Isakov V., Venkatram A., Yang B., Zhang K.M., Logan R., Baldauf R., The effects of roadside vegetation characteristics on local, near-road air quality" , Air Qual Atmos Health, 12(3) (2019): 259–270.
[16] Gromke C., Jamarkattel N., Ruck B., "Influence of roadside hedgerows on air quality in urban street canyons" , Atmos. Environ., 139 (2016): 75–86.
[17] Perini K., Ottel´e M., Fraaij A.L.A., Haas E.M., Raiteri R., Vertical greening systems and the effect on air flow and temperature on the building envelope" , Build. Environ., 46(11) (2011): 2287–2294.
[18] McNabola A., Broderick B.M., Gill L.W., "Reduced exposure to air pollution on the boardwalk in Dublin, Ireland. Measurement and prediction" , Environ. Int., 34(1) (2008): 86–93.
[19] Gallagher J., Gill L.W., McNabola A. "Numerical modelling of the passive control of air pollution in asymmetrical urban street canyons using refined mesh discretization schemes" , Build Environ, 56 (2012): 232–240
[20] Finn D., Clawson K.L., Carter R.G., Rich J.D., Eckman R.M., Perry S.G., Isakov V., Heist D.K., "Tracer studies to
characterize the effects of roadside noise barriers on near-road pollutant dispersion under varying atmospheric stability conditions" , Atmos. Environ., 44(2) (2010): 204–214.
[21] Abhijith K.V., Gokhale S., "Passive control potentials of trees and onstreet parked cars in reduction of air pollution exposure in urban street canyons" , Environ. Pollut., 204 (2015): 99–108.
[22] Afiq W.M.Y., Azwadi C.S.N., Saqr K.M., "Effects of buildings aspect ratio, wind speed and wind direction on flow structure and pollutant dispersion in symmetric street canyons: a review" , Int. J. Mech. Mater. Eng., 7(2) (2012): 158–165.
[23] Vos P.E.J., Maiheu B., Vankerkom J., Janssen S., "Improving local air quality in cities: to tree or not to tree?" , Environ. Pollut., 183 2013): 113–122.
[24] Salim S.M., Cheah S.C., Chan A., "Numerical simulation of dispersion in urban street canyons with avenue-like tree plantings: comparison between RANS and LES" , Build. Environ., 46 (2011): 1735–1746.
[25] Tong Z., Baldauf R.W., Isakov V., Deshmukh P., Zhang K.M., "Roadside vegetation barrier designs to mitigate near-road air pollution impacts" , Sci Total Environ, 541 (2016): 920–927.
[26] Steffens J.T., Wang Y.J., Zhang K.M., "Exploration of effects of a vegetation barrier on particle size distributions in a near-road environment" , Atmos. Environ., 50 (2012): 120–128.
[27] Ranasinghe D., Lee E.S., Zhu Y., Frausto-Vicencio I., Choi W., Sun W., Paulson S.E., Effectiveness of vegetation and sound wallvegetation combination barriers on pollution dispersion from freeways under early morning conditions" , Sci Total Environ 658 (2019): 1549–1558.
[28] Errebai F.B., Derradji L. & Amara M., "Thermal Behaviour of a Dwelling Heated by Different Heating Systems" Energy Procedia, 107 (2017): 144–149. doi:10.1016/j.egypro.2016.12.153
[29] Memon R.A., Leung D.Y.C. & Liu C.-H., "Effects of building aspect ratio and wind speed on air temperatures in urban-like street canyons" , Building and Environment, 45(1) (2010): 176–188. doi:10.1016/j.buildenv.2009.05.015
[30] Memon R.A., Leung D.Y.C., Chunho LIU, "A review on the generation, determination and mitigation of Urban Heat Island" , Journal of Environmental Sciences, 20(1) (2008): 120–128. doi:10.1016/s1001-0742(08)60019-4
[31] Oke T.R., Boundary Layer Climates Routledge, (New York, 1987).
[32] Kikumoto H., Ooka R., "Large-eddy simulation of pollutant dispersion in a cavity at fine grid resolutions" , Build Environ 127 (2018): 127–137.
[33] Issakhov A., Omarova P., "Modeling and analysis of the effects of barrier height on automobiles emission dispersion" ,Journal of Cleaner Production, 296 (2021): 126450.
[34] Issakhov A., Alimbek A. & Issakhov As., "A numerical study for the assessment of air pollutant dispersion with chemical reactions from a thermal power plant" , Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics, (2020). DOI:10.1080/19942060.2020.1800515
[35] Issakhov A., Bulgakov R., Zhandaulet Y., "Numerical simulation of the dynamics of particle motion with different sizes" , Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics, 13(1) (2019): 1–25.
[36] Issakhov A., Alimbek A., Zhandaulet Y., "The assessment of water pollution by chemical reaction products
from the activities of industrial facilities: Numerical study" , Journal of Cleaner Production, 282 (2021): 125239.
doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.125239