Αριθμητική Προσομοίωση της επίδρασης Αστικής Γεωμετρίας & Ατμοσφαιρικής Ευστάθειας στη Διασπορά Ρύπων σε Αστικές Περιοχές : πείραμα MUST

Παππά, Βασιλική; Pappa, Vasiliki

dc.contributor.author	Παππά, Βασιλική	el
dc.contributor.author	Pappa, Vasiliki	en
dc.date.accessioned	2017-05-23T09:50:21Z
dc.date.available	2017-05-23T09:50:21Z
dc.date.issued	2017-05-23
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/44910
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.7022
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Υπολογιστική Μηχανική”	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Αστικές περιοχές	el
dc.subject	Διασπορά ρύπου	el
dc.subject	Πείραμα πεδίου MUST	el
dc.subject	Μοντέλα τύρβης	el
dc.subject	Urban regions	en
dc.subject	Pollutant dispersion	en
dc.subject	RANS	en
dc.subject	Field experiment MUST	en
dc.subject	Turbulence models	en
dc.title	Αριθμητική Προσομοίωση της επίδρασης Αστικής Γεωμετρίας & Ατμοσφαιρικής Ευστάθειας στη Διασπορά Ρύπων σε Αστικές Περιοχές : πείραμα MUST	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗ	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/df16e4f70a884dc97964f904cf22530794c9184f
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-11-04
heal.abstract	Ο όρος ατμοσφαιρική ρύπανση αποδίδεται στην προσθήκη ουσιών (ρύπων) στην ατμόσφαιρα, ως αποτέλεσμα ανθρώπινης δραστηριότητας, που υπό φυσιολογικές συνθήκες δε θα υπήρχαν. Οι επιπτώσεις της στην υγεία του ανθρώπου και στο φυσικό περιβάλλον είναι καταστρεπτικές. Προτάσσεται λοιπόν η μελέτη των μηχανισμών διασποράς ρύπων ως μέσο βελτίωσης των συνθηκών διαβίωσης στις εστίες ρύπων, δηλαδή στα αστικά κέντρα. Η παρούσα εργασία έχει ως βασικό αντικείμενο τη διασπορά ενός παθητικού ρύπου σε ένα αστικό περιβάλλον. Η διασπορά ρύπων εξαρτάται κυρίως από την τυρβώδη ροή. Η τελευταία περιγράφεται από τις άλυτες μαθηματικά εξισώσεις Navier-Stokes, επομένως η χρήση αριθμητικών μεθοδολογιών κρίνεται επιτακτική για την επίλυση του προβλήματος. Η μεθοδολογία RANS(Reynolds-Averaged Navier Stokes) προτιμήθηκε για την επίλυση της ατμοσφαιρικής ροής. Στην παρούσα εργασία ενσωματώθηκε και επιλύθηκε, σε ήδη υπάρχον υπολογιστικό εργαλείο, η κατά RANS εξίσωση συγκέντρωσης του ρύπου. Ο κώδικας δοκιμάστηκε και πιστοποιήθηκε σε εφαρμογή πρακτικού ενδιαφέροντος από την οποία εξήχθησαν χρήσιμα συμπεράσματα. Η ακρίβεια του κώδικα εξασφαλίστηκε μέσω της προσομοίωσης του πειράματος πεδίου MUST(Mock Urban Setting Test).Μελετήθηκε η διασπορά της ρυπογόνου ουσίας του προπυλενίου υπό συνθήκες ευστάθειας. Η προσομοίωση αφορούσε τη δοκιμή 16 του πειράματος και αντιμετωπίστηκε ως ένα πρόβλημα μόνιμης κατάστασης(steady state). Οι εξισώσεις RANS επιλύθηκαν σε 3Δ καρτεσιανό υπολογιστικό πλέγμα και εφαρμόστηκε η μεθοδολογία της πολλαπλής τοπικής πύκνωσης. Η εν λόγω δοκιμή υποβλήθηκε σε ποικίλες προσομοιώσεις που αφορούσαν το αριθμητικό και φυσικό κομμάτι του προβλήματος. Συγκεκριμένα εξετάστηκαν η εφαρμογή δύο αριθμητικών σχημάτων (υβριδικό & BSOU), τεσσάρων διαφορετικών μοντέλων τύρβης (k-ε, MMK k-ε, k-ω,SST k-ω), διαφορετικοί τυρβώδεις αριθμοί Schmidt,διαφορετικές γωνίες πρόσπτωσης του ανέμου, διαφορετικές καταστάσεις ατμόσφαιρας(ευστάθεια, ουδέτερη, αστάθεια) και διαφορετικές οριακές συνθήκες. Σε όλες τις δοκιμές έγινε επιτυχής σύγκριση με τα πειραματικά δεδομένα του MUST.Η μελέτη και η επεξεργασία των αποτελεσμάτων κατέδειξαν ότι η καλύτερη προσομοίωση αποτελεσμάτων επιτυγχάνεται με μοντέλο τύρβης k-ω. Η μεταβολή του σχήματος διακριτοποίησης δεν δείχνει σαφή υπεροχή του ενός έναντι του άλλου. Ο τυρβώδης αριθμός Schmidt με τιμή μεταξύ ≥ 0.9, οδηγεί σε καλύτερη προσομοίωση, η διασπορά του ρύπου ευνοείται σε ασταθή ατμόσφαιρα και σε υψηλότερη θερμοκρασία περιβάλλοντος (302.15Κ). Τέλος συμπεραίνεται ότι η μέση συγκέντρωση του ρύπου είναι πολύ ευαίσθητη σε μικρές αποκλίσεις της προσπίπτουσας γωνίας του ανέμου.	el
heal.abstract	Human activity during the last century aggravated the phenomenon of air pollution by increasing the number of substances (pollutants) in the atmosphere. The impact of such a critical change on human health and natural environment is devastating and it might be crucial in the forthcoming years. Thus, the improvement of the living conditions in urban centers via pollutants’ dispersion mechanisms is of high research interest. The current thesis primarily addresses and examines the dispersion of a passive pollutant in an urban environment. The dispersion of the pollutant substance mainly depends on the turbulent flow. The latter is described by the unsolved mathematical Navier-Stokes equations. Therefore, the use of a numerical technique is considered crucial to solve the aforementioned problem. In this study we used the RANS methodology (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) so as to interpret the atmospheric flow. The computational code was evaluated in an application of practical interest from which we exported fruitful results. The accuracy of the adopted computational code was validated using the simulation of MUST (Mock Urban Setting Test) field experiment. Specifically, the dispersion of propylene pollutant was studied under stable conditions and the carried out simulation involved the trial 16 and considered as a steady-state problem. The RANS equations were solved using a 3D Cartesian, computational grid and applied to the methodology of Multi-Local Refinement (MLR). This experiment was subjected to various tests related to the numerical and the physical part of the problem. Particularly, we examined the application of two numerical schemes (Hybrid & BSOU), four different turbulent models (k-ε, MMK k-ε, k-ω, SST k-ω), different turbulent Schmidt numbers, different incident wind angle deviations, different atmospheric conditions (stable, neutral, unstable) and different boundary conditions. All tests were compared to the experimental data of MUST. The study and the analysis of the results showed that the best simulation results were achieved using the turbulence model k-ω. The change of the numerical scheme doesn’t clarify the superiority of one over the other. Furthermore, the turbulent Schmidt number with a value ≥ 0.9 leads to a better simulation comparatively to experimental data and the dispersion of the pollutant is propitious under unstable atmospheric conditions and at a higher air temperature (302.15K). Finally, it was shown that the average concentration of the pollutant is very sensitive to small variations of the incident wind angle.	en
heal.advisorName	Μπούρης, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Μπούρης, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Βουτσινάς, Σπυρίδων	el
heal.committeeMemberName	Ριζιώτης, Βασίλειος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	112 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true