آلودگی در یک منطقه شهری واقعی، شبیه سازی با انسیس فلوئنت

توضیحات

شرح پروژه آلودگی در یک منطقه شهری واقعی

در این پروژه به شبیه سازی آلودگی در یک منطقه شهری واقعی با استفاده از نرم افزار انسیس فلوئنت (ANSYS Fluent) پرداخته ایم. در واقع تغییرات جرمی دی اکسید کربن در یک خیابان شهری شبیه سازی و بررسی شده است.

محیط‌های شهری مهم‌ترین بستر زندگی هستند و در اکثر کشورهای در حال توسعه وضعیت آلودگی هوا روز به روز بدتر می‌شود، اگرچه پیشرفت‌های فناوری نقش مهمی در کاهش انتشار آلودگی هوا داشته است. با توجه به افزایش تقاضا برای حمل و نقل، این یک چالش باقی خواهد ماند. شبیه سازی با استفاده از حمل و نقل گونه ها، معادله حمل و نقل را برای هر جزء از مخلوط آلودگی حل می کند. هدف از تجزیه و تحلیل محاسبه میزان آلودگی CO2 پراکنده شده در یک منطقه شهری است.

برای شبیه‌سازی این مدل، سطحی به ارتفاع 0.1 متر باید به عنوان منبع آلاینده‌های دی اکسید کربن در خیابان از حوزه شهری در نظر گرفته شود. در واقع هدف اصلی شبیه سازی فعلی بررسی اثر جریان هوای آزاد بر میزان CO2 تولید شده توسط اگزوز خودرو است. بنابراین، یک منطقه تولید یکپارچه دی اکسید کربن به عنوان منبع تولید انبوه در یک خیابان شهر تعریف می شود. جریان هوای آزاد با سرعت 0.2 m.s-1 و دمای 300 K وارد منطقه اطراف یک محیط شهری می شود. بنابراین، این گونه های گازی شامل هوا و CO2 است. مقدار دی اکسید کربن تولید شده در منطقه تعریف شده در خیابان 4 کیلوگرم بر مترمربع است.

مدل حاضر سه بعدی بوده و با استفاده از نرم افزار ANSYS Design Modeler ترسیم شده است. این مدل مجموعه ای از عناصر سازه ای متشکل از چندین بلوک ساختمانی و یک خیابان متعلق به یک شهر است. محوطه ای به شکل مکعب مستطیل به ابعاد 9 متر ⨯ 13 متر ⨯ 4 متر در اطراف این مجموعه شهری طراحی شده است. ورودی جریان هوا در سه قسمت جانبی این ناحیه انتخاب شده است.  همچنین در یکی از خیابان های شهر منطقه ای به ارتفاع 0.1 متر وجود دارد.

مش بندی با استفاده از نرم افزار ANSYS Meshing انجام شده است. نوع مش  بدون ساختار و تعداد سلول های محاسباتی 4137570 می باشد. شبکه ها در نواحی مجاور مرزهای داخلی کوچکتر بوده و دقت بالاتری دارند.

روش های استفاده شده

از مدل انتقال گونه ها (Species Transport) برای شبیه سازی آلودگی استفاده کرده ایم. این شبیه سازی به صورت گذرا (وابسته به زمان، ناپایا، Transient) انجام شده است. معادله انرژی فعال می باشد.

نتایج شبیه سازی آلودگی در یک منطقه شهری واقعی

در پایان فرآیند حل، کانتورهای دو بعدی فشار، دما، سرعت، هوا و کسر جرمی CO2 در کل محیط مدل به دست آمد. این خطوط دو بعدی در بخش های XY و YZ ترسیم می شوند. همچنین کانتورهای سه بعدی مربوط به فشار، دما، سرعت، هوا و کسر جرمی CO2 در ناحیه اصطلاح منبع CO2 به دست آمده است.