Numerical Modeling of Pollution Dispersion Around the Objects in Tandem Arrangement

The dispersion of pollutants in space around wind engineering structures governed by convection and diffusion mechanism and depends strongly on the velocity field. To understand the phenomena related to the forming of concentration fields it is necessary to recognize the local features of the flow around the objects with the special emphasize for the mean velocity direction, random and periodical fluctuations accompanying the vortex generation in bodies neighbourhood. The specific flow conditions generated around bluff bodies arrangement make it possible to study the gas pollutant dispersion for the case of very complex velocity field typical for built environment. This paper evaluates the performance of computational modelling approach (RANS k-) for two test cases with wind tunnel experiments for validation. The paper presents the results of the complex research program aimed at understanding a character of the flow field in neighborhood of bluff-bodies immersed in a boundary layer and characteristics of pollutants dispersion in that area. The analysis has been performed for the 3D case of two surface-mounted bluff bodies arranged in tandem. The local characteristics of flow and concentration profiles of tracer gas (CO2) for various inter obstacle gaps were obtained by the use of commercial CFD code (FLUENT). Characteristic feature of flow field around groups of buildings in urban areas is high level the unsteady phenomena resulting from itself character of the wind or from the interference of the wake flow connected with a process of vortex shedding. This is the factor affecting process of the dispersion of pollutants in the built-up area acting more complex the mechanism of propagate of small parts explained on the basis of processes of advection and turbulent diffusion.

Rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń w przyziemnej warstwie atmosferycznej regulowane jest przez mechanizm dyfuzji i konwekcji oraz silnie zależy od pola prędkości. W celu zrozumienia zjawisk związanych z kształtowaniem się pól koncentracji istotne jest rozpoznanie struktury przepływu wokół obiektów ze szczególnym uwzględnieniem prędkości średniej oraz jej losowej i okresowej składowej towarzyszącym generacji wirów w otoczeniu obiektów naziemnych w obszarach zabudowanych. W pracy przedstawiono wyniki numerycznego modelowania procesu dyspersji zanieczyszczeń gazowych w strefie zabudowanej. Ich celem było określenie wpływu konfiguracji obiektów, stopnia ich "zagłębienia" w warstwie przyziemnej, a także położenia źródła emisji na rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń (znacznik gazowy - CO2). Badany układ stanowiły dwa trójwymiarowe modele budynków o różnych wysokościach ustawione w tandemie. Charakterystyki aerodynamiczne przepływu oraz profile koncentracji gazu znacznikowego (CO2) dla różnych konfiguracji obiektów uzyskano z wykorzystaniem komercyjnego oprogramowania FLUENT. Cechą szczególną pól prędkości w otoczeniu grupy opływanych budynków jest wysoki poziom niestacjonarności wynikający zarówno z samego charakteru wiatru, jak i z faktu generowania przez obiekty zjawisk periodycznych związanych z procesem schodzenia wirów. Jest to czynnik, który oddziałuje na proces dyspersji zanieczyszczeń w obszarze zabudowanym, czyniąc jeszcze bardziej złożonym mechanizm rozprzestrzeniania się cząstek tłumaczony na bazie procesów adwekcji i turbulentnej dyfuzji.