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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.3.2003.tde-28052024-132628
Document
Author
Full name
Paulo Eduardo Batista de Mello
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2003
Supervisor
Committee
Yanagihara, Jurandir Itizo (President)
Eiger, Sergio
Krieger Filho, Guenther Carlos
Maliska, Clovis Raimundo
Rosa, Eugênio Spanó
Title in Portuguese
Uma abordagem estatística e numérica aplicada ao estudo da dispersão de poluentes gasosos na atmosfera.
Keywords in Portuguese
Dinâmica dos fluidos computacional
Poluição ambiental (Dispersão)
Turbulência (Modelos)
Abstract in Portuguese
O objetivo do presente trabalho é propor uma abordagem numérica e estatística, usando Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD), para o estudo da dispersão de poluentes na atmosfera. A metodologia descrita permite avaliar a média e o desvio padrão da concentração do poluente em uma determinada posição do domínio de cálculo. O método dos volumes finitos foi empregado na simulação do escoamento turbulento e dispersão sobre um obstáculo bidimensional de seção triangular, representando uma montanha. A fonte de despejo estacionária, de onde se forma a pluma tridimensional, é constituída por um tubo que simula uma chaminé. Simulou-se a subcamada limite laminar presente nas proximidades da parede empregando-se malhas refinadas segundo progressões geométricas. A comparação com dados experimentais revelou que o modelo k-´ÉPSILON´ de baixo Reynolds utilizado permite simular adequadamente este tipo de escoamento, incluindo o comprimento da recirculação formada a jusante da montanha, quando a constante Cµ é modificada para 0,03. Foi desenvolvida uma rotina para interpolação dos resultados do campo de velocidade numa outra malha utilizada para o cálculo da concentração, já que esses cálculos eram desacoplados e as respectivas malhas exigiam refinamentos em regiões diferentes. Os resultados numéricos obtidos para a média e desvio padrão da concentração mostram que é boa a concordância com resultados experimentais da literatura. Discute-sea relevância de se considerar o desvio padrão da concentração na análise de problemas de dispersão, particularmente quando limites máximos de concentração não devem ser excedidos. A metodologia proposta permite obter uma estimativa da probabilidade de a concentração exceder determinada concentração limite, numa posição qualquer do domínio de cálculo.
Title in English
Untitled in english
Keywords in English
Computational fluid dynamics
Environmental pollution (Scattering)
Turbulence (Models)
Abstract in English
The objective of the present work is to propose a numerical and statistical approach, using Computational Fluid Dynamics (CFD), for the study of atmospheric pollutant dispersion. The proposed methodology allows evaluating the mean and the standard deviation of the pollutant concentration in a given position of the calculation domain. The finite volume method was used for the simulation of turbulent air flow and dispersion through a triangular two-dimensional obstacle which simulates a hill. The stationary pollutant source, where the tri-dimensional plume is formed, is a tube which simulates a stack. Refined grids in geometric progressions were employed for the simulation inside the viscous sub-layer present at the wall vicinity. Comparison with experimental data revealed that the low Reynolds k-´ÉPSILON´ model employed in this work adequately simulates this kind of flow, including the length of the recirculation bubble formed downstream of the hill, when the constant Cµ is modified to 0.03. A routine was developed for the interpolation of the results of the velocity field to another mesh used in the calculation of the concentration, since those calculations were uncoupled and the respective meshes demanded refinements in different regions. The numerical results for the mean and the variance of the concentration are in good agreement with experimental results from the literature. The relevance of the standard deviation of the concentration on the dispersionanalysis is discussed, particularly when maximum concentration limits should not be exceeded. The methodology proposed permits to estimate the probability of the concentration to exceed a particular limit value, in a given position in the calculation domain.
 
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Publishing Date
2024-05-28
 
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