Старченко, А. В. Численное моделирование турбулентных течений и переноса примеси в уличных каньонах. - Томск, 2015

Содержание :

• Предисловие.
• АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ И ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ АЭРОДИНАМИКИ И ПЕРЕНОСА ПРИМЕСИ В ЭЛЕМЕНТАХ ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКИ.
• Экспериментальные исследования и полевые измерения.
• 1. Наблюдения за полем ветра и концентрацией примеси в уличных каньонах.
• 2. Полевые эксперименты и физическое моделирование в массивных элементах городской застройки.
• Микромасштабные метеорологические модели для исследования аэродинамики и переноса примеси в приземном слое над городом.
• 1. Простые полуэмпирические модели переноса примеси в уличных каньонах.
• 2. Микромасштабные модели аэродинамики и переноса примеси, использующие RANS-подход.
• 2.1. Основные уравнения и моделирование турбулентности.
• 2.2. Параметризация влияния городской растительности.
• 2.3. Параметризация генерации турбулентности движущимся в уличном каньоне автотранспортом.
• 2.4. Влияние инсоляции на перенос примеси в уличном каньоне.
• 3. Микромасштабные модели аэродинамики и переноса примеси в городской застройке, использующие LES-подход.
• 3.1. Характерные особенности вихреразрешающего моделирования.
• 3.2. Выбор подсеточной модели турбулентности.
• 3.3. Задание начальных и граничных условий.
• 4. Обзор численных методов и параллельных технологий, применяемых для компьютерной реализации микромасштабных метеорологических моделей.
• МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТУРБУЛЕНТНОГО ТЕЧЕНИЯ ВОЗДУХА И ПЕРЕНОСА ПРИМЕСИ В ЭЛЕМЕНТАХ ГОРОДСКОЙ ЗАСТРОЙКИ НА ОСНОВЕ RANS-ПОДХОДА.
• Физическая и математическая модель исследуемого процесса.
• Выбор модели турбулентности для принятого RANS-подхода. Учет влияния городской растительности и движущегося автотранспорта.
• 1. «к-ɛ»-модель и замыкание Буссинеска.
• 2. «к-ɛ»-модель с нелинейной зависимостью тензора анизотропии турбулентности от тензоров скорости деформации и завихренности.
• 3. Дифференциальная модель напряжений Рейнольдса.
• 4. Уравнение переноса примеси.
• 5. Граничные условия.
• 6. Параметризация влияния городской растительности.
• 7. Параметризация влияния на турбулентность движущегося автотранспорта.
• Численный метод решения.
• 1. Аппроксимация адвективно-диффузионного уравнения переноса. Решение сеточных уравнений.
• 2. Схема MLU (MLU - Monotonized Linear- Upwind).
• 3. Применение схемы MLU.
• 4. Алгоритм решения уравнений Навье-Стокса.
• 5. Численная реализация метода пристеночных функций.
• Течение за обращённым назад уступом.
• Течение за отдельно стоящим деревом.
• Результаты тестирования численной модели (течение вокруг куба).
• Обтекание расположенных последовательно по потоку двух кубов.
• Расчёт зависимости концентрации в уличном каньоне от направления ветра.
• Численное исследование движения воздуха и переноса примеси в уличном каньоне в двумерной постановке.
• Расчёт пространственной аэродинамики и переноса примеси в районе ул. Гёттенгер в г. Ганновер.
• Численное исследование движения воздуха и переноса примеси для условий MUST (Mock Urban Setting Trial) эксперимента.
• Численное исследование аэродинамической картины и распространения выбросов автотранспорта для участка городской застройки Томска.
• ВИХРЕРАЗРЕШАЮЩЕЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ ВОЗДУХА И ПЕРЕНОСА ПРИМЕСИ В УЛИЧНЫХ КАНЬОНАХ.
• Физическая и математическая постановка задачи.
• 1. Физическая постановка задачи.
• 2. Математическая постановка задачи.
• 3. Подсеточная модель Смагоринского и замыкание динамического типа.
• 4. Уравнение переноса тепла или концентрации примеси.
• 5. Граничные условия.
• Численный метод решения дифференциальной задачи для LES-подхода.
• 1. Построение вычислительной сетки.
• 2. Аппроксимация уравнения переноса.
• 3. Алгоритм решения нестационарных уравнений движения.
• 4. Численная реализация динамической модели.
• 5. К выбору метода решения сеточных уравнений.
• 6. Тестирование численного метода.
• Параллельная реализация численного метода решения разностной задачи.
• 1. Подходы к распараллеливанию численного метода решения адвективнодиффузионного уравнения.
• 2. Распараллеливание итерационных методов решения СЛАУ и анализ эффективности полученных реализаций.
• Результаты применения вихреразрешающей модели турбулентности.
• 1. Турбулентное течение в прямолинейном канале.
• 2. Обтекание цилиндра квадратного поперечного сечения.
• 3. Исследование движения воздуха и переноса примеси в уличном каньоне.
• 4. Численное моделирование движения воздуха и переноса примеси от автотранспорта для участка городской застройки Томска.
• Заключение.
• Список литературы.
• Список сокращений и обозначений.
• ИЛЛЮСТРАЦИИ:
• Уличный каньон и модель каньона в аэродинамической трубе с решетчатыми контейнерами, наполненными волокнистым материалом.
• Фотография метеорологической мачты и инструментов измерения в каньоне.
• Акустический анемометр, размещенный на 6-метровой вышке, и часть участка с массивом контейнеров.
• Расположение различных устройств для забора проб газа в г. Оклахоме.
• Уличный каньон Sperrstrasse (г. Базель) с метеорологической мачтой высотой 32 м. ; Спутниковые измерения тепловых потоков от г. Базель.
• Модель массива препятствий MUST эксперимента в аэродинамической трубе ; Модель городской застройки URBAN 2003 эксперимента в аэродинамической трубе.
• Метеорологическая мачта внутри массива растительности.
• Схема течения и расчётной области для турбулентного движения воздуха вокруг куба.
• Схема участка городской застройки Томска.