Comparando la Simulación de Grandes Remolinos y el Modelo de Pluma Gaussiana con Mediciones de Sensores de una Pluma de Humo Urbana
Autores: Clements, Dominic; Coburn, Matthew; Cox, Simon J.; Bulot, Florentin M. J.; Xie, Zheng-Tong; Vanderwel, Christina
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Comparando la Simulación de Grandes Remolinos y el Modelo de Pluma Gaussiana con Mediciones de Sensores de una Pluma de Humo Urbana
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Astronomía
Palabras clave
Extensión
Contaminación del aire
áreas urbanas
Modelos de dispersión
Enfoques numéricos
Tasa de emisión
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 8
Citaciones: Sin citaciones
La rápida predicción de la extensión y el impacto de las liberaciones accidentales de contaminación del aire es importante para permitir una respuesta rápida e informada, especialmente en las ciudades. A pesar de esta importancia, solo un pequeño número de estudios de caso están disponibles que estudian la dispersión de contaminantes del aire provenientes de incendios a corta distancia (O(1 km)) en áreas urbanas. Mientras se monitoreaban los niveles de contaminación en Southampton, Reino Unido, utilizando sensores de bajo costo, se produjo un incendio en un anexo que contenía aproximadamente 3000 bobinas de película de nitrato de celulosa altamente inflamable y equipo de cine, lo que resultó en altos valores de PM medidos por los sensores aproximadamente 1500 m río abajo del sitio del incendio. Esto proporcionó una oportunidad única para evaluar los modelos de dispersión de contaminación del aire urbano utilizando datos observados para PM y las condiciones meteorológicas. Se utilizaron dos enfoques numéricos para simular el penacho del incendio transitorio: un modelo de dinámica de fluidos computacional de alta fidelidad con simulación de grandes remolinos (LES) integrado en el paquete de código abierto OpenFOAM, y un modelo de penacho gaussiano de menor fidelidad implementado en un paquete de software comercial: el Sistema de Modelado de Dispersión Atmosférica (ADMS). Ambos modelos numéricos pudieron reproducir cuantitativamente perfiles espaciales y temporales consistentes de la concentración de PM a aproximadamente 1500 m río abajo del sitio del incendio. Considerando las grandes incertidumbres inevitables, se llevó a cabo una comparación entre las mediciones de los sensores y las predicciones numéricas, lo que llevó a una estimación aproximada de la tasa de emisión, la temperatura y el inicio y la duración del incendio. La estimación del tiempo de inicio del incendio fue consistente con el informe de la autoridad local. Los datos de LES mostraron que el incendio duró al menos 80 minutos con una tasa de emisión de 50 g/s de PM. La emisión fue significativamente mayor que la de un incendio doméstico "normal" reportado en la literatura, lo que sugiere la crucial importancia de la estimación de emisiones y el monitoreo de la concentración de PM en tales incidentes. Finalmente, discutimos las ventajas y limitaciones de los dos enfoques numéricos, con el objetivo de sugerir la selección de modelos numéricos de respuesta rápida en varios niveles comprometidos de precisión, eficiencia y costo.
Descripción
La rápida predicción de la extensión y el impacto de las liberaciones accidentales de contaminación del aire es importante para permitir una respuesta rápida e informada, especialmente en las ciudades. A pesar de esta importancia, solo un pequeño número de estudios de caso están disponibles que estudian la dispersión de contaminantes del aire provenientes de incendios a corta distancia (O(1 km)) en áreas urbanas. Mientras se monitoreaban los niveles de contaminación en Southampton, Reino Unido, utilizando sensores de bajo costo, se produjo un incendio en un anexo que contenía aproximadamente 3000 bobinas de película de nitrato de celulosa altamente inflamable y equipo de cine, lo que resultó en altos valores de PM medidos por los sensores aproximadamente 1500 m río abajo del sitio del incendio. Esto proporcionó una oportunidad única para evaluar los modelos de dispersión de contaminación del aire urbano utilizando datos observados para PM y las condiciones meteorológicas. Se utilizaron dos enfoques numéricos para simular el penacho del incendio transitorio: un modelo de dinámica de fluidos computacional de alta fidelidad con simulación de grandes remolinos (LES) integrado en el paquete de código abierto OpenFOAM, y un modelo de penacho gaussiano de menor fidelidad implementado en un paquete de software comercial: el Sistema de Modelado de Dispersión Atmosférica (ADMS). Ambos modelos numéricos pudieron reproducir cuantitativamente perfiles espaciales y temporales consistentes de la concentración de PM a aproximadamente 1500 m río abajo del sitio del incendio. Considerando las grandes incertidumbres inevitables, se llevó a cabo una comparación entre las mediciones de los sensores y las predicciones numéricas, lo que llevó a una estimación aproximada de la tasa de emisión, la temperatura y el inicio y la duración del incendio. La estimación del tiempo de inicio del incendio fue consistente con el informe de la autoridad local. Los datos de LES mostraron que el incendio duró al menos 80 minutos con una tasa de emisión de 50 g/s de PM. La emisión fue significativamente mayor que la de un incendio doméstico "normal" reportado en la literatura, lo que sugiere la crucial importancia de la estimación de emisiones y el monitoreo de la concentración de PM en tales incidentes. Finalmente, discutimos las ventajas y limitaciones de los dos enfoques numéricos, con el objetivo de sugerir la selección de modelos numéricos de respuesta rápida en varios niveles comprometidos de precisión, eficiencia y costo.