Modelos Rápidos para Predecir la Dispersión de Contaminantes dentro de Canopias Urbanas
Autores: Wang, Huanhuan; Furtak-Cole, Eden; Ngan, Keith
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Modelos Rápidos para Predecir la Dispersión de Contaminantes dentro de Canopias Urbanas
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Astronomía
Palabras clave
Modelo de dispersión de contaminantes rápido
Copas urbanas
Perfiles de viento medio
Difusión turbulenta
Ecuación de advección-difusión
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Citaciones: Sin citaciones
Se desarrolla un modelo de dispersión de contaminantes rápido para canopies urbanos al acoplar perfiles de viento medio a una parametrización de difusión turbulenta y resolver la ecuación de advección-difusión dependiente del tiempo. Se investiga el rendimiento de una representación simplificada y de grano grueso del campo de velocidad. Se predicen perfiles de viento medio promediados espacialmente dentro de regiones de promediado local o unidades repetitivas al resolver la ecuación de Poisson tridimensional para un conjunto de láminas de vórtices discretos. Para cada región de promediado, la difusión turbulenta se parametriza en términos del perfil de viento medio utilizando constantes empíricas derivadas de simulaciones de grandes remolinos (LES). Se obtienen resultados casi idénticos ya sea que las fluctuaciones turbulentas se especifiquen explícitamente o se use una difusividad efectiva en su lugar: cualquiera de las versiones del modelo de dispersión rápida muestra un mejor acuerdo con LES que el modelo de pluma gaussiana (por ejemplo, el error cuadrático medio normalizado dentro del canopy es varias veces menor). Las estadísticas de escala pasiva para un arreglo de edificios cúbicos regulares muestran un mejor acuerdo con LES cuando los perfiles de viento varían en la horizontal. La implementación actual es aproximadamente 50 veces más rápida que LES. Con su combinación de eficiencia computacional y precisión moderada, el modelo rápido puede ser adecuado para aplicaciones críticas en tiempo, como la modelización de dispersión en emergencias.
Descripción
Se desarrolla un modelo de dispersión de contaminantes rápido para canopies urbanos al acoplar perfiles de viento medio a una parametrización de difusión turbulenta y resolver la ecuación de advección-difusión dependiente del tiempo. Se investiga el rendimiento de una representación simplificada y de grano grueso del campo de velocidad. Se predicen perfiles de viento medio promediados espacialmente dentro de regiones de promediado local o unidades repetitivas al resolver la ecuación de Poisson tridimensional para un conjunto de láminas de vórtices discretos. Para cada región de promediado, la difusión turbulenta se parametriza en términos del perfil de viento medio utilizando constantes empíricas derivadas de simulaciones de grandes remolinos (LES). Se obtienen resultados casi idénticos ya sea que las fluctuaciones turbulentas se especifiquen explícitamente o se use una difusividad efectiva en su lugar: cualquiera de las versiones del modelo de dispersión rápida muestra un mejor acuerdo con LES que el modelo de pluma gaussiana (por ejemplo, el error cuadrático medio normalizado dentro del canopy es varias veces menor). Las estadísticas de escala pasiva para un arreglo de edificios cúbicos regulares muestran un mejor acuerdo con LES cuando los perfiles de viento varían en la horizontal. La implementación actual es aproximadamente 50 veces más rápida que LES. Con su combinación de eficiencia computacional y precisión moderada, el modelo rápido puede ser adecuado para aplicaciones críticas en tiempo, como la modelización de dispersión en emergencias.