مدل‌سازی جریان هوا و جابجایی ذرات شن اطراف تپه‌های کم ‌ارتفاع با بهره‌گیری از الگوی شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار دانشگاه قم، قم، ایران

2 کارشناسی ارشد دانشگاه قم، قم، ایران

چکیده

انتشار و توزیع ذرات گردوغبار از مهم­ترین مسائل در حوزه مطالعات محیط‌زیست می­باشد. انتقال ذرات گردوغبار تحت‌ تأثیر عوامل طبیعی و محیطی بوده و همواره اثرات مخربی بر محیط‌زیست و به‌ ویژه سلامتی افراد دارد. در پژوهش حاضر به شبیه­سازی عددی انتشار ذرات گردوغبار در اطراف تپه­های کم‌ارتفاع پرداخته شده ‌است. جابجایی ذرات گردوغبار تحت‌تأثیر عواملی چون سرعت جریان هوا، شرایط محیط، سطح و نیز جنس و ویژگی­های ساختاری خود ذرات می­باشد. به‌ منظور پیش­بینی دقیق میدان جریان و بررسی نحوه انتشار ذرات گردوغبار از روش عددی مبتنی بر الگوی شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ استفاده شده ‌است. صحت سنجی برای مدل، بر مبنای مقایسه نتایج حاصل از شبیه‌سازی با داده‌های آزمایشگاهی انجام شده است و دقت مناسبی را برای مدل­سازی مبتنی بر الگوی شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ نشان می‌دهد. در پژوهش حاضر شبیه­سازی عددی جریان سیال با ماژول فلوئنت از بسته نرم­افزاری انسیس انجام گرفته است. نتایج این پژوهش شامل تغییرات غلظت ذرات گردوغبار تحت ‌تأثیر عواملی مانند سرعت جریان هوا و نیز قطر خود ذرات ارائه شده و مورد بحث و بررسی قرار گرفته ‌است. نتایج نشان از افزایش میزان غلظت ذرات شن با کاهش قطر آن­ها از 200 میکرون به 20 میکرون در این مطالعه می­دهد. همچنین هرچه سرعت جریان هوای ورودی به دامنه محاسباتی بیشتر باشد، میزان غلظت ذرات بر روی سطح تپه و محیط اطراف آن کاهش می­یابد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Modeling of Air Flow and Sand Particles Emission around Low-Lying Hills Using Large Eddy Simulation

نویسندگان [English]

  • Mohammad Kazem Moayyedi 1
  • nikoo Ahadi 2
1 Assistant Professor, University of Qom, Qom, Iran
2 Master's degree, University of Qom, Qom, Iran
چکیده [English]

The emission and distribution of dust particles are of the most important issues in the field of environmental studies. The transfer of dust particles is influenced by natural and environmental factors and always has destructive effects on the environment and especially on people's health. In present research, the numerical simulation of the emission of dust particles around low-lying hills has been done. The emission of dust particles is influenced by factors such as airflow velocity, environmental conditions, surface and also the type and structural characteristics of the particles. In order to accurately predict the flow field and investigate the way of dust particles emission, a numerical method based on the large eddy simulation has been used. Validation of the model was performed based on the comparison of simulation results with the laboratory data. It shows an appropriate accuracy for modeling based on the large eddy simulation. In the current research, the numerical simulation of fluid flow has been done with the Fluent module from the Ansys software package. The results of this research, including changes in the concentration of dust particles under the influence of factors such as airflow velocity and the diameter of the particles, have been presented and discussed. The results show an increase in the concentration of sand particles by reducing their diameter from 200 microns to 20 microns in this study. Also, the higher velocity of the inlet air flow into the computing domain, the lower the concentration of particles on the surface of the hill and its surrounding environment.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Low lying hills
  • Large eddy simulation (LES)
  • Computational fluid dynamics (CFD)
  • Particles emission

Smiley face

مراجع

  1. 1. Safaei Pirooz, A. A., Flay, R., and Jahani, B. “Wind Flow over Complex Terrain: Comparison of RANS and Hybrid RANS/LES Simulations”, The 15th International Conference on Wind Engineering, Beijing, China, 2019.

    1. Sridhar, N., “Numerical Prediction of Wind Flow over Complex Terrain with Shallow and Steep Hills”, PhD Dissertation, Texas Tech University, Faculty of Mechanical Engineering, 2015.
    2. Petry, A. P., Loredo-Souza, A. M., Filho, D. G. R. D. F., Mattuella, J. M. L., and Oliveira, M. G. K., “Wind Tunnel and CFD Analysis of Wind Flow over a Complex Terrain”, Proceedings of The 12th German Wind Energy Conference-DEWEK, Bremen, Germany, 2012.
    3. Bose, R., and Yeo, D., “Simulations of Flow over an Axisymmetric Hill”, National Institute of Standards and Technology, https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs /TechnicalNotes/NIST.TN.2141.pdf, 2021.
    4. Matai, R., and Durbin, P., “Large-Eddy Simulation of Turbulent Flow over a Parametric Set of Bumps”, Journal of Fluid Mechanics, Vol. 866, pp. 503-525, 2019.
    5. Ding, L., and Street, R. L., “Numerical Study of the Wake Structure behind a Three-Dimensional Hill”, Journal of the Atmospheric Sciences, Vol. 60, No. 14, pp. 1678-1690, 2003.
    6. Huang, G., “Numerical Simulation of Solid Particle Transport in Atmospheric Boundary-Layer over Obstacles”, PhD Dissertation, Central College of Lyon, Faculty of Mechanics, Energetics, Civil and Acoustic Engineering, 2015.
    7. Kim, J. J., Baik, J. J., and Chun, H. Y., “Two- Dimensional Numerical Modeling of Flow and Dispersion in the Presence of Hill and Buildings”, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, Vol. 89, No. 10, pp. 947-966, 2001.
    8. Jamal, T., Chitta, V., and Walters, D. K., “Numerical Simulation of a Three-Dimensional Axisymmetric Hill: Performance Evaluation of Hybrid RANS–LES Models”, Journal of Fluids Engineering, Vol. 143, No. 10, 2021.
    9. Crasto, G. “Numerical Simulations of the Atmospheric Boundary Layer”, PhD Dissertation, University of Cagliari, Faculty of Engineering, 2007.
    10. Chrigui, M., “Eulerian-Lagrangian Approach for Modeling and Simulations of Turbulent Reactive Multi-Phase Flows under Gas Turbine Combustor Conditions”, Technical University of Darmstadt, Faculty of Mechanical Engineering, 2005.
    11. 12. Balogh, M., “Numerical Simulation of Atmospheric Flows using General Purpose CFD Solvers”, PhD Dissertation, Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Mechanical Engineering, 2014.
مکانیک سیالات و آیرودینامیک
دوره 11، شماره 2 - شماره پیاپی 30
پاییز و زمستان 1401
اسفند 1401
صفحه 137-146

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 20 مرداد 1401
  • تاریخ بازنگری: 27 مهر 1401
  • تاریخ پذیرش: 09 بهمن 1401
  • تاریخ انتشار: 11 اسفند 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار