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Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10077/3512

Title: Development of a predictive LES model for the study of the pollutant dispersion in urban areas
Other Titles: DEVELOPMENT OF A LARGE EDDY SIMULATION MODEL FOR THE STUDY OF POLLUTANT DISPERSION IN URBAN AREAS
Authors: Stocca, Valentina
Supervisor/Tutor: Armenio, Vincenzo
Sreenivasan, Katepalli
Co-supervisor: Giaiotti, Dario
Del Frate, Stefania
Issue Date: 29-Apr-2010
Publisher: Università degli studi di Trieste
Abstract: In this thesis, a new large-eddy simulation solver, LES-AIR, has been developed, tested and applied to a practical situation of flow and pollutant dispersion in urban environments. The novelty of the present research resides in the application of a high resolution, accurate, CFD technique to the simulation of real-life flows. The code uses a body fitted curvilinear grid to account for the macro geometry such as terrain slopes, and is thus able to reproduce in detail the complex conditions typical of urban areas; by utilizing the technique of immersed boundaries, the code is also able to mimic the presence the micro complexities such as anthropic structures (i.e. buildings). The first part of the thesis presents a detailed description of the mathematical and numerical model on which the code is based. An extensive set of validation tests was performed in flow configurations having an increasing degree of complexity in terms of forcing and geometry. The numerical model thus validated is applied for obtaining flow and pollutant dispersion in the Servola-Valmaura suburban area of the city of Trieste in Italy. The pollutant was introduced into the domain from a line source near the ground, mimicking the emission from vehicular traffic. In spite of the idealizations inherent to the model, LES-AIR is able to predict the flow and dispersion patterns well, and has proven to be a reliable tool for adaptation in urban pollution studies.
Nella presente tesi è stato sviluppato, testato ed applicato ad un caso studio applicativo un nuovo solutore numerico, chiamato codice LES-AIR, capace di predire i campi di vento e la dispersione di nquinanti in ambienti urbani. La maggiore novità di questo lavoro risiede nell’utilizzo di una tecnica fluidodinamica molto accurata e ad alta risoluzione per la simulazione di flussi reali. Il codice LES-AIR è capace di riprodurre con grande dettaglio le geometrie complesse tipiche delle aree urbane tramite l’utilizzo congiunto di una griglia curvilinea, che si adatta all’ orografia del terreno, e della tecnica dei corpi immersi, con la quale vengono riprodotti gli ostacoli antropici, quali gli edifici. Nella prima parte della tesi viene fornita una descrizione dettagliata del modello matematico e numerico su cui si basa il codice. Il modello è stato validato per mezzo di un esteso set di casi test, aventi un grado crescente di complessit à in termini di forzanti e di configurazione geometriche. Il modello così validato è stato applicato alla riproduzione di un caso applicativo nel quale i campi di vento e la dispersione di un inquinante nella zona di Servola-Valmaura, situata nella periferia di Trieste, sono stati simulati. L’ inquinante è stato introdotto da una sorgente lineare posta in prosimità del terreno e rappresentante l’emissione derivante dal traffico cittadino. Nonostante le condizioni idealizzate di vento considerate, il codice LES-AIR si è dimostrato molto efficace nella predizione del flusso e della dispersione dell’inquinante e quindi si è attestato essere un valido strumento negli studi d’ inquinamento urbani.
PhD cycle: XXII Ciclo
PhD programme: FLUIDODINAMICA AMBIENTALE (ENVIROMENTAL FLUID MECHANICS)
Description: 2008/2009
Keywords: turbulence
large eddy simulation
urban boundary layer
urban athmospheric pollution
immersed boundary
wall models
stratification
sub grid model
Main language of document: en
Type: Tesi di dottorato
Doctoral Thesis
Scientific-educational field: ICAR/01 IDRAULICA
NBN: urn:nbn:it:units-8963
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