شبيه‌سازي عددي صعود پيرايه ستون دود در شرايط جوي خنثي

Numerical Simulation of a Plume Rise in Neutral Atmospheric Stability Condition

راه‌‌حل‌هاي متعددي براي محاسبه ميزان صعود پيرايه ‌ستون دود موجود است. دود هنگام خارج‌شدن از دودكش تحت تاثير باد جانبي قرار مي‌گيرد كه سبب خم‌شدن پيرايه ستون دود مي‌شود. سرانجام صعود پيرايه ستون دود متوقف و اين ميزان از صعود براي تعيين ارتفاع موثر نشر به ارتفاع واقعي دودكش اضافه مي‌‌شود. از آنجا‌‌ كه معادلات و مدل‌‌هاي موجود در زمينه صعود پيرايه ستون دود، بر اساس ساده‌‌سازي‌‌هايي به‌ دست آمده‌‌اند و بسياري از آن‌‌ها قادر به محاسبه دقيق صعود پيرايه ستون دود در شرايط جوي مختلف نيستند، مي‌توان صعود پيرايه ستون دود را در شرايط جوي مختلف با استفاده از نرم‌‌افزار فلوينت شبيه‌‌سازي كرد. در اين مقاله به ‌منظور شبيه‌‌سازي خيزش پيرايه ستون دود، يك دودكش با مشخصات معلوم در محيط گمبيت شبكه‌‌بندي شده، سپس اين شبكه‌‌بندي به نرم‌‌افزار فلوينت انتقال يافته است. در نرم‌‌افزار فلوينت با استفاده از امكانات تعريف توابع از سوي كاربر شرايط اوليه با نيمرخ‌‌هاي لايه مرزي جو در حالت خنثي وارد شده و سپس خيزش ستون دود در شرايط خنثاي جوي براي دودكشي داراي مومنتوم و شناوري اوليه در دو حالت شبيه‌‌سازي شده ‌است. در حالت اول شتاب جاذبه در نظر گرفته مي‌شود و در حالت دوم بدون در نظر گرفتن شتاب جاذبه ثقلي شبيه‌سازي شكل ‌مي‌گيرد. نتايج براي حالتي كه در آن شتاب جاذبه ثقلي لحاظ نشده 66 درصد بيشتر از نتايج حاصل از معادلات نيمه‌تجربي است، اما با در نظر گرفتن شتاب جاذبه ثقلي، قسمت زيادي از جرم خروجي از دودكش در اثر جاذبه به سمت زمين كشيده مي‌شود. بنابراين، غلظت آلاينده‌ها در ارتفاع دودكش كاهش مي‌يابد و به علت سبكي، بيشتر تحت تاثير نيروي شناوري قرار مي‌گيرد و مقدار صعود پيرايه ستون دود 5/2 برابر حالتي مي‌شود كه شتاب جاذبه ثقلي در نظر گرفته شده ‌است.

In this paper plume rise of emission of an air pollutant is simulated using Fluent software. There are several approaches to determine the height of a plume rise such as semi-empirical relations. Since the empirical relations cannot predict the height of plume rise accurately, therefore numerical simulation of this phenomena can be carried out and solve some challengesʹ. In the present work, the neutral stability condition of the atmosphere is setup using user defined function (UDF) facility of Fluent software by defining temperature, turbulence kinetic energy (TKE) profiles at the inlet of the atmospheric boundary layer. Temperature and TKE profiles present the stability properties of the atmospheric boundary layer. In order to evaluate the effect of the gravitational acceleration on plume rise (in different atmospheric stability condition), first, simulation has been done with taking account of the gravitational acceleration and then it has been ignored. Results are obtained based on a stack that is placed in neutral stability class of atmosphere and compared with the results of semi-empirical equations.