Αριθμητική Προσομοίωση της επίδρασης Αστικής Γεωμετρίας & Ατμοσφαιρικής Ευστάθειας στη Διασπορά Ρύπων σε Αστικές Περιοχές : πείραμα MUST - Παππά, Βασιλική (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών, 2016)
Ο όρος ατμοσφαιρική ρύπανση αποδίδεται στην προσθήκη ουσιών (ρύπων) στην ατμόσφαιρα, ως αποτέλεσμα ανθρώπινης δραστηριότητας, που υπό φυσιολογικές συνθήκες δε θα υπήρχαν. Οι επιπτώσεις της στην υγεία του ανθρώπου και στο φυσικό περιβάλλον είναι καταστρεπτικές. Προτάσσεται λοιπόν η μελέτη των μηχανισμών διασποράς ρύπων ως μέσο βελτίωσης των συνθηκών διαβίωσης στις εστίες ρύπων, δηλαδή στα αστικά κέντρα. Η παρούσα εργασία έχει ως βασικό αντικείμενο τη διασπορά ενός παθητικού ρύπου σε ένα αστικό περιβάλλον. Η διασπορά ρύπων εξαρτάται κυρίως από την τυρβώδη ροή. Η τελευταία περιγράφεται από τις άλυτες μαθηματικά εξισώσεις Navier-Stokes, επομένως η χρήση αριθμητικών μεθοδολογιών κρίνεται επιτακτική για την επίλυση του προβλήματος. Η μεθοδολογία RANS(Reynolds-Averaged Navier Stokes) προτιμήθηκε για την επίλυση της ατμοσφαιρικής ροής. Στην παρούσα εργασία ενσωματώθηκε και επιλύθηκε, σε ήδη υπάρχον υπολογιστικό εργαλείο, η κατά RANS εξίσωση συγκέντρωσης του ρύπου. Ο κώδικας δοκιμάστηκε και πιστοποιήθηκε σε εφαρμογή πρακτικού ενδιαφέροντος από την οποία εξήχθησαν χρήσιμα συμπεράσματα. Η ακρίβεια του κώδικα εξασφαλίστηκε μέσω της προσομοίωσης του πειράματος πεδίου MUST(Mock Urban Setting Test).Μελετήθηκε η διασπορά της ρυπογόνου ουσίας του προπυλενίου υπό συνθήκες ευστάθειας. Η προσομοίωση αφορούσε τη δοκιμή 16 του πειράματος και αντιμετωπίστηκε ως ένα πρόβλημα μόνιμης κατάστασης(steady state). Οι εξισώσεις RANS επιλύθηκαν σε 3Δ καρτεσιανό υπολογιστικό πλέγμα και εφαρμόστηκε η μεθοδολογία της πολλαπλής τοπικής πύκνωσης. Η εν λόγω δοκιμή υποβλήθηκε σε ποικίλες προσομοιώσεις που αφορούσαν το αριθμητικό και φυσικό κομμάτι του προβλήματος. Συγκεκριμένα εξετάστηκαν η εφαρμογή δύο αριθμητικών σχημάτων (υβριδικό & BSOU), τεσσάρων διαφορετικών μοντέλων τύρβης (k-ε, MMK k-ε, k-ω,SST k-ω), διαφορετικοί τυρβώδεις αριθμοί Schmidt,διαφορετικές γωνίες πρόσπτωσης του ανέμου, διαφορετικές καταστάσεις ατμόσφαιρας(ευστάθεια, ουδέτερη, αστάθεια) και διαφορετικές οριακές συνθήκες. Σε όλες τις δοκιμές έγινε επιτυχής σύγκριση με τα πειραματικά δεδομένα του MUST.Η μελέτη και η επεξεργασία των αποτελεσμάτων κατέδειξαν ότι η καλύτερη προσομοίωση αποτελεσμάτων επιτυγχάνεται με μοντέλο τύρβης k-ω. Η μεταβολή του σχήματος διακριτοποίησης δεν δείχνει σαφή υπεροχή του ενός έναντι του άλλου. Ο τυρβώδης αριθμός Schmidt με τιμή μεταξύ ≥ 0.9, οδηγεί σε καλύτερη προσομοίωση, η διασπορά του ρύπου ευνοείται σε ασταθή ατμόσφαιρα και σε υψηλότερη θερμοκρασία περιβάλλοντος (302.15Κ). Τέλος συμπεραίνεται ότι η μέση συγκέντρωση του ρύπου είναι πολύ ευαίσθητη σε μικρές αποκλίσεις της προσπίπτουσας γωνίας του ανέμου.