Numerical modeling of turbulent transport of impurities in a spatially inhomogeneous atmospheric environment

B.I. Boborakhimov

doi:10.71310/pcam.1_63.2025.06

Авторы

Б.И. Боборахимов Научно-исследовательский институт развития цифровых технологий и искусственного интеллекта Автор

DOI:

https://doi.org/10.71310/pcam.1_63.2025.06

Ключевые слова:

турбулентная диффузия, уравнения Навье-Стокса, ????−???? модель турбулентности, дисперсия загрязняющих веществ, городские воздушные потоки, численное моделирование, метод конечных разностей, экологическая безопасность

Аннотация

В данном исследовании представлена математическая модель турбулентного рассеяния загрязняющих веществ в городских воздушных потоках на основе уравнений Навье-Стокса и ????−???? модели турбулентности. В модель включены метеорологические параметры, источники выбросов и городские сооружения. Для решения уравнений используется численный метод конечных разностей. Вычислительные эксперименты демонстрируют закономерности концентрации загрязняющих веществ в городской среде. Результаты показывают, что турбулентность ветра и геометрия зданий существенно влияют на дисперсию. Модель может помочь в градостроительстве и экологической безопасности. Результаты моделирования подчеркивают важность циркуляции ветра в снижении загрязнения. В исследовании даны практические рекомендации по оптимизации градостроительства.

Библиографические ссылки

Batchelor G.K. 1967. An Introduction to Fluid Dynamics. // Springer. https://link.springer.com/book/10.1007/978-1-4612-4682-3

Kolmogorov A.N. 1941. The Local Structure of Turbulence in Incompressible Viscous Fluid for Very Large Reynolds Numbers. Springer. https://link.springer.com/article/10.1007/BF01341274

Smagorinsky J. 1963. General Circulation Experiments with the Primitive Equations. // Springer. https://doi.org/10.1175/1520-0469(1963)020<0223:GCEWTP>2.0.CO;2

Launder B.E., Spalding D.B. 1974. The Numerical Computation of Turbulent Flows. Springer. https://doi.org/10.1016/0021-9991(74)90029-2

Spalart P.R., Allmaras S.R. 1992. A One-Equation Turbulence Model for Aerodynamic Flows. La Recherche Aérospatiale. https://arc.aiaa.org/doi/10.2514/3.48238

Wilcox D.C. 2006. Turbulence Modeling for CFD. DCW Industries. https://www.dcwindustries.com/turbulence-modeling-for-cfd

Patankar S.V. 1980. Numerical Heat Transfer and Fluid Flow. Hemisphere Publishing. // https://www.taylorfrancis.com/books/mono/10.1201/9781482234213/numericalheat-transfer-fluid-flow-suhas-patankar

Togrul I.T., Pehlivan D. 2004. Modelling of thin layer drying kinetics of some fruits under open-air sun drying process // J. Food Eng. – Vol. 65, – 3. – P. 413–425.

Versteeg H.K., Malalasekera W. 1995. An Introduction to Computational Fluid Dynamics: The Finite Volume Method. Pearson Education. // https://www.pearson.com/store/p/introduction-to-computational-fluid-dynamics-thefinite-volume-method/P100000150280

Menter F.R. 1994. Two-Equation Eddy-Viscosity Turbulence Models for Engineering Applications. // AIAA Journal. https://doi.org/10.2514/3.12149

Pope S.B. 2000. Turbulent Flows. Cambridge University Press.

Davidson P.A. 2004. Turbulence: An Introduction for Scientists and Engineers. // Springer. https://doi.org/10.1093/acprof:oso/9780198722595.001.0001

Moukalled F., Mangani L., Darwish M. 2016. The Finite Volume Method in Computational Fluid Dynamics. // Springer. https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-319-16874-6

Schlichting H., Gersten K. 2016. Boundary-Layer Theory. // Springer. https://link.springer.com/book/10.1007/978-3-662-52919-5

Sharipov D., Muradov F., Akhmedov D. 2019. Numerical Modeling Method for Short-Term Air Quality Forecast in Industrial Regions. // Applied Mathematics E-Notes. https://doi.org/10.1051/matecconf/201818203002

Duraisamy K., Iaccarino G., Xiao H. 2019. Turbulence Modeling in the Age of Data. // Annual Review of Fluid Mechanics. https://doi.org/10.1146/annurev-fluid-010518-040547

Bae H.J., Lozano-Durán A., Moin P. 2018. Turbulence Spectra in Wall-Bounded Flows: Scaling Laws and Universality. // Journal of Fluid Mechanics. https://doi.org/10.1017/jfm.2018.499

Agresti A., Veraar M. 2024. Stochastic Navier–Stokes Equations for Turbulent Flows in Critical Spaces. // Communications in Mathematical Physics. https://link.springer.com/article/10.1007/s00220-023-04867-7

Brun C., Bertoglio J.P. 2008. Subgrid-Scale Models for Large-Eddy Simulations Based on Energy Spectrum Considerations. // Journal of Fluid Mechanics. https://doi.org/10.1017/S0022112008004396

Durbin P.A. 2021. Modern Developments in Turbulence Modeling. Annual Review of Fluid Mechanics. // https://doi.org/10.1146/annurev-fluid-011020-073553

Taira K., et al 2017. Modal Analysis of Fluid Flows. // AIAA Journal. https://doi.org/10.2514/1.J056060

Ishihara T., Gotoh T., Kaneda Y. 2009. Study of High-Reynolds Number Isotropic Turbulence. Annual Review of Fluid Mechanics. // https://doi.org/10.1146/annurev.fluid.010908.165203P. – P. 575–584.