بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله پراکندگی آلاینده هاي هوا در تنگه هاي خیابانی بالکن دار رایج در ایران به صورت عددي بررسی شده است. براي این منظور از متوسط رینولدز معادلات حاکم بر جریان آشفته به همراه مدل آشفتگی K-ε در فضاي دو بعدي استفاده شده است. محاسبات به کمک نرم افزار FLUENT انجام شده است. نتایج نشان می دهند که تجمع آلاینده ها روي دیوار پشت به باد بیشتر از دیوار رو به باد است. همچنین پارامتر متوسط تجمع آلودگی - θ - درون تنگه خیابانی بالکن دار رایج در کشور به مراتب بیشتر از تنگه هاي بدون بالکن است. با اعمال سیستم تهویه عابر پیاده درون تنگه خیابانی شاهد کاهش آلاینده ها هستیم.
مقدمه
آلودگی هوا یکی از مهم ترین مسائلی است که اثرات مستقیمی بر سلامتی افراد دارد.[1] انتشار آلاینده هاي ناشی از وسایل نقلیه موتوري اعم از سنگین ، نیمه سنگین و سبک در شهر ها می تواند مشکلاتی را براي سلامتی عابرین پیاده، رانندگان و مسافران بوجود آورد. آلاینده هایی همچون CO، CO2، NOX و هیدرو کربن هایی که از سوخت ناقص این گونه وسایل نقلیه منتشر می شود بر دستگاه تنفسی و میزان دید اثر نامطلوبی را برجا می گذارد.[2]
پارامترهاي فیزیکی همچون وضیعت قرار گرفتن ساختمان ها نسبت به هم، میزان آلاینده هاي ناشی از وسایل نقلیه و شرایط محیطی - مانند سرعت باد و جهت آن - بر فرایند پراکندگی آلاینده ها در تنگه هاي خیابانی حاکم است. اندازه گیري مقیاس کوچک مدل فیزیکی براي بررسی اثرات این پارامترها روي پخش آلاینده ها در تنگه هاي خیابانی انجام شده است.[3] در ضمن مطالعات لایه مرزي اتمسفري تونل باد براي مدل فیزیکی انجام شده است.[3]
این آزمایش شامل دو مدل فیزیکی تنگه خیابانی منفرد - خیابانی که در میان دو ساختمان احاطه شده است - و محیط شهري - تعدادي ساختمان با فاصله مساوي - که بین دو ساختمان منبعی با انتشار آلودگی پایدار - مانند اتان یا هگزافلوراید - براي شبیه سازي و مدل کردن آلاینده ها استفاده می شود. هر دو ساختمان و و خط منبع آلودگی در عرض تونل باد قرار دارند و باد به صورت عمود و مایل روي تنگه خیابانی اعمال می شود.
تجمع آلاینده ها در نقاطی که در سطح دیوار مشخص شده، اندازه گیري شده است. نتایج اندازه گیري شده نشان می دهد که سرعت باد، جهت باد و وضعیت قرار گرفتن آن ها اثر مهمی بر توزیع و پخش آلاینده ها دارد. ورتکس ایجاد شده در تنگه خیابانی باعث افزایش سطح آلاینده ها در طرف دیوار پشت به باد1 نسبت به طرف دیوار رو به باد2 است. توزیع تجمع آلودگی قبلا با داده هاي اندازه گیري آماري از لایه مرزي اتمسفري تونل باد بدست آمده است.[3]
در جایی دیگر کسانی مانند لی تل و مرونی توزیع تجمع آلودگی در حالت هاي دو بعدي و سه بعدي درون مدل تنگه ي خیابانی محیط شهري با استفاده از لایه مرزي تونل باد و به کار بردن روش - RNG - و - STANDARD - ازمدل آشفتگی k محاسباتی را انجام داده اند.[4] مشابه آن هانگ یک مدل محاسبات دو بعدي را براي دو نوع منبع آلودگی و با داده هاي میدانی مقایسه کرد..[5] هدف اصلی مطالعه حاضر ایجاد مدل عددي دو بعدي از تنگه ي خیابانی بالکن دار با نسبت ظاهري H/W= 1 - که Wو H به ترتیب عرض خیابان و ارتفاع ساختمان است - و منبعی از آلودگی که در وسط آن قرار دارد با تنگه خیابانی بدون بالکن است.
این تحلیل با روش - RNG - از مدل آشفتگی k انجام می گیرد. زیرا که روش RNG نسبت به روش هاي STANDARD و REALIZABLE بهترین انطباق را با داده هاي تجربی دارد. سپس به بررسی توزیع پراکندگی آلودگی و میزان تجمع آن ها درون تنگه خیابانی بدون بالکن، بالکن دار3 و بالکن دار همراه با دمش هواي تازه می پردازیم.
هندسه تنگه ي خیابانی
هندسه هاي پیش رو شامل یک تنگه خیابانی بدون بالکن با نسبت هندسی H/W=1 است - شکل. - 1 تنگه خیابانی بالکن دار دیگر با همین نسبت ولی با پیش آمدگی ساختمان ها در ارتفاع H/B=6 به میزان H/P=12 است - شکل. - 2 تنگه هاي خیابانی بالکن دار رایج در کشور ایران، حالتی از وضعیت هندسی شکل2 است.
جریان باد
جریان هایی که روي تنگه هاي خیابانی به صورت عمود عبور می کنند ، براي سرعت هاي بالاتر از 2/5 متر بر ثانیه با توجه به وضعیت قرار گرفتن ساختمان ها به سه رژیم جریانی تقسیم می شوند.[6] الف - جریان زبري جدا شدهH/W>0/3 4، ب - جریان تداخلی دنباله ايH/W~0/5 5 و پ - جریان سطحی 6.H/W~2 در حالت الف اثرات جریان هر مانع بر مانع دیگري تاثیر نمی گذارد; در حالت ب، فاصله ي بین دو مانع گردابه ها در هم تداخل دارند و حالت پ در فاصله بین هر مانع یک گردابه بزرگ می تواند فضا را در بر گیرد.
محاسبات عددي
دامنه محاسبات
پراکندگی آلودگی درون تنگه هاي خیابانی در وضعیت هاي مختلف توسط مرونی و همکارانش تحلیل شده است.[7] شکل 1 تنگه اي را با نسبت ابعادي H/W= 1 نشان می دهد - W و H ترتیب عرض و ارتفاع تنگه ي خیابانی می باشند - . مقادیر هاي W= 0/06m، H=0/06 m است. از طرفی در شکل - 2 - مقدار m B=0/01 و P=0/005m مقادیر پیشنهادي براي بررسی مدل است.
در هر دو مدل، خط منبع نیز داراي 0/0012m ارتفاع و 0/01m طول که در وسط تنگه قرار گرفته است و آلاینده ها به بصورت افقی از دو طرف آن خارج می شود. شبکه هاي استفاده شده به صورت مربعی بوده و دامنه محاسباتی مدل فیزیکی داراي0/18 m طول و 0/24 m ارتفاع می باشد. پس با توجه به مشخصات هندسی شکل 1 حالت جریان سطحی را در نظر می گیریم. براي جریان ورودي هوا بر روي سقف ساختمان، پروفیل عمودي سرعت باد با سرعت جریان آزاد uref=2m/s که به فرم قانون لگاریتمی بیان شده است..[8 ]
شرایط مرزي
در تنگه خیابانی منفرد شرایط مرزي ورودي را به صورت پروفیل سرعت عمودي لگاریتمی اعمال می کنیم که مقدار سرعت جریان آزاد آن uref =2 m/s است. نرخ جریان ورودي آلودگی مخلوطی از 4 لیتر بر ساعت اتان و 100 لیتر برساعت هوا را شامل می شود که به صورت مخلوط همگن از دو طرف به صورت افقی از کف خیابان منتشر می شود. دیوار ها را صاف در نظر می گیریم و بالاي دامنه شبکه را متقارن7 و خروجی را به صورت گرادیان فشار خروجی تعیین می کنیم. در مدل بالکن دار همراه با دمش هوا - شکل - 3، از طریق کانال8 هوا با استفاده از فن دمیده می شود. میزان سرعت 0/5 m/s را براي ورودي سرعت دمش درون تنگه به کار می بریم.
سیستم تهویه عابر پیاده
فرض کردن جریان هواي قابل قبولی که بتواند مدل واقعی CFD را تضمین کند، بسیار حائز اهمییت است. به همین منظور از معادله زیر براي تعیین دبی دمپینگ سیستم تهویه عابر پیاده استفاده می شود. با توجه به معادله - 9 - در این اینجا، مقادیر N=2 - تعداد کانالهاي دمنده - ، S=5mm - طول دهانه دمنده - ،L=1m - طول خیابان - و Udamper=./5m/s که به صورت دمش هوا درون تنگه خیابانی انجام می گیرد. با توجه به ساختار شهري و تنگه هاي خیابانی رایج در ایران، مقادیر ملاحظه شده بالا می تواند مقادیر قابل قبولی براي شبیه سازي مدل باشد..[10]
بررسی نتایج
تجمع آلاینده ها تجمع آلاینده ها روي دیوار پشت به باد با توجه به شکل - 4 - که نمودار بی بعد تجمع آلاینده ها روي دیوار پشت به باد نسبت به ارتفاع تنگه خیابانی نشان می دهد، ناحیه مربوط به عابر پیاده رو - از کف پیاده رو تا ارتفاع - 0/01 m در حالت بالکن دار نسبت به بدون بالکن مقدار K به میزان قابل توجهی افزایش یافته است. از طرفی با دمش هوا در تنگه خیابانی بوسیله فن، شاهد کاهش چشمگیري از آلاینده ها در ناحیه مذکور هستیم. با دمش هوا میزان تجمع تا 12 برابر کمتر از حالت بالکن دار بدون دمش و10برابر کمتر از حالت بدون بالکن است.
تنگه خیابانی بدون بالکن از کف خیابان تا ارتفاع 0/02m با شیب نسبتا زیادي از میزان آلاینده ها کاسته می شود. همچنین از ارتفاع 0/02 m تا 0/058 m با شیب کمتري از غلظت آلاینده ها کاسته می شود. در تنگه خیابانی بالکن دار بدون دمش، از کف خیابان تا ارتفاع m 0/01میزان تجمع آلاینده ها ثابت است ولی از این ارتفاع به بالا، شیب نسبتا زیادي را شاهد هستیم که از غلطت آلاینده ها کاسته می شود. در حالت بالکن دار همراه با دمش هواي تازه، تجمع آلاینده ها از کف خیابان تا ارتفاع 0/01 m ثابت است. برعکس دو حالت پیش، از ارتفاع 0/01 mتا 0/01 m غلظت آلاینده ها با شیب زیادي افزایش می یابد.
