Специализированная робастная CFD RANS микромасштабная метеорологическая модель для моделирования атмосферных процессов и переноса примеси в условиях городской и промышленной застройки

В последние годы в мировой практике существует тенденция к использованию специализированных CFD моделей в задачах вычислительной метеорологии. К таким задачам относится, в частности, задача обоснования безопасности промышленных объектов, в том числе радиационно-опасных. Эта тенденция обусловлена тем фактом, что применение универсальных инженерных кодов общего назначения требует изрядных вычислительных мощностей и связано это в первую очередь с необходимостью сгущения расчётной сетки к поверхностям земли и зданий для разрешения вязкого и промежуточного слоёв. С другой стороны, гауссовы модели не могут учесть сложные аэродинамические эффекты, возникающие при обтекании зданий сложной конфигурации, в том числе описать все тонкости обтекания сооружений примесью при атмосферных выбросах газо-аэрозольных веществ. Поэтому авторами была разработана робастная узкоспециализированная CFD-RANS модель и расчётный код для моделирования атмосферной дисперсии примеси в условиях сложной трёхмерной геометрии, не требующие сгущения сеток. Авторы работы провели верификацию этой модели на различных данных, полученных как в ходе натурных крупномасштабных, так и в ходе лабораторных туннельных экспериментов. Для этих целей была использована, в частности, рекомендованная международным экспертным сообществом база данных и соответствующие статистические характеристики соответствия рассчитанных и полученных в ходе экспериментов значения компонент скорости течения и концентрации примеси. Результаты верификации показали, что разработанная модель удовлетворяет приёмочным критериям качества моделирования наравне с зарубежными кодами общего назначения и узкоспециализированными кодами.

1. Michael Schatzmann, Helge Olesen, Jörg Franke: COST 732 Model Evaluation Case Studies: Approach and Results. University of Hamburg Meteorological Institute Centre for Marine and Atmospheric Sciences, 2010, http://www.mi.uni-hamburg.de/Official-Documents.5849.0.html

2. SoundPlan. MISKAM advanced. http://www.soundplan.eu/english/soundplan-air-pollution/miskam-advanced/

3. Stevens T. Chan, Martin J. Leach. A Validation of FEM3MP with Joint Urban 2003 Data. Journal of applied meteorology and climatology. Vol. 46. 2007. pp. 2127-2146 Data base CEDVAL at Hamburg University, http://www.mi.zmaw.de/index.php?id=432

4. Randerson D., Atmospheric science and Power production. Technical Information Center, Office of Scientific and Technical Information. United States Department of Energy. - Vol. 1. - [S.1.], 1994 INTERNATIONAL ATOMIC ENERGY AGENCY, Isotope Techniques in Water Resources Development and Management, C&S Papers Series No. 2/C, IAEA, Vienna (1999) (CD-ROM).

5. VDI (2005). Environmental meteorology - Prognostic microscale windfield models - Evaluation for flow around buildings and obstacles. VDI guideline 3783, Part 9. BeuthVerlag, Berlin.

6. V.V. Belikov, V.M. Goloviznin, U.V. Katishkov et. all Proceeding of IBRAE RAS/ Ed. By L.A. Bolshov Issue 9 Modeling of radionuclide transport in the environment. Мoskow:-Nauka, 2007.-229рр.

7. Deardorff D.W., Parameterization of the planetary boundary layer for use in general circulation models, Mon. Wea. Rev., Vol. 100, №2, 1972.

8. COST ES1006 - Best practice guidelines, COST action ES1006, april 2015. ISBN: 987-3-9817334-0-2

9. Special Issue Joint Urban 2003. Journal of Applied Meteorology and Climatology, Volume 46, Issue 12 (December 2007)

10. Jörg Franke, Antti Hellsten, Heinke Schlünzen and Bertrand Carissimo: Best practice guideline for the CFD simulation of flows in the urban environment. COST 732 report, Hamburg, 2007, ISBN: 3-00-018312-4

11. A Validation of FEM3MP with Joint Urban 2003 Data Stevens T. Chan and Martin J. Leach Lawrence Livermore National Laboratory, Livermore, California 94551, USA