Προσομοίωση της διασποράς αερίων ρύπων σε περίπλοκες τοπογραφίες με τη χρήση μοντέλου σωματιδίων τύπου Lagrange το οποίο βασίζεται στην εξίσωση Langevin
Creators: name: Δαβάκης, Ευστράτιος Σ.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2008
Subjects: Μοντέλα σωματιδίων τύπου Lagrange
Εξίσωση Langevin
Πειράματα πεδίου(ETEX-I, TRANSALP90, HANFORD, ΔΕΗ-Μεγαλόπολη)
Ενεργειακά φάσματα
Τυρβώδεις διακυμάνσεις
Lagrangian particle models
Langevin equation
Complex terrain
Dispersion in Quasi two-dimensional flow
Simulation of Real field experiment(ETEX-I, TRANSALP, HANFORD)
Power Spectra Density
Turbulent fluctuations

description: Αντικείμενο της διατριβής ήταν η ανάπτυξη μοντέλου κατάλληλου για την προσομοίωση της διασποράς αδρανών αερίων ρύπων πάνω από περίπλοκες τοπογραφίες. Το μοντέλο ονομάστηκε DIPCOT και βασίζεται πάνω στο πρότυπο των μοντέλων σωματιδίου τύπου Lagrange. Η ατμοσφαιρική διασπορά προσεγγίζεται με την εκτίμηση της τροχιάς υποθετικών σωματιδίων στα οποία μοιράζεται όλη η μάζα του ρύπου. Τα σωματίδια μετακινούνται με βάση τη μέση ταχύτητα του ανέμου και μία τυχαία διακύμανση, η οποία υπολογίζεται με τη χρήση της στοχαστικής διαφορικής εξίσωσης Langevin, και περιγράφει την τυρβώδη διάχυση. Η αξιολόγηση του μοντέλου έγινε με δεδομένα από 1)εργαστηριακά πειράματα, με αεροσήραγγα του Τμήματος Χημικών Μηχανικών του ΑΠΘ, όπου η διασπορά εξετάστηκε σε οινοεί δισδιάστατη ροή που αναπτύχθηκε μετά την αλληλεπίδραση ολκού(wake) πίσω κύλινδρο με τυρβώδες οριακό στρώμα, 2)πειράματα πεδίου(ETEX, TRANSALP) kai 3)πραγματικές εφαρμογές(έκλυση ραδιενεργού νέφους στο Hanford των ΗΠΑ και SO2 από εργοστάσια στη Μεγαλόπολη και στην περιοχή As Pontes(Ισπανία). Οι τεχνικές που ενσωματώθηκαν δίνουν τη δυνατότητα πρόβλεψης των μέσων πεδίων συγκεντρώσεων με πολύ καλή ακρίβεια. Η απόδοση του υπολογιστικού συστήματος είναι ικανοποιητική ακόμα και όταν τα μετεωρολογικά δεδομένα είναι περιορισμένα. Σε όσες περιπτώσεις συγκρίθηκαν με άλλα μοντέλα, παρουσιάζει επιδόσεις ανάμεσα στις καλύτερες. Επίσης ελέγχθηκαν πολλοί παράγοντες που επηρεάζουν την απόδοση του μοντέλου, όπως ο τρόπος μοντελοποίησης του όρου της επιτάχυνσης στην εξίσωση Langevin. Με βάση τα συμπεράσματα των αναλύσεων προτάθηκε μία νέα συνδυαστική προσέγγιση, η οποία για πρώτη φορά χρησιμοποιεί ταυτόχρονα δύο από της βασικές μεθόδους μοντελοποίησης(pdf και προσέγγισης ροπών), επιλύοντας θεωρητικά προβλήματα και βελτιώνοντας την απόοση του μοντέλου. Με τη χρήση δεδομένων από τα πειράματα στην αεροσήραγγα έγινε βαθμονόμηση μοντέλου αναφορικά με τη σταθερά της πειροχής αδράνειας του Kolmogorov. Προσδιορίστηκε ότι στο διάστημα 2-4 βελτιστοποιούνται οι προβλέψεις του μοντέλου και προτείνεται ως καλύτερη επιλογή η τιμή 2.5. Επιπλέον έγινε έλεγχος της δυνατότητας υπολογισμού χαρακτηριστικών της τυρβώδους μεταφοράς, όπως των διακυμάνσεων της ταχύτητας και θερμοκρασίας, και των ενεργειακών τους φασμάτων. Διαπιστώθηκε ότι το DIPCOT έχει τη δυνατότητα να παρέχει σημαντικές πληροφορίες για τις διακυμάνσεις της συγκέμτρωσης, όταν η ροή είναι πλήρως αναμεμιγμένη, αν και δεν είναι από την φύση του κατάλληλο για τέτοιους υπολογισμούς
description: The aim of this dissertation was to develop a model appropriate for the simulation of inert gases dispersion over complex topographies. in order to accomplish this, a Langarian particle dispersion model was developed, based on the stochastic differential equation langevin. The mass of each pollutant is distributed to a certain number of fictitious particles. The calculation of particle's trajectories simulates atmospheric dispersion. The particles are displaced according to the mean wind velocity while they also perform random motions to account for turbulent diffusion. The developed system, named DIPCOT, was evaluated against data from a wind tunnel experiment, where dispersion was simulated in a quasi two-dimensional flow produced by the interaction of boundary layer with the wake behind a cylinder. Dispersion simulations were also made in the case of the radioactive pollution in the Hanford area in USA, in the long range ETEX experiment, for an extremely complex terrain case of TPANALP field experiment and a for two releases of SO2, from Power Plant Facilities in Greece and Spain. The evaluation produce showed that the model performs quite well, even though its performance depends on the availability and the quality of the meteorological input data. The mean concentrations estimations are within acceptable ranges in most of the examined cases. Moreover, comparisons showed that the behavior of the new developed simulation code are comparable to that of opther dispension models, which have been applied in same experiments, and in most of the examined cases approaches the best-obtained values. Throughout the validation procedure features of the dispension model were also examined, as the effect of several parameters, that influences dispersion(such as the formulation and the values of Langevin equation coefficients) and its ability to estimate the instantaneous concentration and velocity fluctuations. The incorporation of a new proposal in the determination of the drift term in the Langevin equation and the use of values in the range between 2 and 4 for the Kolmogorov inertial subrange constant Co clearly improves the model performance(proposed value is 2.5). Even though the predictions of the instantaneous fluctuations do not expose the same level of credibility as the mean concentrations, the predictions distributions features are quite satisfactory when the flow is fully mixed