Análise e modelagem matemática da evolução temporal de emissões contínuas em um dossel urbano idealizado

dc.contributor.advisor1Goulart, Elisa Valentim
dc.contributor.advisor1IDhttps://orcid.org/0000000200510778
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/0014236670973457
dc.contributor.authorJorge, Larissa Santos Coutinho
dc.contributor.referee1Reis Junior, Neyval Costa
dc.contributor.referee1IDhttps://orcid.org/0000000261594063
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/4944106074149720
dc.contributor.referee2Furieri, Bruno
dc.contributor.referee2IDhttps://orcid.org/0000000297360250
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/6585455298349085
dc.contributor.referee3Marttens, Lya Lugon Cornejo Von
dc.date.accessioned2024-05-30T01:41:06Z
dc.date.available2024-05-30T01:41:06Z
dc.date.issued2022-12-19
dc.description.abstractThe present study evaluates the flow and dispersion of a scalar inside an array constituted by obstacles of rectangular dimensions. Numerical simulations are performed using a transient street network model, in whose basic idea is to divide an urban area into connected boxes, which may be streets or intersections. The purpose of the model is to provide the average concentration values within each location. It is known that in real situations, wind speed can be highly variable in time and space. Thus, modeling this information is not simple. When it comes to approaches based on computational fluid dynamics (CFD), results obtained from direct numerical simulations (DNS) are more representative of reality, since in this method all scales of a turbulent flow are resolved. Therefore, in this study, the flow and dispersion of a passive scalar through a network of streets idealized from data from DNS were evaluated, where initially, an analysis of the general characteristics of the dispersive process within the array was carried out, through the evaluation of the temporal evolution of velocities responsible for advective transport. It was verified that the velocities present a highly three-dimensional and fluctuating character among the streets of the array, with the greatest fluctuations occurring in street intersect regions. In addition, the results showed the influence of topological dispersion on the distribution of the climbing plume within the canopy, in which the intersection regions act by amplifying transport to the subsequent streets. In view of the above, the applicability of the street network model was verified based on comparisons with DNS data, demonstrating its ability to predict concentrations and the general behavior of the plume, where the main aspects associated with dispersion were evidenced. In view of this, in order to identify the influence of velocities on the scalar dispersion, reference data from DNSsimulations were adopted to obtain the results of the street network model. Being the velocities characterized in four different heights, 0.03125H, 0.25H, 0.5H and 0.75H. The concentration levels were generally more significant in places around the emission site. In addition, it was observed that as the velocity input data were modified, there were changes in the dispersive process, mainly with regard to the temporal variability of climbing between canopy streets. Finally, changes in concentration fluctuation levels within the canopy were also identified. It was evident that the concentration fluctuations were more intense in the whole area evaluated for the more stochastic velocity field, with the most significant occurring for velocities in regions close to the ground.
dc.description.resumoNo presente estudo são avaliados o escoamento e dispersão de um escalar dentro de uma matriz constituída por obstáculos de dimensões retangulares. São realizadas simulações numéricas utilizando um modelo de rede de ruas transiente, em que sua ideia básica consiste na divisão de uma área urbana em caixas conectadas, podendo estas ser ruas ou interseções. O objetivo do modelo é fornecer os valores de concentração média dentro de cada localização. É sabido que em situações reais, a velocidade do vento pode apresentar-se de maneira altamente variável, no tempo e no espaço. Dessa maneira, modelar essas informações não é algo simples. Em se tratando de abordagens baseadas em dinâmica dos fluidos computacional (CFD), resultados obtidos a partir de simulações numéricas diretas (DNS) são mais representativos da realidade, uma vez que nesse método todas as escalas de um escoamento turbulento são resolvidas. Diante disso, neste estudo foram avaliados o escoamento e dispersão de um escalar passivo através de uma rede de ruas idealizada a partir de dados provenientes de DNS, onde inicialmente, foi realizada uma análise das características gerais do processo dispersivo dentro do dossel, por meio da avaliação da evolução temporal das velocidades, responsáveis pelo transporte advectivo. Foi verificado que as velocidades apresentam caráter altamente tridimensional e flutuante por entre as ruas da matriz, com as maiores flutuações ocorrendo em regiões de interseções de ruas. Além disso, os resultados evidenciaram a influência da dispersão topológica na distribuição da pluma de escalar dentro do dossel, em que as regiões de interseção atuam amplificando o transporte para as ruas subsequentes. À face do exposto, a aplicabilidade do modelo de rede de ruas foi verificada a partir de comparações com dados de DNS, demonstrando a sua capacidade na predição das concentrações e no comportamento geral da pluma, onde os principais aspectos associados a dispersão foram evidenciados. À vista disso, com o objetivo de identificar a influência das velocidades na dispersão do escalar, foram adotados dados de referência provenientes de simulações DNS para a obtenção dos resultados do modelo de rede de ruas. Sendo as velocidades caracterizadas em quatro alturas distintas, 0,03125H, 0,25H, 0,5H e 0,75H. De um modo geral, os níveis de concentração mostraram-se mais significativos em locais no entorno do local de emissão. Além disso, foi observado que a medida em que os dados de entrada de velocidade foram modificados, ocorreram alterações no processo dispersivo, principalmente no que diz respeito a variabilidade temporal do escalar por entre as ruas do dossel. Por fim, alterações nos níveis de flutuação de concentração dentro do dossel também foram identificadas. Evidenciou-se que as flutuações de concentração foram mais intensas em toda área avaliada para o campo de velocidades mais estocástico, sendo as mais significativas ocorrendo para velocidades em regiões próximas ao solo.
dc.description.sponsorshipFundação Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
dc.formatText
dc.identifier.urihttps://dspace5.ufes.br/handle/10/16531
dc.languagepor
dc.publisherUniversidade Federal do Espírito Santo
dc.publisher.countryBR
dc.publisher.courseMestrado em Engenharia Ambiental
dc.publisher.departmentCentro Tecnológico
dc.publisher.initialsUFES
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Ambiental
dc.rightsopen access
dc.subjectModelo de rede de ruas
dc.subjectVelocidades instantâneas
dc.subjectFlutuações de concentração
dc.subject.br-rjbnsubject.br-rjbn
dc.subject.cnpqEngenharia Sanitária
dc.titleAnálise e modelagem matemática da evolução temporal de emissões contínuas em um dossel urbano idealizado
dc.typemasterThesis

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