Véges és végtelen városok átszellőzésének vizsgálata numerikus áramlástani szimulációkkal

Investigation of the ventilation of finite and infinite cities using computational fluid dynamics simulations

Abstract

This study examines the dispersion of traffic-related air pollutants in the presence of vegetation using RANS-based CFD simulations applied to an idealized, infinite periodic urban geometry consisting of street canyons with a height-to-width aspect ratio of H/W = 0.5 and perpendicular cross-streets with H/W = 1 at L/H = 5 distances. Two distinct cases of pollutant dispersion are considered: we investigate (1) a single emission, representing typical wind tunnel configurations, enabling model validation, and (2) an infinite number of periodically repeated pollutant sources, modeling an infinitely large city. The results show that, for cities larger than 15-25 streets, sparse tree planting reduces near-ground pollutant concentration by 2.5–7.5% for wind directions close to parallel to the main streets (0° and 30°).

Kivonat

Jelen kutatás egy H/W = 0,5 magasság-szélesség oldalarányú utcakanyonokból és L/H = 5 távolságban elhelyezkedő, H/W = 1 oldalarányú keresztutcákból felépülő idealizált, végtelen periodikus városi geometria esetén elemzi a forgalmi eredetű szennyezőanyagok terjedését RANS CFD szimulációkon keresztül, növényzet jelenlétében. A szennyezőanyag-terjedés kétféle meghatározó esetben került vizsgálatra: egyetlen forrás esetén, és végtelen sok, periodikusan ismétlődő forrás figyelembevételével is. Az előbbi eset a szélcsatorna- mérésekben megszokott elrendezést modellezi, lehetőséget nyújtva a modell validálásra, míg az utóbbi egy „végtelenül nagy”, ismétlődő szennyezőanyag-kibocsátásokat tartalmazó várost közelít. Az eredmények alapján kimondható, hogy széliránytól függően a 15-25 utcánál nagyobb kiterjedésű városok esetén a párhuzamoshoz közeli szélirányokban (0°, 30°) a ritkán ültetett fák rendre 2,5% és 7,5%-kal csökkentik a talajközeli szennyezőanyag-koncentráció értékét.