Modelação do escoamento e da dispersão de poluentes atmosféricos em áreas urbanas

Mestrado em Poluição AtmosféricaInserindo-se no contexto actual da avaliação com meios computacionais da qualidade do ar em zonas urbanas, a presente dissertação documenta a aplicação do modelo FLUENT na simulação numérica do escoamento e da dispersão do monóxido de carbono (CO) com origem no tráfego rodoviário. Do conjunto de características mais relevantes deste modelo CFD, indicado para a modelação de escoamentos altamente complexos, é de salientar a capacidade de geração de malhas de cálculo não-estruturadas. O processo de validação do FLUENT compôs-se de duas vertentes distintas mas complementares. Numa primeira fase foram utilizados como base de comparação os campos de vento e concentração medidos em túnel-de-vento para uma situação urbana idealizada e de geometria simples. Os resultados obtidos evidenciaram um bom comportamento do modelo face à informação obtida experimentalmente. Na etapa seguinte foi avaliado o desempenho do FLUENT por intercomparação com o modelo de escala local VADIS, vocacionado especificamente para o estudo da qualidade do ar. Para tal, foi realizada a simulação da dispersão de CO num domínio de cálculo definido na Baixa Pombalina, em Lisboa, durante um período de 24 horas consecutivas. Com este caso de estudo ficou patente a influência da qualidade dos dados de entrada, em especial meteorológicos e de emissões, sobre a exactidão dos resultados. A geometria simples desta área permitiu desenvolver uma abordagem adequada à utilização do FLUENT neste tipo de estudos. O FLUENT foi subsequentemente aplicado na simulação da dispersão de CO na Avenida Liberdade, em Lisboa, para um período de 24 horas distinto do anterior. Este domínio de cálculo engloba um conjunto de edifícios, ruas e árvores que conferiram ao problema uma maior complexidade geométrica. O modelo garantiu uma grande flexibilidade na operação de malhagem, permitindo a obtenção da resolução adequada nas zonas mais problemáticas ou de maior interesse do escoamento, sem contudo sobrecarregar o cálculo em termos computacionais. As simulações realizadas revelaram um bom comportamento do modelo face às medições de qualidade do ar realizadas. A consideração das zonas arborizadas como volumes porosos permitiu a identificação do pronunciado efeito destes elementos sobre o escoamento. O trabalho realizado propôs-se contribuir para o desenvolvimento de metodologias adequadas à avaliação da qualidade do ar por intermédio da aplicação de uma ferramenta numérica do tipo CFD. Com o actual avanço tecnológico, os modelos com estas características terão certamente no futuro um papel de grande importância na elaboração de estratégias abrangentes e integradas de gestão ambiental, em particular em zonas urbanas onde um risco potencial para a saúde humana existe.Within the current context of air quality evaluation with computational means, the dissertation here presented documents the application of FLUENT model in the numerical simulation of flow and dispersion fields of carbon monoxide (CO) emitted by road traffic. Among the most relevant characteristics of this CFD model, suited for modelling highly complex flows, it should be emphasized the capacity of generating unstructured grids. Two distinct but complementary aspects constituted FLUENT’s validation process. In a first step the velocity and concentration fields measured in a wind tunnel using an idealized and simplified urban geometry were applied. The obtained results showed a good model behaviour in comparison with the experimental data. In the following step FLUENT’s performance was evaluated by the intercomparison with the local scale model VADIS, developed specifically for air quality assessment. The CO dispersion simulation was performed on a calculation domain defined at “Baixa Pombalina”, in Lisbon, for a 24 hours period. The quality of the input data, especially meteorology and emissions, showed a great influence over the results’ accuracy. The simple geometry that characterises this area allowed the development of an adequate approach for FLUENT application in this kind of studies. FLUENT model was subsequently used on the CO dispersion simulation in “Avenida da Liberdade”, also in Lisbon, during a 24 hours period distinct from the previous one. This domain is characterised by the presence of a group of buildings, streets and trees that result on a greater geometrical complexity. The model showed a good flexibility during the meshing procedure, allowing an adequate resolution in the most problematic or relevant zones of the flow, without making the computation too expensive in time. The performed simulations revealed a good performance of the model comparing with the air quality measurements. The introduction of trees as porous volumes allowed the identification of the pronounced effect of these elements over the flow. The performed work intended to contribute to the development of adequate methodologies for air quality evaluation through the application of CFD models. With the current technological progress, these numerical tools will certainly play on the future an important role in the elaboration of integrated environmental strategies, in particular at urban areas where a potential risk to human health exists