مطالعه و شبیه سازی حرکت و نشست ذرات کوچک تر از 200 میکرون در سرعت های مختلف باد با استفاده از نرم افزار فلوئنت

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی نفت و گاز، دانشگاه شیراز

2 استاد بخش مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی نفت و گاز، دانشگاه شیراز

3 استادیار بخش مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز، دانشگاه شیراز

10.29252/aridbiom.2019.1544

چکیده

مقابله با گرد و غبار نیازمند شناخت دقیق­تر عملکرد ذرات معلق در هوا و عوامل مؤثر بر آن است. به همین دلیل، حرکت ذرات گرد و غبار و نشست آن­ها، اهمیت ویژه­ای دارد. از میان روش­های مطالعه پدیده­های مربوط به این ذرات، شبیه­سازی به کمک رایانه به دلیل هزینه کمتر و عدم نیاز به تجهیزات آزمایشگاهی یا ماهواره­ای، مورد توجه است. هدف این پژوهش، شبیه­سازی حرکت و نشست ذرات گرد و غبار با اندازه بین 001/0 تا 200 میکرون از جنس رس، تحت­تأثیر سرعت باد 1، 3، 10 و 20 متر بر ثانیه بر روی زمین صاف و ساختمان­های فرضی با ارتفاع 6 و 12 متر می­باشد. نرم­افزار گمبیت برای ایجاد محیط شبیه­سازی و نرم­افزار فلوئنت برای حل معادلات پیوستگی و ناویر-استوکس به همراه معادلات آشفتگی به کار گرفته شده است. بر اساس نتایج، سرعت باد عاملی منفی در نشست ذرات گرد و غبار بر روی سطح زمین و ساختمان می­باشد و این موضوع مستقل از ارتفاع ساختمان است. در نتیجه، ذرات زیر میکرون ماندگاری بیشتری در هوا دارند و کمتر از 10 درصد نشست می­کنند پس می­توانند به نواحی دورتری انتقال یابند. هر چه ذرات بزرگتر باشند، مکانیزم گرانش در پدیده نشست آن­ها مؤثرتر است به گونه­ای که برای ذرات بزرگ­تر از 100 میکرون، میزان نشست بیش از 30 درصد به دست آمده است. در سرعت باد و اندازه ذرات یکسان، مانع سطحی 12 متری به دلیل جدایش جریان از سطح و ایجاد اغتشاش، نشست را به تعویق انداخته و حتی مقدار آن را برای ذرات کوچک­تر از میکرون به کمتر از 1 درصد کاهش می‌دهد. نشست این ذرات با سرعت باد تغییر نمی­کند ولی نشست ذرات بزرگ­تر از 10 میکرون با سرعت باد رابطه عکس دارد.

کلیدواژه‌ها


[1].   Abbasi, A. (2017). Modeling of dust storm motion and deposition. (M.Sc. thesis, Shiraz University), Shiraz (in Farsi).

[2].   Ackermann, I. J., Hass, H., Memmesheimer, M., Ebel, A., Binkowski, F. S. & Shankar, U. (1998). Modal aerosol dynamics model for Europe: Development and first applications. Journal of Atmospheric environment, 32(17), 2981-2999.

[3].   Asadi Lotfi, R., Alesheikh, A. A. & Behzadi, S. (2018). A review of the prediction models of dust and collecting techniques data. Journal  of Geospatial Engineering, 9(4), 51-66 (in Farsi).

[4].   Bird, R. B., Stewart, W. E. & Lightfoot, E. N. (2002). Transport Phenomena. (2nd ed.).

[5].   Clift, R., Grace, J. R. & Weber, M. E. (2005). Bubbles, drops, and particles. Courier Corporation.

[6].   Goudie, A .S. & Middleton. N. (2006). Desert dust in the global system, (1st Ed.). Springer-Verlag Berlin Heidelberg.

[7].   Hashemi, M. M. (2015). Numerical simulation of flow field and air pollutants (dust) with the aim of geometric and architectural optimization. (M.Sc. Thesis, Qom University), Qom (in Farsi).

[8].   Hashemi M. M., Moayyedi, M. K. & Jabbari, E. (2018). Numerical Simulation of Two-Phase Flow and Study Behavior of Aerosols and Dust Particles under Different Weather Conditions and Sedimentation Process of Dusts. Journal of Solid and Fluid Mechanics, 8(2), 251-264 (in Farsi).

[9].   Jabbari, E., Moayyedi, M. K. & Hashemi, M. M. (2016). Three-dimensional modeling of the flow of dust storm and the effect of building architecture on their distribution. 9th National Congress on Civil Engineering, Ferdowsi University (in Farsi).

[10].         Karegar, M. E., Bodagh Jamali, J., Ranjbar, A., Moeinoddini, M. & Goshtasb H. (2017). Simulation and Numerical Analysis of severe dust storms Iran East. Journal of Spatial Analysis Environmental Hazarts, 3(4), 101-119 (in Farsi).

[11].         Karegar, M. E., Bodagh Jamali, J., Ranjbar, A., Moeinoddini, M. & Goshtasb, H. (2016). Numerical Simulation of Extreme Sand and Dust Storm in East of Iran, by the WRF-Chem Model Case study; 31 May & 1 June 2011. Journal of Natural Environment, 69(4), 1077-1089 (in Farsi).

[12].         Malakooti, H. & Babahoseini, S. (2015). Formation and Evolution of a heavy dust storm over Middle East: A Numerical Case Study. journal  of Geography and Environmental Hazards, 12, 53-65 (in Farsi).

[13].         Moayyedi, M. K., Jabbari, E. & Hashemi, M. M. (2015). Eulerian-Lagrangian model for numerical simulation of flow field and air pollutant particles (dust) Case study: Central library building of Qom University. First National Conference on Sustainable Development in Energy, Water and Environment Engineering Systems. Iran University of Science and Technology. Tehran (in Farsi).

[14].         Moayyedi, M. K., Jabbari, E. & Hashemi, M. M. (2015). Numerical simulation of the field of flow and pollutants and the effect of building architecture changes on the distribution of dust. 16th Fluid Dynamics Conference, Razi University, Kermanshah (in Farsi).

[15].         Mohammadi Nejad, S. (2012). Evaluation of remote sensing methods in spatial-temporal analysis of the phenomenon of a recursion and its risk. (M.Sc. Thesis, Tarbiat Modares University), Tehran. (in Farsi).

[16].         Nikfal, A. H., Karami, S., Ranjbar Saadatabadi, A. & Sehatkashani, S. (2016). Capabilities of the WRF-Chem model in estimating the concentration of dust – A case study of a dust storm in Tehran. Journal of Environmental Sciences, 15(1), 115-126 (in Farsi).

[17].         Nikfal, A. H., Sehat Kashani, S., Karami, S. & Hossein Hamzeh, N. (2017). Evaluation of numerical models of EURAD and WRF-Chem in dust forcast (case study February 2015). 5th conference on air and noise pollution management, Razi Conference Center, Tehran (in Farsi).

[18].         Pourdeihimi S. & Bina M. A. (2015). Study of the Effect of Building Orientations on Reducing Dust in Building Groups, Case Study among Buildings in Dezful Urban Areas. Journal of Iranian Architecture Studies, 1(6), 41-63 (in Farsi).

[19].         Rashki, A. (2012). Seasonality and mineral, chemical and optical properties of dust storms in the Sistan region of Iran, and their influence on human health (Doctoral dissertation).

[20].         Wilcox, D. C. (2008). Formulation of the k-w turbulence model revisited. Journal of American Institute of Aeronautics and Astronautics, 46(11), 2823-2838.