Turbulent Dispersion Modeling of Environmental Discharges

 

This article was contributed by Daniel Valero, FH Aachen, winner of Flow Science’s 35th Anniversary Simulation Contest.

환경적 배출 및 유출 구조는 전통적으로 복잡하고 비용 집약적이며 시간이 많이 소요되는 실험 연구를 통해 설계되었습니다. 일체형 접근 방식에 기초한 일부 모델은 제한 사항에도 불구하고 일반적으로 사용되지만 오염 물질 재투입 또는 강한 역효과를 초래하는 방출은 그러한 모델의 가설 밖에 있습니다. 따라서 오염 물질 확산을 위해 전체 3D모델을 사용하면 강과 강 어귀의 실제 오염 물질 분산에 대한 이해를 향상시킬 수 있습니다. 마찬가지로 전체 환경 수질 및 생물학적 조건을 개선하기 위해 경계면의 제트를 모델링과 다른 위치점을 테스트할 수 있다.

본 연구에서는 제트방전을 실험적 및 수치적으로 모델링 합니다. 그리고 전단 영역에서 난류분산의 추정치를 얻을 수 있습니다. 난류 모델링의 경우 k-ε RNG 모델은 자유표면 추적을 위한 VOF방법과 함께 사용됩니다. 난류 운송의 적절한 모델링을 보장하는 오염물질 유도를 위해 단일상태의 2차 압력식이 사용됩니다. 업스트림흐름은 제트를 변형하여 재순환이 일어나는 측면 groin필드로 미는 것이 관찰됩니다. FLOW-3D와 함께 물리적 인 모델링은 난류의 슈미트 수를 얻는데 사용되며, 이것은 강과 같은 유사한 오염 물질 분산 문제에 대해 FLOW-3D에서 사용될 수 있습니다. 경계가 있는 제트는 통계적으로 안정된 최종 솔루션의 경우에도 비정상적인 동작을 보여줍니다. 시각화를 쉽게 하기위해 오염 물질이 도달하는 범위를 나타내는 두 개의 등 농도면 (적색)과 (투명 흰색)이 표시됩니다. 결과적으로, 백색 iso-concentration 표면은 붉은 입자보다 더 큰 분산을 보여 주며, 후자는 첫 번째 표면 내에 완전히 포함되어있다. 이러한 경계의 선택은 실험실에서 사용되는 것과 유사한 방식으로 오염 물질 분산을 가시화 할 수 있게 해줍니다. 격자 간격은 실험 모델에서와 같이 5cm로 설정됩니다. 자연 환경에서 볼 수 있듯이, 제트 배출은 난기류이며 일시적인 평균화와 같은 몇 가지 후 처리 작업이 필요합니다.

수치 모델은 전단영역에서의 제트궤도와 충동에 대해 정확히 재현합니다. 전단 영역에서 흐르는 진동의 주파수는 groin 필드의 전반적인 재순환역학과 관련된 실험모델과 일치합니다. 시뮬레이션을 사용하여 이 흐름 구성에 적합한 슈미트 번호를 결정하고 난류 분산을 정확하게 포착할 수 있습니다.