Lattice-Boltzmann simulations of traffic-related atmospheric pollutant dispersion in urban areas
Simulations Lattice-Boltzmann pour la dispersion atmosphérique de polluants liés au traif croutier en milieu urbain
Résumé
The developing field of urban physics includes computational fluid dynamics (CFD) as a tool to model wind comfort, heat management and pollutant dispersion in cities. In particular, road traffic emissions significantly contribute to air pollution and should be considered in atmospheric dispersion simulations. To this end, the lattice-Boltzmann method (LBM) offers a promising alternative to traditional finite-volume CFD solvers in terms of computational cost and accuracy. At IFP Energies Nouvelles (IFPEN), a recent emission model relying on real-life driving data recorded with a mobile application was used to construct urban emission maps. However, it has not been coupled yet with a precise unsteady CFD solver, which could provide local unsteady and accurate information about local concentration fields. We propose to combine the LBM open-source code OpenLB with the emission model designed at IFPEN to simulate traffic-induced pollutant dispersion in an urban-like environment. The LBM code is used to solve the Navier-Stokes equations as well as the passive scalar transport with a double distribution function (DDF) approach. The solver is successfully validated on the well-known CODASC test case and a first evaluation of the impact of a representative urban setting on pollutant dispersion with non-uniform sources is proposed.
La discipline en plein essor de la physique urbaine inclut la dynamique des fluides numérique comme un outil pour modéliser le confort au vent, le confort thermique, la gestion de l'énergie et la dispersion de polluants dans les villes. En particulier, les émissions routières contribuent siginificativement à la déterioration de la qualité de l'air et doivent être prises en compte dans les modélisations numériques de la dispersion. Pour cela, la méthode Lattice-Boltzmann (LBM) offre une alternative crédible et prometteuse aux volumes finis traditionnels en termes de coût de calcul et de précision. Chez IFPEN, un modèle d'émissions routières a basé sur des données de conduite mesurées sur le terrain grâce à une application mobile a été développé récemment et permet de construire des cartographies d'émissions urbaines. Cependant, ce modèle n'a pas encore été couplé à un modèle de dispersion atmosphérique de haute fidélité, ce qui permettrait d'obtenir des informations précises sur les niveaux de concentration locaux asociés aux émisisons. Nous proposons donc de coupler le solveur LBM avec le modèle d'émissions IFPEN pour simuler la dispersion de polluants liés au trafic routier en ville. Le solveur CFD résout les équations de Navier-Stokes et une équation d'advection-diffusion pour le scalaire passif en utilisant une approche à deux fonctions de distribution (DDF). La validation est conduite sur le cas CODASC pour la dispersion en canyon et une première évaluation de la dispersion en géométrie réaliste en utilisant des sources non-uniformes est proposée.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)