УДК 614.83.536.24

Купцов А.И., Исламхузин Д.Я., Гимранов Ф.М. «Модель турбулентности при расчете рассеивания газа в условиях городской застройки» VI Международная научно-практическая конференция молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники-2013». Уфа. 20-22 ноября 2013 г. «Сборник трудов VI Международной научно-практической конференции молодых ученых «Актуальные проблемы науки и техники-2013». Том II.». Уфа. Ноябрь 2013. с. 24-25

В настоящее время для прогнозирования рассеивания взрывоопасных газов и паров вокруг зданий используется два подхода решения: осредненные по Рейнольдсу уравнения Навье-Стокса (RANS) и моделирование крупных вихрей (LES). При этом первый подход решения намного выгоден с точки зрения затрат вычислительных ресурсов.

В случае RANS подхода решения, в условиях городской застройки, как правило, используют модель турбулентности k-ε realizable [1]. Выбор в пользу этой модели делают исходя из следующих предпосылок: данная модель хорошо зарекомендовала себя при моделировании течений, образующихся при вращении пограничных слоев под действием сильного положительного градиента давления, при разделении и рециркуляциях воздушных потоков вблизи зданий [2].

Однако опыт расчётов отрывных турбулентных течений за плохообтекаемыми телами (например, массив зданий) показал, что модели на основе уравнения для скорости диссипации ε предсказывают начало отрыва потока значительно ниже по течению, чем это наблюдается в экспериментах, причём расчётный размер рециркуляционной зоны и интенсивность движения в ней оказываются заниженными по сравнению с экспериментальными данными. В то же время оказалось, что другой класс моделей, где вместо уравнения переноса для ε используется уравнение для удельной скорости диссипации w = e/k (turbulence frequency — величина, обратная времени жизни крупных вихрей), приводит к лучшему согласию с экспериментом [3].

Одна из моделей RANS объединяет k–ω и k–ε модели – комбинированная модель сдвиговых напряжений (Shear Stress Transport, SST). Данную модель уже пытались верифицировать, в частности, в широко цитируемой статье [4]. Авторы [4] в своих расчетах использовали программный пакет CFX (заложенная там SST-модель хоть и незначительно, но отличается от модели, заложенной в пакете FLUENT) и не указали, какие они использовали граничные условия турбулентности на входной и выходной границах расчетной области. Так же отметим другую особенность SST-модели, указанный еще ее разработчиком Ментером — модель SST (RANS) хуже восстанавливает профиль ветра на расстояниях после препятствий, а, следовательно, и завышает концентрацию опасных газов [5].

Таким образом, необходимы дальнейшие теоретические и экспериментальные исследования возможности использования различных моделей турбулентности при расчетах рассеивания газа в условиях городской застройки для адекватной оценки величин концентраций как  вблизи зданий, так и на расстояниях от них.

Литература

1. Tauseef S.M., Rashtchian D., Abbasi S.A. // Journal of Loss Prevention in the Process Industries.– –№ 24.–P. 371–376.
2. Fluent Inc. Fluent 6.1. User’s Guide, Lebanon, 2003.
3. Снегирев А.Ю. // Высокопроизводительные вычисления в технической физике. Численное моделирование турбулентных течений. Изд-во Политехн. ун-та, СПб.––С. 143.
4. Sklavounos S., Rigas F. // Journal of Hazardous Materials.– 2004.–№1.–P. 9–20.
5. Menter F.R., Kuntz M., Langtry R. // Turbulence, Heat and Mass Transfer.–2003.–№–P. 625–632.