격자볼츠만 방법을 이용한 도심지역 오염물질 확산에 대한 수치적 연구

Abstract

본 연구는 도심지역에서의 오염물질 확산에 대한 연구로써 수치해석을 통하여 그 결과를 비교하고 분석 하였다. 오염원의 위치는 바닥면에서 분출되는 경우(GLS: Ground level source)와 바닥면에서 떨어진 지점에서 분출되는 경우(ES: Elevated source)로 분류하여 해석하였다. 도심지역에서의 오염물질 확산의 현상을 나타내기 위하여 격자 볼츠만 방법에 큰 에디 모사를 적용한 격자 볼츠만 아격자 모델을 사용하였으며, Code의 검증을 위해 Fackrell과 Robins(1982)의 실험 결과와 기존 모델들과 비교, 분석하였다. 그 결과 오염원 근처와 바닥면에서 기존의 모델들보다 정확한 결과 값을 산출 할 수 있었다. Code의 검증 후 평평한 평판에 장애물을 설치한 수치 모델을 구성하였으며, 오염원의 위치에 따른 수치 해석과 다양한 장애물 형상에 따른 수치 해석을 수행하였다. 장애물의 형태는 크게 개방형 모델(Open country)와 도심형 모델(Urban roughness)로 구분하였으며, Oke(1987)에 의해 정의된 장애물의 높이와 간격에 따른 유동형태인 Isolated roughness flow(IRF), Wake interference flow(WIF), Skimming flow(SF)으로 구분하여 수치 계산하여 그 결과를 비교, 분석하였다. 기본적인 모델을 비교한 후 실제 도심 지형에 적용하기 위하여 3가지 형태의 모델을 구성하여 수치 계산하였으며, 그 결과에 대하여 분석하였다. 본 연구에서는 다양한 수치계산 모델을 구성하고 그 결과를 비교하여 오염원에 의해 발생된 오염 농도에 대한 분포를 분석하였고, 그 결과를 비교함으로써 오염원의 위치와 장애물의 형상에 따른 도심지형에서의 대기 오염 현상을 분석하였다.; The pollutant dispersion in a street canyon has been described in this study by using an two-dimensional lattice Boltzmann method coupled to the Smagorinsky sub-grid scale model. The pollutant source is divided ground-level source(GLS) and elevated source (ES). The obstacles were made a flat plate. The height of obstacle and distance of them were divided flow patterns as a isolated roughness flow, wake interference flow, skimming flow. The influence of the ratio between the height of the upstream and downstream canyon obstacles, as well as the gap distance between them was analyzed considering the situation of 'open country' and 'urban roughness'. The code for this research used large eddy simulation(LES) model by using lattice Boltzmann method(LBM).