Estudio numérico y experimental de los flujos atmosféricos y dispersión de contaminantes en entornos urbanos = Numerical and experimental study of atmospheric flows and pollutant dispersion in urban environment

Abstract

La contaminación atmosférica en entornos urbanos se ha convertido en los últimos años en uno de los problemas medio ambientales más importantes. Por este motivo, tanto las autoridades como la comunidad científica han prestado una atención especial al estudio de la calidad de aire dentro de las ciudades. Un ejemplo es el informe "Air pollution at street levels in European cities" (2006) realizado por la Agencia Europea de Medio Ambiente (European Environment Agency) donde se analiza la calidad del aire en calles de 20 ciudades europeas. Los picos más altos de concentración aparecen dentro de las ciudades, especialmente en el interior de las calles estrechas, y el tráfico fuente de emisión de contaminantes. El principal objetivo de este estudio es la contribución al conocimiento de los procesos físicos (circulaciones de aire y dispersión de contaminantes) que se producen en el interior de las calles y de la capa límite urbana. Con este objetivo, se realizan simulaciones con modelos CFD sobre geometrías similares a la de una ciudad. Los modelos están basados en las ecuaciones RANS, con diferentes modelos de turbulencia del tipo k-epsilon. También se hace uso de estudios experimentales realizados anteriormente para la validación de los resultados de los modelos. De esta manera, en el capítulo 3 se estudian las circulaciones de aire dentro de calles simétricas ya simétricas en 2D. Aquí se pone de manifiesto la influencia del edificio más alto sobre el flujo de aire dentro de las calles. En el capítulo 4 se estudian los flujos de aire sobre barrera cortavientos con distinta porosidad. De esta forma se analizan las barreras cortavientos como medida atenuante de las emisiones de polvo en zonas de acopios de material pulverulento. Se establece para la porosidad de la barrera un valor de 0.35 como el que produce un apantallamiento óptimo, y por tanto, una buena reducción de las emisiones de polvo. Además este estudio también permite contrastar distintos esquemas de cierre turbulento ya que se disponen de una buena base de datos experimentales en túnel de viento (IDR). Continuando con los escenarios en 2D, en el capítulo 5 se presenta un nuevo modelo largragiano de partículas (SLP-2D) desarrollado en la Tesis. Para contrastar sus resultados se llevaron a cabo dos tipos de validación: 1 ,- Simulando la concentración de contaminantes en un experimento en túnel de viento (Meroney et al., 1996). 2,- Simulando la concentración en dos calles reales. Para representar la ciudad de una manera más próxima a la realidad, en los capítulos 6 y 7 se simulan el flujo de viento y la dispersión de contaminantes sobre una matriz de cubos representando una ciudad. El capítulo 6 se centra en las características del patrón de flujo y su validación con medidas en túnel de viento, mientras que el capítulo 7 está enfocado en la dispersión de contaminantes buscando relaciones entre la posición de las emisiones y la concentración del trazador. Finalmente, en el capítulo 8 se describen las principales conclusiones y las líneas futuras de investigación.