Simulation des grandes échelles de la dispersion des traceurs passifs en site urbain: application à l'évaluation des zones de footprint - TEL - Thèses en ligne Access content directly
Theses Year : 2015

Large-eddy simulation of passive tracer dispersion in urban areas

Simulation des grandes échelles de la dispersion des traceurs passifs en site urbain: application à l'évaluation des zones de footprint

Abstract

The knowledge of heat and moisture transfers between the soil, the urban canopy and the atmosphere is a crucial requirement for the study of urban microclimatology. Within the urban context, where suburban districts are generally highly heterogeneous, the local measurement of these turbulent fluxes on a meteorological tower cannot be clearly interpreted without considering the contribution from the upwind surfaces. Several approaches are available for the determination of the source areas and their contribution to the measurement by means of the footprint function. The method applied in this work is based on large-eddy simulation of a passive scalar dispersion using the atmospheric model ARPS, in which a drag-force approach has been previously developed. This approach does not explicitly account for the presence of buildings, but allows representing the urban canopy influence on the turbulent flow from the ground up to top of the boundary layer, on a simulation domain large enough to cover the entire source area. The transport -diffusion equation has been implemented in this model for the numerical simulation of scalar dispersion. Several simulations of scalar dispersion released from point, line and area sources, within and above the idealised urban canopy have been performed in order to evaluate both the dispersion and footprint computation methods, and also to compare the results with simple analytical footprint models. An application to a real urban site, where dispersion measurements have been carried out during the experimental campaign FluxSAP, is also presented with the purpose of evaluating the developed numerical tools.
La connaissance des transferts de chaleur et d’humidité entre le sol, la canopée urbaine et l’atmosphère est nécessaire à l’étude des facteurs influençant le microclimat urbain. Lorsque le tissu urbain est hétérogène, la mesure locale des flux turbulents sur un mât météorologique ne peut être analysée sans considérer la contribution des surfaces situées en amont du mât. Différentes approches sont utilisées pour déterminer les zones sources et leur contribution à la mesure par l’intermédiaire de la fonction footprint. La méthode utilisée dans ce travail est basée sur la simulation des grandes échelles de la dispersion d’un scalaire passif, à l’aide du modèle ARPS dans lequel une approche de type porosité-traînée a été précédemment développée. Cette approche ne décrit pas explicitement les bâtiments, mais permet de représenter l’influence de la canopée urbaine sur l’écoulemen, depuis le sol jusqu’en haut de la couche limite et de travailler sur un domaine assez étendu pour englober toute la zone source. L’équation de transport-diffusion a été implémenté dans ce modele pour la simulation de la dispersion du scalaire. Des simulations de la dispersion d’un scalaire émis depuis des sources ponctuelles, linéiques et surfaciques à l’intérieur et au-dessus d’une canopée urbaine idéalisée sont menées pour évaluer la méthode de calcul de la dispersion et la méthode de calcul de la footprint. Une application en site urbain réel où des mesures de dispersion ont été spécialement réalisées durant la campagne expérimental FluxSAP est aussi présentée à des fins d’évaluation des outils numériques.
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tel-01255338 , version 1 (13-01-2016)
tel-01255338 , version 2 (10-02-2016)

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  • HAL Id : tel-01255338 , version 2

Cite

Vera Augusta Moreira Rodrigues. Simulation des grandes échelles de la dispersion des traceurs passifs en site urbain: application à l'évaluation des zones de footprint. Mécanique des fluides [physics.class-ph]. Ecole Centrale de Nantes (ECN), 2015. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01255338v2⟩
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