Flow and scalar dispersion around Cheomseongdae are numerically investigated using a three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) model with the renormalization group (RNG) $k-{\varepsilon}$ turbulence closure scheme. Cheomseongdae is an ancient astronomical observatory in Gyeongju, Korea, and is chosen as a model obstacle because of its unique shape, that is, a cylinder-shaped architectural structure with its radius varying with height. An interesting feature found is a mid-height saddle point behind Cheomseongdae. Different obstacle shapes and corresponding flow convergences help to explain the presence of the saddle point. The predicted size of recirculation zone formed behind Cheomseongdae increases with increasing ambient wind speed and decreases with increasing ambient turbulence intensity. The relative roles of inertial and eddy forces in producing cavity flow zones around an obstacle are conceptually presented. An increase in inertial force promotes flow separation. Consequently, cavity flow zones around the obstacle expand and flow reattachment occurs farther downwind. An increase in eddy force weakens flow separation by mixing momentum there. This results in the contraction of cavity flow zones and flow reattachment occurs less far downwind. An increase in ambient wind speed lowers predicted scalar concentration. An increase in ambient turbulence intensity lowers predicted maximum scalar concentration and acts to distribute scalars evenly.
Derived was the scalar wave equation of optical fibers. Based on the derived equation, the dispersion characteristics of arbitrarily profiled fibers were analyzed. We applied the 1-D FEM employing quadratic interpolation fucntions to solve the scalar wave equation. To find the optimum index distribution of a fiber that has the ultra-low total dispersion, we analyzed QC fibers as objects. Adding 2$_{nd}$ and 3$_{rd}$ clads to DC fiber, we investigated the change of dispersion characteristics. We found the QC fiber parameters for which the dispersion was ultra-low flattened, less than 0.5 ps/km.nm for ${\lambda}=1.4~1.6{\mu}m$, and the dispersion value was as low as 0.20 ps/km.nm at ${\lambda}=1.55{\mu}m$.
광섬유의 스칼라 파동방정식을 토대로 임의의 굴절율 분포를 갖는 광섬유의 분산특성을 해석하였다. 스칼라 파동방정식을 해석하기 위해서 2차 보간함수를 사용한 1차원 유한요소법을 적용하였다. DC형 광섬유를 대상으로 하였으며, 총분산을 최소화할 수 있는 굴절율분포를 조사하였다. $\lambda=1.3, 1.55{\mu}m$두 파장에서 동시에 분산이 거의 0이 되는 설계치를 찾을 수 있었다. 그리고 $\lambda=1.4~1.7{\mu}m$에 걸쳐서 1.0ps/km.nm 이하의 평탄분산특성을 갖고 $\lambda=1.55{\mu}m$에서 0.65ps/km.nm의 분선을 갖는 설계치도 찾을 수 있었다.
In this study, the effects of trees on flow and scalar dispersion in an urban street canyon were investigated using a computational fluid dynamics (CFD) model. For this, we implemented the drag terms of trees to the CFD model, and compared the CFD-simulated results to the wind-tunnel results. For comparison, we considered the same building configuration as the wind-tunnel experiment. The trees were located at the center of street canyon with the aspect ratio (defined as the ratio of the street width to the building height) of 1. First, the flow characteristics were analyzed in the tree-free and high-density tree cases and the results showed that the CFD model reproduced well the flow pattern of the wind-tunnel experiment and reflected the drag effect of trees in the street canyon. Then, the dispersion characteristics of scalar pollutants were investigated for the tree-free, low-density tree and medium-density tree cases. In the tree-free case, the nondimensionalized concentration distribution simulated by the CFD model was quite similar to that in the wind-tunnel experiment in magnitude and pattern. The correlation coefficients between the measured and simulated concentrations are more than 0.9 in all the cases. As the tree density increased, nondimensionalized concentration increased (decreased) near the wall of the upwind (downwind) building, which resulted from the decrease in wind speed case by the drag effect of trees. However, the CFD model underestimated (overestimated) the concentration near the wall of upwind (downwind) building.
An efficient code has been developed to predict dispersion of indoor air pollutants The computing capability of the code has been compared with that of a commercial code inn a benchmark test. After that, the code has been employed to compute dispersion of a pollutant released from a new furniture, a kind of Sick Building Syndrome (SBS). A sofa which generates formaldehyde is implemented by using an immersed boundary method. Large Eddy Simulation (LES) is employed to obtain time-dependent velocity and scalar fields. LES has bee regarded as an academic tool, but the newly-developed code reveals a possibility of application of LES to practical problems, especially dispersion of indoor pollutants.
Flow visualization study has been conducted to simulate the turbulent dispersion behavior of a crossflow jet physically under the conditions of various thermal stratification in a wind tunnel. A smoke jet with the constant ratio of the jet to freestream velocity is injected normally to the cross flow of the thermally stratified wind tunnel(TSWT) for flow visualization. The typical natures of the smoke dispersion under different thermal stratifications such as neutral, weakly stable, strongly stable, weakly unstable, strongly unstable and inversion layer are successfully reproduced in the TSWT. The Instantaneous velocity and temperature fluctuations are measured by using a cold and hot-wire combination probe. The time averaged dispersion behaviors, the centerline trajectories, the spreading angles and the virtual origins of the cross jet are deduced from the edge detected images with respect to the stability parameter. All the general characteristics of the turbulent dispersion behavior reveal that the definitely different dispersion mechanisms are inherent in both stable and unstable conditions. It is conjectured that the turbulent statistics obtained in the various stability conditions quantitatively demonstrate the vertical scalar flux plays a key role in the turbulent dispersion behavior.
In this study, the effects of building-roof cooling on scalar dispersion in three-dimensional street canyons are investigated using a computational fluid dynamics (CFD) model. For this, surface temperature of building roof is systematically changed and non-reactive pollutants are released from street bottom in urban street canyons with the aspect ratio of 1. The characteristics of flow, air temperature, and non-reactive pollutant dispersion in the control experiment are analyzed first. Then, the effects of building-roof cooling are investigated by comparing the results with those in the control experiment. In the control experiment, a portal vortex which is a secondary flow induced by ambient air flow is formed in each street canyon. Averaged air temperature is higher inside the street canyon than in both sides of the street canyon, because warmer air is coming into the street canyon from the roof level. However, air temperature near the street bottom is lower inside the street canyon due to the inflow of cooler air from both sides of the street canyon. As building-roof temperature decreases, wind speed at the roof level increases and portal vortex becomes intensified (that is, downdraft, reverse flow, and updraft becomes stronger). Building-roof cooling contributes to the reduction of average concentration of the non-reactive pollutants and average air temperature in the street canyon. The results imply that building-roof cooling has positive effects on improvement of thermal environment and air quality in urban areas.
In this paper we develop a method for calculating a probability that a particular generalized variance is the smallest of all the K multivariate normal generalized variances. The method gives a way of comparing K multivariate populations in terms of their dispersion or spread, because the generalized variance is a scalar measure of the overall multivariate scatter. Fully parametric frequentist approach for the probability is intractable and thus a Bayesian method is pursued using a variant of weighted Monte Carlo (WMC) sampling based approach. Necessary theory involved in the method and computation is provided.
격자볼츠만 방법(LBM)을 이용하여 난류 경계층에서의 오염물질 확산에 대하여 수치계산을 수행 하였다. 난류 경계층 내의 유동을 모사하기 위하여 격자볼츠만 방법에 Smagorinsky 아격자 모델을 적용한 LB-SGS 모델을 사용하였으며, 오염물질의 확산을 모사하기 위하여 Passive-scalar 방법을 적용하였다. LB-SGS 모델의 신뢰성 검증을 위하여 Fackrell & Robins(1982)과 Raupach & Legg(1983)의 실험 조건과 동일한 조건하에서 수치계산을 수행하였고, 수치계산으로 얻어진 농도 분포를 실험값과 비교하였다. 이 결과로부터 LB-SGS 모델이 난류 경계층 내에서의 오염물질의 농도분포를 예측하는데 적합한 모델임을 알 수 있었다.
To evaluate the deposition amount on a ground surface, mesoscale numerical models coupled with atmospheric chemistry are widely used for larger horizontal domains ranging from a few to several hundreds of kilometers; however, these models are rarely applied to high-resolution simulations. In this study, the performance of a dry and wet deposition model is investigated to estimate the amount of deposition via computational fluid dynamics (CFD) models with high grid resolution. Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) simulations are implemented for a cone and a two-dimensional ridge to estimate the dry deposition rate, and a constant deposition velocity is used to obtain the dry deposition flux. The results show that the dry deposition rate of RANS generally corresponds to that observed in wind-tunnel experiments. For the wet deposition model, the transport equation of a new scalar concentration scavenged by rain droplets is developed and used instead of the scalar concentration scavenged by raindrops falling to the ground surface just below the scavenging point, which is normally used in mesoscale numerical models. A sensitivity analysis of the proposed wet deposition procedure is implemented. The result indicates the applicability of RANS for high-resolution grids considering the effect of terrains on the wet deposition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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