مطالعه و شبیه سازی حرکت و نشست ذرات کوچک تر از 200 میکرون در سرعت های مختلف باد با استفاده از نرم افزار فلوئنت

مقابله با گرد و غبار نیازمند شناخت دقیق تر عملکرد ذرات معلق در هوا و عوامل موثر بر آن است. به همین دلیل، حرکت ذرات گرد و غبار و نشست آن ها، اهمیت ویژه ای دارد. از میان روش های مطالعه پدیده های مربوط به این ذرات، شبیه سازی به کمک رایانه به دلیل هزینه کمتر و عدم نیاز به تجهیزات آزمایشگاهی یا ماهواره ای، مورد توجه است. هدف این پژوهش، شبیه سازی حرکت و نشست ذرات گرد و غبار با اندازه بین 0.001 تا 200 میکرون از جنس رس، تحت تاثیر سرعت باد 1، 3، 10 و 20 متر بر ثانیه بر روی زمین صاف و ساختمان های فرضی با ارتفاع 6 و 12 متر می باشد. نرم افزار گمبیت برای ایجاد محیط شبیه سازی و نرم افزار فلوئنت برای حل معادلات پیوستگی و ناویراستوکس به همراه معادلات آشفتگی به کار گرفته شده است. بر اساس نتایج، سرعت باد عاملی منفی در نشست ذرات گرد و غبار بر روی سطح زمین و ساختمان می باشد و این موضوع مستقل از ارتفاع ساختمان است. در نتیجه، ذرات زیر میکرون ماندگاری بیشتری در هوا دارند و کمتر از 10 درصد نشست می کنند پس می توانند به نواحی دورتری انتقال یابند. هر چه ذرات بزرگتر باشند، مکانیزم گرانش در پدیده نشست آن ها موثرتر است به گونه ای که برای ذرات بزرگ تر از 100 میکرون، میزان نشست بیش از 30 درصد به دست آمده است. در سرعت باد و اندازه ذرات یکسان، مانع سطحی 12 متری به دلیل جدایش جریان از سطح و ایجاد اغتشاش، نشست را به تعویق انداخته و حتی مقدار آن را برای ذرات کوچک تر از میکرون به کمتر از 1 درصد کاهش می‌دهد. نشست این ذرات با سرعت باد تغییر نمی کند ولی نشست ذرات بزرگ تر از 10 میکرون با سرعت باد رابطه عکس دارد.

Study and simulation of the movement and settlement of particles smaller than 200 microns under various wind velocities using Fluent software

Dust storm and its mitigation require indepth knowledge of prevailing parameters and their interaction. Accordingly, study of dust storm motion and its deposition have special significance. Among the dust storm studying methods, simulation is important because of its lower cost and independency on experiment or satellite. The goal of this study was to simulate the motion and deposition of clay dust storm particles with size of 0.001 to 200 micron affected by wind speed of 1, 3, 10 and 20 m.s1 on a smooth land and hypothetic obstacles with a height of 6 and 12 m. Gambit and Fluent are used for creating the simulation environment and solving the continuity and NavierStokes equations coupled with turbulence intensities equations. According to the results, wind speed is a negative factor for dust storm particle deposition on earth and obstacle surfaces and it is independent of the obstacle height. Therefore, particles under one micron remain primarily in the air and they deposit lower than 10 percent, so they can transfer to farther distances. The larger the particles, the more efficient the gravitational mechanism in their deposition phenomena; such a way that the deposition calculated more than 30 percent for particles larger than 100 microns. At the same wind speed and particle size, the 12m obstacle postpones the deposition because of the separation of the flow from the surface and turbulence and it also decreases the deposition of particles under micron to lower than 1 percent. The deposition of these particles doesn’t vary with wind speed but the one for particles larger than 10 micron is inversely proportional with wind speed.