Numerical study of near-field pollutant dispersion around a building complex emitted from a rooftop stack

• Main Author: Lateb, Mohamed
• Format: Others
• Published: École de technologie supérieure 2013
• Online Access: http://espace.etsmtl.ca/1251/1/LATEB_Mohamed.pdf; http://espace.etsmtl.ca/1251/2/LATEB_Mohamed%2Dweb.pdf

Le sujet de la pollution environnementale est d’une importance significative dans la couche limite atmosphérique, particulièrement dans les zones urbaines où elle est l’une des principales sources de la mauvaise qualité de l’air intérieur des habitations due à la contamination au niveau des prises d’air neuf. Dans les centres-villes où le niveau de la pollution de l’air extérieur est relativement élevé, on suppose généralement que la ventilation naturelle est incapable d’assurer une qualité d’air adéquate à l’intérieur des édifices. Par conséquent, les systèmes de ventilation mécaniques et d’air climatisé sont de plus en plus sollicités pour la "purification" de l’air introduit dans le bâtiment (Kukadia and Palmer, 1998). Il est évident que de tels systèmes n’arrivent pas toujours à produire de l’air propre à l’intérieur des édifices car plusieurs sources de pollution existent dans le voisinage extérieur (ex. gaz d’échappement des automobiles, émissions des cheminées de toit, poussières et débris transportés par le vent). Il est donc nécessaire de prendre en compte le contrôle de ces sources polluantes et la compréhension des mécanismes de dispersion en premier lieu afin d’évaluer correctement ces phénomènes nocifs. Cette thèse porte sur la dispersion et le transport des émissions polluantes de cheminée de toit d’un immeuble situé dans le sillage d’une tour voisine obtenus à l’aide de la modélisation numérique. L’objectif principal de ce travail est d’apporter une contribution vers une meilleure modélisation numérique de la dispersion des polluants atmosphériques. Pour ce faire, des expériences menées en soufflerie et sur le terrain ont été numériquement reproduites pour mettre en évidence les incertitudes relatives à la modélisation numérique du phénomène de dispersion. Dans la première étude de cet ouvrage, le comportement du champ de l’écoulement et du champ de concentration a été examiné autour du site considéré à l’aide de différents modèles de turbulence k − ���(c.-à-d. les modèles standard, re-normalization group (RNG) et realizable k − �). Les résultats montrent que le modèle realizable k − � donne de meilleurs résultats, comparés à ceux de la soufflerie, pour de petites hauteurs de cheminée et faibles vitesses d’émission du polluant. Le modèle RNG k − � performe mieux pour de grandes hauteurs de cheminée, quelle que soit la vitesse d’émission du polluant. Cependant, malgré la surestimation de la concentration par le modèle realizable k − �, ce dernier reste le seul capable de reproduirecorrectement l’évolution de la concentration dans la basse région entre les deux immeubles. Se basant sur ce résultat, la deuxième étude est consacrée à la capacité de la CFD à simuler un environnement contrôlé (essais de soufflerie) et non contrôlé (essais de terrain) à l’aide du modèle realizable k − �. Dans cette partie, les différentes étapes principales et nécessaires pour réaliser une étude numérique fiable et consistante de la dispersion sont détaillées. L’étude démontre que la CFD reproduit mieux un environnement contrôlé qu’un environnement non contrôlé. La troisième étude de cet ouvrage examine l’influence de deux paramètres importants reliés à la source de pollution, c.-à-d. la hauteur de cheminée et de la vitesse d’émission du polluant, sur les concentrations mesurées dans une soufflerie. Les résultats indiquent que l’augmentation de la hauteur a un effet similaire à l’augmentation de la vitesse d’émission sur la distribution des concentrations et que la nature de ces effets dépend de la façade de l’immeuble considérée. Par la suite, des recommandations sur les emplacements des entrées d’air frais sont formulées. Dans la dernière étude, le modèle de turbulence instationnaire "detached-eddy simulation" est analysé pour évaluer le champ de l’écoulement et le champ de la dispersion. Les résultats révèlent que la capture des fluctuations de l’écoulement est cruciale pour mieux reproduire la dispersion dans la région du sillage des immeubles. Par conséquent, l’avantage de l’approche instationnaire est illustré comparé aux méthodes tationnaires RANS qui donnent toutefois de bons résultats loin de la source de pollution. Les résultats de cette vaste recherche suggèrent d’exploiter d’avantage la modélisation numérique instationnaire pour les futurs travaux de recherche.