Numerical simulation of pollutants dispersion by a finite element method based on control volumes

Abstract

A dispersão de poluentes no meio ambiente é um problema de grande interesse, por afetar diretamente a qualidade do ar, principalmente, nas grandes cidades. Ferramentas experimentais e numéricas têm sido utilizadas para prever o comportamento da dispersão de espécies poluentes na atmosfera. Códigos computacionais escritos na linguagem de programação fortran 90 foram desenvolvidos para obter simulações bidimensionais das equações de Navier-Stokes e de transporte de calor ou massa em regiões com obstáculos, variando a posição da fonte poluidora e simulações tridimensionais de equações de transporte arbitrando um campo de velocidade. Utilizaram-se, no primeiro caso, elementos finitos lagrangeanos quadrilaterais de quatro e de nove pontos nodais e no segundo, elementos lagrangeanos hexaedrais de oito e de vinte e sete pontos nodais. Os resultados numéricos de algumas aplicações foram obtidos e, quando possível, comparados com resultados da literatura apresentando concordância sastisfatóriaThe dispersion of pollutant species in the environment is a problem of interest due to the bad quality of the air that this can originate, mainly, in big cities. Numerical and experimental tools have been developed and used to predict the behavior of the dispersion of pollutants in the atmosphere. In this work, computational codes have been developed in Fortran 90 language to simulate the flow with heat and mass transfer by solving the Navier-Stokes equations and the transport equations in two-dimensional domains with obstacles inserted in the media representing for example an urban canyon. Simulations of the three-dimensional transport equations for a given profile of velocity have also been done. In the two-dimensional simulations, it was utilized finite element quadrilateral Lagrangians of four and nine nodes; and in the three-dimensional simulations, it was utilized hexaedral finite elements Lagrangians of eight and twenty-seven nodes. The numerical results of some applications have been obtained and, when possible, compared to results from the literature. Both presented satisfactory concordanc