Model tests of dynamic action on the atmospheric boundary layer – concentric configuration of ventilation towers with a central ventilation chimney

Aleksander Pistol,

Piotr Krajewski,

Andrzej Flaga,

Łukasz Flaga

Abstrakt

This paper describes model tests conducted in the Wind Engineering Laboratory of Cracow University of Technology on dynamic action on the atmospheric boundary layer in order to reduce the effects of air pollution and smog in urban areas. The paper focuses on vertical exhaust (ventilation chimney) and cooperation between a concentric system of ventilation towers and a ventilation chimney. The tests were conducted for different shapes and heights of ventilation chimneys, different diameters of the concentric system and different wind speeds provided by the ventilation towers. A heavy smoke visualisation was performed in order to qualitatively evaluate the efficiency of different solutions. The performed tests confirmed a sufficient level of efficiency of cleaning an area where the circular system is located.

Keywords: wind engineering, smog reduction, environmental engineering, urban ventilation, ventilation chimney, smoke visualisation

Badania modelowe dynamicznego oddziaływania na warstwę przyziemną atmosfery – konfiguracja koncentryczna wież wentylacyjnych z centralnym kominem wentylacyjnym

Streszczenie

Artykuł opisuje badania modelowe przeprowadzone w Laboratorium Inżynierii Wiatrowej Politechniki Krakowskiej dotyczące dynamicznego oddziaływania na warstwę przyziemną atmosfery w celu redukcji zanieczyszczenia powietrza i smogu w obszarach zurbanizowanych. Praca skupia się na pionowym wylocie powietrza (kominie wentylacyjnym) i współpracy pomiędzy koncentrycznym systemem wież wentylacyjnych i tym kominem. Pomiary zostały przeprowadzone dla różnych kształtów i  wysokości komina, różnych średnic pierścienia wież wentylacyjnych i różnych prędkości powietrza podawanych przez wentylatory. Wykonano wizualizację dymową dla określenia jakościowego wydajności różnych rozwiązań. Badania potwierdziły wystarczającą wydajność systemu do wyczyszczenia obszaru, w którym się znajduje.

Słowa kluczowe: inżynieria wiatrowa, redukcja smogu, inżynieria środowiska, przewietrzanie miast, komin wentylacyjny, wizualizacja dymowa 

References

[1] Buccolieri R., Salim S.M., Leo L. S., Di Sabatino S., Chan A., Ielpo P., de Gennaro G., Gromke Ch., Analysis of local scale tree – atmosphere interaction on pollutant concentration in idealized street canyons and application to a real urban junction, Atmospheric Environment 45, 2011, 1702–1713.

[2] Flaga A., Flaga Ł., Krajewski P., Augustyn A., Badania wstępne możliwości dynamicznego oddziaływania na warstwę przyziemną. Etap I – Pomiar pola prędkości przepływu i zasięgu strumienia powietrza generowanego przez modele wentylatorów/wież wentylacyjnych w różnych wariantach ich konfiguracji, Study report, Kraków 2017.

[3] Błażejczyk. K., System wymiany i regeneracji powietrza jako czynnik poprawy warunków aerosanitarnych i bioklimatycznych, B. Degórska, M. Baścik (ed.), Środowisko przyrodnicze Krakowa, Zasoby – Ochrona – Kształtowanie, IGiGP UJ, UMK, WGiK PW, Kraków 2013, 187–190.

[4] G. Spurr, The penetration of atmospheric inversions by hot plumes, Journal of Meteorology, Vol. 16, 1959, 30–37.

[5] Carpentieri M., Robins A.G., Wind tunnel experiments of flow and dispersion in a real urban area, The 7th International Conference on Urban Climate, 29 June – 3 July, Yokohama 2009.

[6] Flaga A., Flaga Ł., Krajewski P., Pistol A., Augustyn A., Badania wstępne możliwości dynamicznego oddziaływania na warstwę przyziemną. Etap II – Badania w tunelu aerodynamicznym pola prędkości przepływu generowanego przez układ wentylatorów/wież wentylacyjnych w konfiguracji promienistej i specjalny membranowy komin wentylacyjny, Study report, Kraków 2017.

[7] Flaga A., Flaga Ł., Krajewski P., Pistol A., Augustyn A., Badania wstępne możliwości dynamicznego oddziaływania na warstwę przyziemną. Etap III – Badania w tunelu aerodynamicznym wybranych zagadnień z Etapów I i II przy uwzględnieniu wpływu chropowatości podłoża, zabudowy miejskiej), Study report, Kraków 2018.

[8] Flaga A., Inżynieria Wiatrowa. Podstawy i zastosowania. Arkady, Warszawa 2008.