CFD Analysis of the Effect on Buoyancy Due to Terrain Temperature Based on an Integrated DEM and Landsat Infrared Imagery

Análisis CFD de vientos convectivos naturales debidos a la temperatura de un terreno basado en un modelo DEM integrado con imágenes infrarrojas Landsat

El presente trabajo estudia la influencia de estructuras de concreto en la temperatura atmosférica y los vientos convectivos generados en el Valle de Aburrá en Medellín, Colombia. Esta zona se caracteriza por vientos de bajas velocidades con alta densidad industrial. Un modelo de elevación digital fue obtenido de la misión topográfica del radar Shuttle y post-procesado en aras de obtener un dominio volumétrico CFD válido. El proceso de construcción incluye el parchado de agujeros debidos a imperfectos en los datos originarios del radar, decimación de la nube de puntos original para reducir el exceso de detalle en regiones con baja curvatura y la generación de un volumen de aire sobre la superficie del terreno (Dominio CFD). Datos obtenidos de la misión satelital Landsat fueron utilizados para establecer temperaturas sobre el terreno para distintos materiales y fue mapeada sobre el terreno utilizando técnicas de interpolación. 

Las ecuaciones de Navier–Stokes fueron solucionadas para modelos de fenómenos de convección natural con efectos de flujo turbulento defluidos compresibles, tomando en cuenta efectos convectivos y de transferencia de calor. La simulación incluye convección y condiciones de turbulencia bajo el modelo k–epsilon utilizando las instalaciones de computación de alto desempeño de Westgrid (Western Canada Research Grid). Los resultados preliminares muestran distribuciones de viento comparables a las observadas en la región de baja altitud.

1 INTRODUCCIÓN

Las normas y los códigos de práctica del viento suelen suponer un terreno de rugosidad homogénea o proporcionan correcciones explícitas para topografías específicas, como colinas o escarpes. Para situaciones más complejas, remiten al practicante a las pruebas de túnel de viento de capa límite. Con la rápida evolución de los ordenadores y los algoritmos, la simulación numérica del viento a baja altura se ha vuelto muy atractiva, ya que proporciona una alternativa de bajo coste para evaluar los efectos del viento.

Este artículo presenta y discute una metodología para la evaluación numérica de los efectos de la flotabilidad sobre topografías complejas del terreno. La solución se obtiene resolviendo las ecuaciones de Navier-Stokes mediante el kit de herramientas OpenFOAM (Open Source FieldOperation and Manipulation) utilizando las instalaciones informáticas de alto rendimiento de Westgrid1.

Esta aplicación es especialmente útil para las regiones montañosas con una velocidad del viento reducida debido a la protección de las montañas.