Original paper

Numerical modeling of flow and pollutant dispersion in street canyons with tree planting

Balczó, Márton Gromke; Ruck, Bodo

Meteorologische Zeitschrift Vol. 18 No. 2 (2009), p. 197 - 206

published: May 13, 2009

DOI: 10.1127/0941-2948/2009/0361

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ArtNo. ESP025011802011, Price: 29.00 €

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Abstract

Numerical simulations of the impact of tree planting on airflow and traffic pollutant dispersion in urban street canyons have been performed using the commercial CFD (Computational Fluid Dynamics) code MISKAM. A k-ε turbulence model including additional terms for the treatment of vegetation, has been employed to close the Reynolds-averaged-Navier-Stokes (RANS) equations. The numerical results were compared to wind tunnel data. In the case of the investigated wind direction perpendicular to the street axis, the presence of trees lead to increased pollutant concentrations inside the canyon. Concentrations increased strongly on the upstream side of the canyon, while on the downstream side a small concentration decrease could be observed. Lower flow velocities and higher pollutant concentrations were found in the numerical simulations when directly compared to the experimental results. However, the impact of tree planting on airflow and concentration fields when compared to the treeless street canyon as a reference configuration were simulated quite well, meaning that relative changes were similar in the wind tunnel investigations and numerical computations. This feature qualifies MISKAM for use as a tool for assessing the impacts of vegetation on local air quality.

Kurzfassung

Numerische Simulationen über die Auswirkungen von Baumpflanzungen auf die Strömungsverhältnisse und die Ausbreitung von Verkehrsemissionen in städtischen Straßenschluchten wurden mit dem kommerziellen CFD (Computational Fluid Dynamics) Code MISKAM durchgeführt. Ein k-ε Turbulenzmodell mit speziellen Zusatztermen zur Vegetationsberücksichtigung kam zum Einsatz um die Reynolds-averaged-Navier-Stokes (RANS) Gleichungen zu schließen. Die numerischen Berechnungsergebnisse wurden mit Windkanalergebnissen verglichen. Im Fall der untersuchten Windrichtung senkrecht zur Straßenlängsachse führten die Baumpflanzungen zu im Mittel höheren Konzentrationen innerhalb der Straßenschlucht. Deutliche Konzentrationszunahmen waren an der leeseitigen Straßenschluchtwand zu verzeichnen, während an der luvseitigen Wand nur geringe Konzentrationsabnahmen zu beobachten waren. Die numerischen Simulationen ergaben geringere Windgeschwindigkeiten und höhere Schadstoffkonzentrationen gegenüber den experimentellen Ergebnissen. Jedoch wurden die Auswirkungen von Baumpflanzungen auf die Strömungs- und Konzentrationsfelder insofern zufriedenstellend simuliert, als dass die relativen Änderungen im Vergleich zur baumfreien Straßenschlucht als Referenzfall eine gute Übereinstimmung mit den Windkanalmessungen aufwiesen. Somit erweist sich MISKAM geeignet, den Einfluss von Vegetation auf die Luftqualität im Straßenschluchtbereich einzuschätzen.