High-order spectral simulations of the flow in a simplified urban environment: a study of flow statistics

Abstract

[ES] El estudio de los flujos urbanos ha sido un campo de interés en la mecánica de fluidos moderna por más de veinte años. El conocimiento de cómo se comporta el flujo de aire en los entornos urbanos presents muchos diferentes aplicaciones, como la planificación urbana, los estudios de calidad del aire o la predicción de propagación de contaminantes. Inicialmente, las metodologías utilizadas para estudiar este tipo de problema implicaban típicamente un enfoque experimental parcial o total. Esto es bastante inconveniente, ya que tiende a ser muy costoso. La mecánica de fluidos computacional turbulenta moderna ha mejorado las herramientas disponibles para estudiar el flujo turbulento urbano, ya que permite un enfoque completamente computacional. El objetivo principal del proyecto es desarrollar un conjunto de herramientas que permitan resolver sistemáticamente el flujo en un entorno urbano simplificado. La simulación de flujo se llevará a cabo a través de simulaciones LES de alta resolución mediante Nek5000. Luego, el flujo se analiza utilizando herramientas de estadísticas a medida, que permite obtener los parámetros promediados que se utilizan típicamente en el flujo turbulento. Además, el proyecto presenta un objetivo secundario, que es el desarrollo de una serie de rutinas que permitan analizar fácilmente los parámetros clave de las simulaciones turbulentas, como la resolución de la malla.

[EN] The study of urban flows has been a field of interest in modern fluid mechanics for now more than twenty years. The knowledge of how airflow behaves in urban canopies presents many different applications, such as urban planning, air quality studies, or the prediction of pollutant propagation. Initially, the methodologies used to study this kind of problem typically involved a partial or full experimental approach. This is rather inconvenient, as it tends to be highly costly. Modern turbulent computational fluid mechanics have enhanced the tools available to study urban turbulent flow as it allows a fully computational approach. The main objective of the project is to develop a set of tools that allow to systematically solve the flow in a simplified urban environment. The flow simulation will be carried through a Well-Resolved Large-Eddy Simulation" by means of the Nek5000 routines. Then the ow is analyzed using a custom-made statistic toolbox, that allows obtaining the averaged parameters that are typically used in the turbulent flow analysis. In addition, the project presents a secondary objective, which is the development of a series of routines that allow to easily analyze the key parameters of turbulent simulations, such as mesh resolution.