Un sistema acoplado de SIG y CFD para la simulación de la dispersión de la contaminación atmosférica en bloques urbanos
Autores: Wu, Qunyong; Wang, Yuhang; Sun, Haoyu; Lin, Han; Zhao, Zhiyuan
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Subcategoría
Astronomía
Palabras clave
Contaminación atmosférica
CFD
Bloques urbanos
Simulación
Dispersión
Visualización
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 6
Citaciones: Sin citaciones
La contaminación atmosférica es un problema crítico en los sistemas de salud pública. La simulación de la dispersión de la contaminación atmosférica en bloques urbanos, utilizando CFD, enfrenta varios desafíos, incluida la complejidad e ineficiencia del software CFD existente, la construcción que consume tiempo de la geometría de bloques urbanos en CFD y las limitadas capacidades de visualización y análisis de los resultados de la simulación. Para abordar estos desafíos, hemos desarrollado un sistema prototipo que acopla 3DGIS y CFD para simular, visualizar y analizar la dispersión de la contaminación atmosférica. Específicamente, se diseñó un algoritmo paralelo para la transformación de coordenadas, y se encapsularon los comandos relevantes para automatizar la construcción de la geometría y la malla requeridas para las simulaciones CFD de bloques urbanos. Además, el flujo de comandos basado en Fluent fue parametrizado y encapsulado, lo que permite la generación automática de archivos de flujo de comandos de cálculo de modelos para simular la dispersión de la contaminación atmosférica. Además, se introdujeron particiones espaciales de múltiples ángulos y análisis de visualización multidimensional espaciotemporal para lograr una expresión y análisis intuitivos de los resultados de la simulación CFD. El resultado muestra que la geometría construida es correcta y que la calidad de la malla cumple con los requisitos, con todos los valores por encima de 0.45. Los algoritmos paralelos de CPU y GPU son 13.3x y 25x más rápidos que el modo serial. Además, nuestro estudio de caso demuestra la efectividad del sistema desarrollado en la simulación, visualización y análisis de la dispersión de la contaminación atmosférica en bloques urbanos.
Descripción
La contaminación atmosférica es un problema crítico en los sistemas de salud pública. La simulación de la dispersión de la contaminación atmosférica en bloques urbanos, utilizando CFD, enfrenta varios desafíos, incluida la complejidad e ineficiencia del software CFD existente, la construcción que consume tiempo de la geometría de bloques urbanos en CFD y las limitadas capacidades de visualización y análisis de los resultados de la simulación. Para abordar estos desafíos, hemos desarrollado un sistema prototipo que acopla 3DGIS y CFD para simular, visualizar y analizar la dispersión de la contaminación atmosférica. Específicamente, se diseñó un algoritmo paralelo para la transformación de coordenadas, y se encapsularon los comandos relevantes para automatizar la construcción de la geometría y la malla requeridas para las simulaciones CFD de bloques urbanos. Además, el flujo de comandos basado en Fluent fue parametrizado y encapsulado, lo que permite la generación automática de archivos de flujo de comandos de cálculo de modelos para simular la dispersión de la contaminación atmosférica. Además, se introdujeron particiones espaciales de múltiples ángulos y análisis de visualización multidimensional espaciotemporal para lograr una expresión y análisis intuitivos de los resultados de la simulación CFD. El resultado muestra que la geometría construida es correcta y que la calidad de la malla cumple con los requisitos, con todos los valores por encima de 0.45. Los algoritmos paralelos de CPU y GPU son 13.3x y 25x más rápidos que el modo serial. Además, nuestro estudio de caso demuestra la efectividad del sistema desarrollado en la simulación, visualización y análisis de la dispersión de la contaminación atmosférica en bloques urbanos.