Characteristics of Flow and Dispersion in Step‒up Street Canyons

Abstract

도시 내 흐름과 확산 특성을 이해하기 위한 기본적인 단계로써 도시협곡 내 흐름 특성에 대하여 이해하는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 풍하측 건물이 풍상측 건물보다 더 높은 도시협곡 형태인 체승 (step-up) 도시협곡을 고려하여, 풍하측 건물에 대한 풍상측 건물의 높이비 (Hu/Hd)와 협곡 너비에 대한 건물의 너비비 (W/S) 변화에 따른 협곡 내 흐름과 확산 특성에 관한 실험을 수행하였다. 본 연구에서는 기상연구소와 서울대학교가 공동으로 개발한 전산유체역학 모델(CFD_NIMR_SNU)을 사용하여, 높이비가 0.33인 경우와 0.6인 경우에 대하여 너비비를 0.5부터 4까지 체계적으로 변화시키며 16가지 외관비에 대한 연구를 수행하였다. 먼저, 전산유체역학 모델 결과를 선행 풍동 실험 결과와 비교하여 체승 도시협곡 흐름장 재현 능력을 평가하였다 전산유체역학 모델은 선행된 풍동 실험 결과를 매우 현실적으로 재현함을 보였다. 모의 결과에서 3D 체승 도시협곡 내 흐름은 2D even-notch 협곡 내에서 발생하는 소용돌이 위치와 형태, touch-down point의 위치에서 차이를 보였다. 협곡 내 평균 속도(u, w)는 협곡 너비가 넓어짐에 따라 증가하다가, 너비비가 2인 경우부터, 협곡 위에서 들어온 흐름이 양끝으로 모두 빠져나가는 흐름이 형성되며 협곡 내 평균 속도가 너비비가 2보다 큰 경우 감소하기 시작한다. 이와 반대로, 협곡 내 평균 농도는 너비비가 2일 때 가장 낮게 나타나며, 협곡 내에서 형성되는 소용돌이의 영향을 받아 확산되는 것을 알 수 있었다. 오염물은 협곡 내 흐름 패턴을 따라 확산되며, 협곡 내 바닥과 풍상측 건물 부근에서 높게 분포한다. 2차 소용돌이가 발달하면서 풍하측 건물 모서리에서도 농도가 높게 나타났다.