مطالعه نحوه پراکندگی آلاینده‌ها می‌تواند کمک شـایانی به درک بهتر رفتار آن‌ها و ارائه راهکارهای موثرتر برای حذف یا کاهش غلظت آن‌ها کند. بررسی عملکرد تهویه طبیعی به عنوان ساده‌ترین و اقتصادی‌ترین راه برای حذف یا کاهش آلاینده‌ها از محیط داخل و همچنین آگاهی و درک رفتار ورود آلاینده منتشرشده از یک منبع خارجی به محیط داخل حائز اهمیت است. با وجود آنکه خطرناک‌ترین نوع آلاینده‌ها برای سلامتی انسان، ذرات معلق با قطر کمتر از 10 میکرون است، تاکنون در پژوهش‌های پیشین، آلاینده‌های گازی موجود در هوا بیشتر مورد توجه قرار گرفته‌اند. پیچیدگی‌های جریان تهویه طبیعی از جمله تغییـرات گذرا، هم‌بستگی جریان داخل و خارج، وجود گردابه‌های مقیاس کوچک در داخل، وجود گردابه‌های مقیاس بزرگ در خارج و همچنین وجود پدیده جدایی و الحاق مجدد جریان به سطح، سبب انتخاب روش مدل‌سازی شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ (LES) گردید. چالش اصلی در این راه، هزینه محاسباتی شبیه‌سازی هندسه تهویه طبیعی است که یک روش با قابلیت موازی و سریع را می‌طلبد. اخیراً روش لتیس بولتزمن (LBM) به عنوان یک رویکرد صریح با قابلیت پردازش موازی جهت شبیه‌سازی جریان‌های پیچیده از جمله جریان‌های چندفازی مورد توجه بوده است. در همین راستا در رساله حاضر، یک الگوریتم موازی به روش تلفیقی LBM-LES در محیط نرم‌افزاری OpenLB توسعه داده شده است تا رفتار جریان تهویه طبیعی حاوی ذرات معلق را پیش‌بینی و شبیه‌سازی کند. در راستای پردازش موازی کارآمد، تجزیه دامنه برای هر دو فاز جریان و ذرات، پخش مساوی ذرات روی هسته‌های پردازشی و گام برخورد تک مرحله‌ای در LBM-LES اعمال شد. همچنین از مدل‌های زیرشبکه SSLM و WALE به ترتیب در جریان داخلی و جریان تهویه طبیعی استفاده گردید و جهت ردیابی ذرات آلاینده، از رویکرد ردیابی اویلرین-لاگرانژین بهره برده شد. مدل مورد نظر در ابتدا برای جریان هوای حاوی ذرات معلق داخل یک ساختمان مدل به کار برده شد و خروجی آن به صورت کمی و کیفی با نتایج تجربی و عددی روش حجم محدود (FVM-LES) مقایسه گردید. نتایج حاکی از دقت مناسب روش LBM بود و نشان دادند با وجود نیاز روش LBM به حدود دو برابر تعداد سلول شبکه محاسباتی، درصد خطا نتایج میدان جریان 13% برای LBM و 21% برای FVM است. درصد خطا برای نتایج میدان ذرات 23% و 25% به ترتیب برای LBM و FVM بود.

 

روش لتیس-بولتزمن، شبیه‌سازی گردابـه‌های بزرگ، پراکندگی آلاینده‌ها، پراکندگی ذرات معلق، تهویه طبیعی، پردازش موازی