Made available in DSpace on 2014-08-20T14:25:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_daniel_schuch.pdf: 1534096 bytes, checksum: 7a0aa04f35343a826f68cb23af11d80d (MD5) Previous issue date: 2011-09-23 / The present work shows an analytical solution for the two-dimensional advectiondiffusion equation applied to the dispersion of pollutants released in the Atmospheric Boundary layer. The problem is solved by the combination of the Laplace Transform and GILTT (Generalized Integral Laplace Transform Technique) techniques. This solution has no limitations regarding the turbulent diffusion coefficients and wind profile depending on the height. An arbitrary source is added to the advectiondiffusion equation to model the process of first order chemical reactions. The concentration fields obtained computationally are compared with experimental data available in the literature. / Esta dissertação apresenta uma solução analítica para a equação de advecçãodifusão bidimensional aplicada a dispersão de poluentes lançados na Camada Limite Atmosférica (CLA). A resolução do problema será com o uso das técnicas da Transformada de Laplace e GILTT (Generalized Integral Laplace Transform Technique). Esta solução é válida para qualquer coeficiente de difusão turbulenta e perfil de vento dependentes da altura. Um termo fonte arbitrário é adicionado à equação de advecção-difusão para modelar o processo de reação química de primeira ordem. Os campos de concentração obtidos computacionalmente são comparados com dados experimentais e da literatura.

Esta tese tem o objetivo de apresentar um modelo matemático, para simular a dispersão de poluentes na atmosfera, que considera a variação temporal do campo de vento e dos coeficientes de difusão turbulenta, além disso, representar uma fonte móvel através de fontes pontuais. Sendo assim, usa-se a ideia do método da decomposição de Adomian e a técnica GILTT (Generalized Integral Laplace Transform Technique) no intuito de resolver a equação de advecção difusão, a qual descreve o fenômeno citado. Ainda, implementa-se o modelo proposto com o conjunto de dados do experimento de OLAD (Over Land Alongwind Dispersion) e, por fim, comparam-se os resultados obtidos e os dados de concentração coletados no experimento mencionado. / This thesis aims to present a mathematical model to simulate the dispersion of pollutants in the atmosphere, which considers the temporal variation of the wind field and the eddy diffusivity. Moreover, it represents a moving source through point sources. To reach this goal, it uses the idea of the Adomian decomposition method together with the GILTT technique (Generalized Integral Laplace Transform Technique) in order to solve the advection-diffusion equation, which describes the phenomenon. It further implements the model proposed with the dataset of OLAD (Dispersion Over Land Alongwind) experiment and finally the results obtained and the concentration observed are compared.

Esta tese tem o objetivo de apresentar um modelo matemático, para simular a dispersão de poluentes na atmosfera, que considera a variação temporal do campo de vento e dos coeficientes de difusão turbulenta, além disso, representar uma fonte móvel através de fontes pontuais. Sendo assim, usa-se a ideia do método da decomposição de Adomian e a técnica GILTT (Generalized Integral Laplace Transform Technique) no intuito de resolver a equação de advecção difusão, a qual descreve o fenômeno citado. Ainda, implementa-se o modelo proposto com o conjunto de dados do experimento de OLAD (Over Land Alongwind Dispersion) e, por fim, comparam-se os resultados obtidos e os dados de concentração coletados no experimento mencionado. / This thesis aims to present a mathematical model to simulate the dispersion of pollutants in the atmosphere, which considers the temporal variation of the wind field and the eddy diffusivity. Moreover, it represents a moving source through point sources. To reach this goal, it uses the idea of the Adomian decomposition method together with the GILTT technique (Generalized Integral Laplace Transform Technique) in order to solve the advection-diffusion equation, which describes the phenomenon. It further implements the model proposed with the dataset of OLAD (Dispersion Over Land Alongwind) experiment and finally the results obtained and the concentration observed are compared.

Esta tese tem o objetivo de apresentar um modelo matemático, para simular a dispersão de poluentes na atmosfera, que considera a variação temporal do campo de vento e dos coeficientes de difusão turbulenta, além disso, representar uma fonte móvel através de fontes pontuais. Sendo assim, usa-se a ideia do método da decomposição de Adomian e a técnica GILTT (Generalized Integral Laplace Transform Technique) no intuito de resolver a equação de advecção difusão, a qual descreve o fenômeno citado. Ainda, implementa-se o modelo proposto com o conjunto de dados do experimento de OLAD (Over Land Alongwind Dispersion) e, por fim, comparam-se os resultados obtidos e os dados de concentração coletados no experimento mencionado. / This thesis aims to present a mathematical model to simulate the dispersion of pollutants in the atmosphere, which considers the temporal variation of the wind field and the eddy diffusivity. Moreover, it represents a moving source through point sources. To reach this goal, it uses the idea of the Adomian decomposition method together with the GILTT technique (Generalized Integral Laplace Transform Technique) in order to solve the advection-diffusion equation, which describes the phenomenon. It further implements the model proposed with the dataset of OLAD (Dispersion Over Land Alongwind) experiment and finally the results obtained and the concentration observed are compared.

Tendo em vista o aumento considerável da poltúção do ar provocado em grande parte pela industrialização e o aumento da emissão de poluentes resultantes da queima de combustíveis fósseis por veículos automotores, o presente trabalho tem como objetivo melhorar a previsão e o entendimento da dispersão turbulenta atmosférica. Para tanto, apresenta-se, pela primeira vez, uma representação analít ica para a equação de advecção-difusão-reação tridimensional transiente, com perfil de vento e coeficientes de difusão tmbulenta dependentes da altura, que modelam a dispersão de poluentes na atmosfera. A solução da equação é obtida pela combinação do método GILTT ( Generalized Integral Laplace Transform Technique) com o método da Decomposição de Adomian modificado. Consideram-se dois casos para a aplicação do modelo: no primeiro modela-se a dispersão de um poluente secundário formado por uma reação fotoquímica e no segundo caso, utiliza-se o modelo para determinar o campo de concentração de um poluente que sofre perdas e ganhos devido a influência da radiação solar. Para poder realizar essas análises propôs-se uma parametrização para o termo de reação fotoquímica. São apresentados os resultados numéricos e estatísticos, comparandose com os dados da campanha experimental da Usina Termelétrica de Candiota e com os dados de medições realizadas pela Fundação Estadual de Proteção Ambiental Henrique Luiz Roessler (FEPAM). / In view of the considerable increase of air pollution caused largely by industrialization and the increase of emission pollutants resulting from burning of fossil fuels by motor vehicles, the present work aims to improve the prediction and understanding of atmospheric turbu- lent dispersion. Therefore, is presented, for the rst time, an analytical representation to the transient three-dimensional advection-diffusion-reaction equation, with wind pro le and turbulent diffusion coefficients dependent of height, modeling the dispersion of pollutants in the atmosphere. The solution of the equation is obtained by combining of the GILTT method (Generalized Integral Laplace Transform Technique) with the modi ed Adomian Decomposition method. It is considered two cases for the application of the model: in the rst is modeled the dispersion of a secondary pollutant formed by a photochemical reaction, and in the second case the model is used to determine the concentration eld of a pollutant that suffers losses and gains due to the in uence of solar radiation. To realise these analisis a parameterization for the photochemical reaction term is proposed. Numerical and statistical results are presented, comparing with the experimental campaign data of the thermoelectric plant of Candiota and with data from measurements performed by the \Funda c~ao Estadual de Prote c~ao Ambiental Henrique Luiz Roessler" (FEPAM).

Submitted by Maria Beatriz Vieira (mbeatriz.vieira@gmail.com) on 2017-05-29T15:07:15Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) dissertacao_bruno_kabke_bainy.pdf: 1791571 bytes, checksum: fbfdf2a30e93aa9c1820193c665cd912 (MD5) / Approved for entry into archive by Aline Batista (alinehb.ufpel@gmail.com) on 2017-05-29T21:22:58Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) dissertacao_bruno_kabke_bainy.pdf: 1791571 bytes, checksum: fbfdf2a30e93aa9c1820193c665cd912 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-05-29T21:22:58Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) dissertacao_bruno_kabke_bainy.pdf: 1791571 bytes, checksum: fbfdf2a30e93aa9c1820193c665cd912 (MD5) Previous issue date: 2015-02-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Esta dissertação de mestrado propõe a elaboração inicial de um modelo para a dispersão de efluentes de foguetes e veículos espaciais. Neste estudo foi desenvolvida uma solução para a equação de advecção- difusão bidimensional transiente através da técnica GILTT, além de terem sido compilada da literatura algumas formulações para parâmetros micrometeorológicos e outras variáveis que representam fenômenos relevantes nas atividades de lançamento de foguetes. O modelo de dispersão foi testado com os experimentos de Hanford e Copenhagen com ótimos resultados. Além disso, foi rodado um caso particular para a região do Centro de Lançamentos de Alcântara para exemplificar e apresentar maiores detalhes do modelo. / This master thesis proposes a first attempt to elaborate a model for rocket exhaust dispersion. In this study, a solution to the time-dependant two-dimensional advectiondiffusion equation was obtained through the GILTT, as well as it assembles of some literature formulations for micrometeorological parameters and other variables which represent important phenomena in space vehicles launching. The dispersion model was tested against two experimental data, Hanford and Copenhagen, with great results, and an additional simulation was run using data from the Alcantara Launch Centre, aiming to exemplify and present aditional details of the model.

Tendo em vista o aumento considerável da poltúção do ar provocado em grande parte pela industrialização e o aumento da emissão de poluentes resultantes da queima de combustíveis fósseis por veículos automotores, o presente trabalho tem como objetivo melhorar a previsão e o entendimento da dispersão turbulenta atmosférica. Para tanto, apresenta-se, pela primeira vez, uma representação analít ica para a equação de advecção-difusão-reação tridimensional transiente, com perfil de vento e coeficientes de difusão tmbulenta dependentes da altura, que modelam a dispersão de poluentes na atmosfera. A solução da equação é obtida pela combinação do método GILTT ( Generalized Integral Laplace Transform Technique) com o método da Decomposição de Adomian modificado. Consideram-se dois casos para a aplicação do modelo: no primeiro modela-se a dispersão de um poluente secundário formado por uma reação fotoquímica e no segundo caso, utiliza-se o modelo para determinar o campo de concentração de um poluente que sofre perdas e ganhos devido a influência da radiação solar. Para poder realizar essas análises propôs-se uma parametrização para o termo de reação fotoquímica. São apresentados os resultados numéricos e estatísticos, comparandose com os dados da campanha experimental da Usina Termelétrica de Candiota e com os dados de medições realizadas pela Fundação Estadual de Proteção Ambiental Henrique Luiz Roessler (FEPAM). / In view of the considerable increase of air pollution caused largely by industrialization and the increase of emission pollutants resulting from burning of fossil fuels by motor vehicles, the present work aims to improve the prediction and understanding of atmospheric turbu- lent dispersion. Therefore, is presented, for the rst time, an analytical representation to the transient three-dimensional advection-diffusion-reaction equation, with wind pro le and turbulent diffusion coefficients dependent of height, modeling the dispersion of pollutants in the atmosphere. The solution of the equation is obtained by combining of the GILTT method (Generalized Integral Laplace Transform Technique) with the modi ed Adomian Decomposition method. It is considered two cases for the application of the model: in the rst is modeled the dispersion of a secondary pollutant formed by a photochemical reaction, and in the second case the model is used to determine the concentration eld of a pollutant that suffers losses and gains due to the in uence of solar radiation. To realise these analisis a parameterization for the photochemical reaction term is proposed. Numerical and statistical results are presented, comparing with the experimental campaign data of the thermoelectric plant of Candiota and with data from measurements performed by the \Funda c~ao Estadual de Prote c~ao Ambiental Henrique Luiz Roessler" (FEPAM).

Tendo em vista o aumento considerável da poltúção do ar provocado em grande parte pela industrialização e o aumento da emissão de poluentes resultantes da queima de combustíveis fósseis por veículos automotores, o presente trabalho tem como objetivo melhorar a previsão e o entendimento da dispersão turbulenta atmosférica. Para tanto, apresenta-se, pela primeira vez, uma representação analít ica para a equação de advecção-difusão-reação tridimensional transiente, com perfil de vento e coeficientes de difusão tmbulenta dependentes da altura, que modelam a dispersão de poluentes na atmosfera. A solução da equação é obtida pela combinação do método GILTT ( Generalized Integral Laplace Transform Technique) com o método da Decomposição de Adomian modificado. Consideram-se dois casos para a aplicação do modelo: no primeiro modela-se a dispersão de um poluente secundário formado por uma reação fotoquímica e no segundo caso, utiliza-se o modelo para determinar o campo de concentração de um poluente que sofre perdas e ganhos devido a influência da radiação solar. Para poder realizar essas análises propôs-se uma parametrização para o termo de reação fotoquímica. São apresentados os resultados numéricos e estatísticos, comparandose com os dados da campanha experimental da Usina Termelétrica de Candiota e com os dados de medições realizadas pela Fundação Estadual de Proteção Ambiental Henrique Luiz Roessler (FEPAM). / In view of the considerable increase of air pollution caused largely by industrialization and the increase of emission pollutants resulting from burning of fossil fuels by motor vehicles, the present work aims to improve the prediction and understanding of atmospheric turbu- lent dispersion. Therefore, is presented, for the rst time, an analytical representation to the transient three-dimensional advection-diffusion-reaction equation, with wind pro le and turbulent diffusion coefficients dependent of height, modeling the dispersion of pollutants in the atmosphere. The solution of the equation is obtained by combining of the GILTT method (Generalized Integral Laplace Transform Technique) with the modi ed Adomian Decomposition method. It is considered two cases for the application of the model: in the rst is modeled the dispersion of a secondary pollutant formed by a photochemical reaction, and in the second case the model is used to determine the concentration eld of a pollutant that suffers losses and gains due to the in uence of solar radiation. To realise these analisis a parameterization for the photochemical reaction term is proposed. Numerical and statistical results are presented, comparing with the experimental campaign data of the thermoelectric plant of Candiota and with data from measurements performed by the \Funda c~ao Estadual de Prote c~ao Ambiental Henrique Luiz Roessler" (FEPAM).

Na presente tese é apresentada uma nova solução analítica para a equação de ad-vecção-difusão bidimensional transiente para simular a dispersão de poluentes na atmosfera. Para tanto, a equação de advecção-difusão é resolvida pela combinação da transformada de Laplace e da técnica GILTT (Generalized Integral Laplace Transform Technique). O fechamento da turbulência para os casos Fickiano e não-Fickiano é considerado. É investigado o problema de modelagem da dispersão de poluentes em condições de ventos fortes e fracos considerando, para o caso de ventos fracos, a difusão longitudinal na equação de advecção-difusão. Além disso, foi incluída no modelo a velocidade vertical e avaliada sua influência considerando-se o campo de velocidades constante e também geradas via LES (Large Eddy Simulation), para poder simular uma camada limite turbulenta mais realística. Os resultados obtidos por essa metodologia são validados com resultados experimentais disponíveis na literatura. / In the present thesis it is presented a new analytical solution for the transient two- dimensional advection-diffusion equation to simulate the pollutant dispersion in atmosphere. For that, the advection-diffusion equation is solved combining the Laplace transform and the GILTT (Generalized Integral Laplace Transform Technique) techniques. The turbulence closure for Fickian and non-Fickian cases is considered. It is investigated the problem of modeling the pollutant dispersion in strong and weak winds considering, for the case of low wind conditions, the longitudinal diffusion in the advection-diffusion equation. Moreover, it was considered in the model the vertical velocity and its influence was evaluated considering velocities field constant and also generated by means of LES (Large Eddy Simulation), to simulate a more realistic turbulent boundary layer. The results attained by this methodology are validated with experimental results available in literature.

Na presente tese é apresentada uma nova solução analítica para a equação de ad-vecção-difusão bidimensional transiente para simular a dispersão de poluentes na atmosfera. Para tanto, a equação de advecção-difusão é resolvida pela combinação da transformada de Laplace e da técnica GILTT (Generalized Integral Laplace Transform Technique). O fechamento da turbulência para os casos Fickiano e não-Fickiano é considerado. É investigado o problema de modelagem da dispersão de poluentes em condições de ventos fortes e fracos considerando, para o caso de ventos fracos, a difusão longitudinal na equação de advecção-difusão. Além disso, foi incluída no modelo a velocidade vertical e avaliada sua influência considerando-se o campo de velocidades constante e também geradas via LES (Large Eddy Simulation), para poder simular uma camada limite turbulenta mais realística. Os resultados obtidos por essa metodologia são validados com resultados experimentais disponíveis na literatura. / In the present thesis it is presented a new analytical solution for the transient two- dimensional advection-diffusion equation to simulate the pollutant dispersion in atmosphere. For that, the advection-diffusion equation is solved combining the Laplace transform and the GILTT (Generalized Integral Laplace Transform Technique) techniques. The turbulence closure for Fickian and non-Fickian cases is considered. It is investigated the problem of modeling the pollutant dispersion in strong and weak winds considering, for the case of low wind conditions, the longitudinal diffusion in the advection-diffusion equation. Moreover, it was considered in the model the vertical velocity and its influence was evaluated considering velocities field constant and also generated by means of LES (Large Eddy Simulation), to simulate a more realistic turbulent boundary layer. The results attained by this methodology are validated with experimental results available in literature.