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Communication Dans Un Congrès Année : 2022

Assessment of the drag porosity approach to model the atmospheric boundary layer over urban canopies

Résumé

This present work details the assessment of the drag-porosity model implemented in ARPS (Advanced Regional Prediction System) atmospheric LES solver with comparison with literature and previous experimental results obtained from the URBANTURB project. The flow inside an idealized urban canopy consisting of a staggered array of cubes with a plan area density of 25% modelled with the drag-porosity approach immersed into a neutral atmospheric boundary layer at high Reynolds is investigated. Besides one-points statistics, particular interest was given to the assessment of turbulent coherent structures and their characteristic scales with literature. An analysis of spectrograms, one- and two-dimensional spectra revealed the presence of typical structures found in smooth- and rough-wall bounded turbulent flows. Further investigation to identify the interaction mechanisms between large and small scales based on wavelength spectral filtering highlighted a non-linear mechanism as observed in literature. The goal of this paper is to assess the capacity of the drag-porosity approach to compute turbulent flows in the roughness sublayer and surface layer.
Le travail présenté ici se place dans un contexte d’étude des écoulements atmosphériques se développant au-dessus de canopées urbaines. Plus précisément, cette étude s’intéresse à l’évaluation du modèle de porosité-traînée implémenté dans le solveur atmosphérique au grandes-échelles ARPS (Advanced Regional Prediction System) avec la littérature et les résultats expérimentaux du projet URBANTURB. L’écoulement au-dessus d’une canopée urbaine idéalisée, se composant d’obstacles cubiques arrangés en quinconce avec une densité au sol de 25% modélisés par l’approche de porosité-traînée est étudié à travers des simulations atmosphériques neutres aux grandes échelles (LES) à haut Reynolds. En plus des statistiques en un point, un intérêt particulier à été dédié à l’évaluation des structures turbulentes cohérentes et de leur échelles caractéristiques, en comparaison avec la littérature. Une étude des spectrogrammes, et des spectres 1D et 2D ont révélé la présence de structures classiques caractéristiques d’écoulements turbulents se développant sur paroi lisse ou rugueuse. Un filtrage spectral des échelles les plus énergétiques a fait apparaître une interaction non-linéaire entre les petites et grosses structures. Le but de ce papier est d’étudier les capacités de l’approche porosité-trainée pour la reproduction d’un l’écoulement instationnaire au-dessus d’une canopée urbaine
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Dates et versions

hal-04281684 , version 1 (13-11-2023)

Identifiants

  • HAL Id : hal-04281684 , version 1

Citer

Quentin Bucquet, Isabelle Calmet, Laurent Perret. Assessment of the drag porosity approach to model the atmospheric boundary layer over urban canopies. 25e Congrès Français de Mécanique, Aug 2022, Nantes, France. ⟨hal-04281684⟩
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