Estudio numérico de la isla de calor urbana en un dominio rural-urbano con porosidad variable

Ponente(s): Luis Gerardo Gutierrez Ibarra, Juan A. Licea-Salazar

La transferencia de calor y la dinámica de fluidos son tópicos ampliamente estudiados por la física y las matemáticas aplicadas involucrando métodos numéricos avanzados para lidiar con sus formas no lineales. Un fenómeno estudiado a partir de simulaciones numéricas es la isla de calor urbana (ICU). La ICU es una consecuencia negativa del incremento en la urbanización con un incremento en las temperaturas dentro de la ciudad respecto a sus alrededores. En particular nos interesa modelar dos comportamientos dentro de la ICU: la transición de la ciudad de ser una isla cálida durante el día a una isla fría durante la noche con respecto a la región rural que la rodea y el transporte de aire cálido por acción del viento. Para lograr lo anterior en este trabajo proponemos un modelo en EDPs de tipo Darcy-Brinkman-Forchheimer para modelar el campo de viento en un dominio rural-urbano visto como un medio poroso. El modelo anterior se combina con un modelo de intercambio térmico que considera tres temperaturas: aire, superficie y suelo. Un elemento clave que complementa el sistema anterior es considerar que el dominio tiene porosidad variable para capturar la complejidad de las ciudades. Respecto a la solución numérica se han logrado simulaciones de calidad aplicando una metodología numérica clásica consistente en elementos finitos de tipo lineal P1 complementado con esquemas explícitos e implícitos en tiempo. Varios experimentos numéricos fueron realizados en un dominio inspirado en la Zona Metropolitana de Guadalajara, en los cuales ambos comportamientos objetivo fueron alcanzados.