第四章大气扩散浓度估算.ppt
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1、大气污染控制理论与方法,环境科学与工程学院,第四章 大气扩散浓度估算,环境科学与工程学院 二O一O年三月,4-1 烟气抬升高度,有效源高,一、有效源高 烟囱的有效高度H (烟轴高度,它由烟囱几何高度Hs和烟流(最大)抬升高度H组成,即H=Hs+H),要得到H,只要求出H即可。H:烟囱顶层距烟轴的距离,随x而变化的。 1、烟气抬升 (1)烟气从烟囱排出,有风时,大致有四个阶段:(见下页图) a)喷出阶段;b)浮升阶段;c)瓦解阶段;d)变平阶段:(2)烟云抬升的原因有两个: 是烟囱出口处的烟流具有一初始动量(使它们继续垂直上升); 是因烟流温度高于环境温度产生的静浮力。 这两种动力引起的烟气浮力
2、运动称烟云抬升,烟云抬升有利于降低地面的污染物浓度。,2、影响烟云抬升的因素 影响烟云抬升的因素很多,这里只考虑几种重要因素: (1)烟气本身的因素 a)烟气出口速度(Vs):决定了烟起初始动力的大小; b)热排放率(QH)烟囱口排出热量的速率 QH越高烟云抬升的浮力就越大,大多数烟云抬升模式认为 ,其中=1/41,常取为2/3。 (2)环境大气因素 a)烟囱出口高度处风速 , 越大,抬升高度愈低; b)大气稳定度 不稳时,抬升较高;中性时,抬升稍高;稳定时,抬升低。 c)大气湍流的影响 大气湍流越强,抬升高度愈低。 (3)下垫面等因素的影响,3、烟云最大抬升高度的经验计算 抬升高度的计算公式
3、很多,但由于影响抬升高度的因素很多,所以目前大多数烟羽抬升公式是凭经验的,且各有其特点(局限性),因此应尽量选择该公式的导出条件和我们的计算条件相仿的。下面介绍几个常见公式:,霍兰德公式校正分数取值,适用条件:中性大气条件;对于非中性大气条件,进行修正:不稳定大气增加(10%20%)H;稳定大气减少(10%20%)H。不适于:计算大型的热排放源或高于100m烟囱的抬升高度。 b.布里吉斯(Briggs)公式 适用于不稳定大气条件和中性大气条件的计算式。,3)我国(GB/T13201-91)“制定地方大气污染物排放标准的技术方法”推荐的抬升公式:,DTa/dZ为排放源高度以上的气温直减率,取值不
4、得小于0.01K/m。,4、烟云抬升高度的测定,选用烟气抬升高度计算公式前往往根据实例,根据实测时烟囱参数代入各种公式进行计算,选用与实测值近似的公式,或将公式中系数作以修改。目前已知的测定方法有照相法、气球测高法、激光雷达法等。,(2)抬升公式很多,用何公式应按具体情况而定,一般选霍氏公式或中国推荐公式。,4-2 污染物落地浓度,一、污染源 污染源对污染物的影响很大,从污染源考虑污染物浓度主要有以下几方面: (1) 污染物指的化学组分及性质,各组分间是否易发生化学反应形成二次污染物等; (2) 源的几何形状和排放方式; (3)源强,即污染物的排放速率; (4) 源的高度。 在源强等条件相同的
5、情况下,源高对地面污染物的影响见右图所示。,一、高斯扩散模式的基本形式,x轴沿平均风向水平延伸, y轴在水平面上垂直于X轴, Z轴垂直xy平面向上延伸 烟云中心平均路径沿X轴或平行Y轴移动。,(二)高斯模式的有关假定,1.烟羽的扩散在水平和垂直方向都是正态分布; 2.在扩散的整个空间风速是均匀的、稳定的; 3.污染源排放是连续的、均匀的; 4.污染物在扩散过程中没有衰减和增生,在x方向,平流作用远大于扩散作用;,(不存在地面时),上式中: 平均风速; Q源强是指污染物排放速率。与空气中污染物质的浓度成正比,它是研究空气污染问题的基础数据。通常: ()瞬时点源的源强以一次释放的总量表示; ()连
6、续点源以单位时间的释放量表示; ()连续线源以单位时间单位长度的排放量表示; ()连续面源以单位时间单位面积的排放量表示。 y侧向扩散参数,污染物在y方向分布的标准偏差,是距离y的函数,m; z竖向扩散参数,污染物在z方向分布的标准偏差,是距离z的函数,m; 未知量浓度c、待定函数A(x)、待定系数a、b; 式、组成一方程组,四个方程式有四个未知数,故方程式可解。,4、高架连续点源扩散模式 高架源既考虑到地面的影响,又考虑到高出地面一定高度的排放源。地面对污染物的影响很复杂,如果地面对污染物全部吸收,则式仍适用于地面以上的大气,但根据假设可认为地面就象镜子一样对污染物起全反射作用,按全反射原理
7、,可用:“像源法”处理这类问题。可以把P点污染物浓度看成为两部分作用之和,一部分实源作用,一部分是虚源作用。见下页图:相当于位置在(0,0,H)的实源和位置在(0,0,-H)的像源,当不存在地面时在P点产生的浓度之和。 (1)实源作用:由于坐标原点原选在地面上,现移到源高为H处,相当于原点上移H,即原式中的Z在新坐标系中为(Z-H),不考虑地面的影响,则:,以上模式适用于气态污染物和粒径小于15m的飘尘,对于大15m的颗粒物,由于自身的沉降作用,浓度分布将有所改变。 7、倾斜烟云模式 在预测上述颗粒时,假设沉积和无沉积有相同的分布形式,但在整个烟云离开源以后,便以重力终端速度下降(ut),此时
8、,只要将高斯模式中有效源高H用( )来置换即可得到倾斜烟云模式。,非点源扩散模式(城市及山区扩散模式),1.线源扩散模式; 2.面源扩散模式; 3.山区扩散模式;,1.线源扩散模式,城市中的街道和公路上汽车排放废气可作为线源。 无限长线源:在足够长线路上,维持足够密度,能在公路或街道两侧形成稳定浓度场的线源。 有限长线源:只能在有限的线路两侧形成断续稳定的浓度场的情况。,无限长线源扩散模式,无限长线源扩散模式:当风向与线源垂直时,连续排放的线源在横风向产生的浓度是处处相等。只需对点源模式对变量y进行积分即可。,式中:QL:为单位线源的源强, g/(sm)。,无限长线源扩散模式(续),当风向与线
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