第03章大气扩散模式.ppt
第3章 大气扩散浓度估算模式,主要内容： 湍流扩散的基本理论 高斯扩散模式 污染物浓度估算 特殊气象条件下的扩散模式 烟囱高度设计 厂址选择,3.1湍流扩散的基本理论,影响污染物在大气中扩散的要素 风：平流输送为主 湍流：扩散比分子扩散快105106倍 湍流扩散理论简介 主要阐述湍流与烟流传播及湍流与物质浓度衰减的关系 研究湍流场中物质扩散的方法： 梯度输送理论 统计理论 泰勒应用统计理论 高斯模式,3.2高斯扩散模式,高斯扩散模式： 坐标系 右手坐标，x为风向，y为横风向，z为垂直向 四点假设 a污染物浓度在y、z风向上分布为正态分布 b整个扩散空间中风速均匀稳定 c源强是连续、均匀的 d扩散过程中污染物是守恒的,3.2高斯扩散模式,高斯扩散模式的坐标系,3.2高斯扩散模式,无界空间连续点源扩散模式 由正态分布假定，得下风向任一点的浓度分布 方差的表达式 由假定d 源强积分式 （单位时间物料守恒）,3.2高斯扩散模式,高架连续点源扩散模式 镜像全反射-像源法 实源： 像源：,3.2高斯扩散模式,几种简单的实用模式 地面浓度： 地面轴线浓度：,3.2高斯扩散模式,几种简单的实用模式,3.2高斯扩散模式,几种简单的实用模式,结论：地面最大浓度与烟囱的有效高度平方成反比 地面最大浓度的出现位置随烟囱增高而变远,3.2高斯扩散模式,颗粒物扩散模式 颗粒物扩散与气体扩散的不同： 沉降 地面沉积 粒径小于15m的颗粒物可按气体扩散计算 大于15m的颗粒物：倾斜烟流模式（地面浓度）,3.2高斯扩散模式,颗粒物扩散模式,地面反射系数,3.3污染物浓度的估算,估算中需要确定：,Q 源强 计算或实测 平均风速 多年的风速资料 H 有效烟囱高度 、 扩散参数,3.3污染物浓度的估算,烟气抬升高度的计算 烟囱的任务： 保持通风 排烟气至高空，减轻地面污染 实践表明：高烟囱的污染总是低于低烟囱，采用高烟囱可以减轻地面污染。,3.3污染物浓度的估算,烟气抬升高度的计算 烟气抬升：烟气流出出口后继续上升，烟气中心高度最终高于烟囱 烟气抬升的原因： 动力抬升：取决于初始速度 热力抬升：取决于烟气温度 抬升作用相当于使烟囱高度增加： H(烟囱的有效高度)=Hs(几何高度)+H(抬升高度) H=Hm(动力抬升高度)+Ht(热力抬升高度) 计算中，认为烟气首先完成抬升，之后发生输送和扩散,3.3污染物浓度的估算,烟气抬升高度的计算公式 霍兰德（Holland）式：,适用于中性大气条件（稳定时减小，不稳时增加1020） Holland公式比较保守，特别在烟囱高、热释放率比较强的情况下偏差更大,3.3污染物浓度的估算,烟气抬升高度的计算公式 布里吉斯（Brigss）公式：适用不稳定及中性大气条件,3.3污染物浓度的估算,烟气抬升高度的计算公式 我国“制订地方大气污染物排放标准的技术方法”(GB/T13201-91)中的公式,3.3污染物浓度的估算,扩散参数y和z的确定 y、z的变化规律 随扩散距离的增大而增大 大气不稳定时大，稳定时小 粗糙地面上的大，平坦地面上的小 确定方法：PG曲线法 PG曲线：Pasquill常规气象资料估算稳定度；Gifford制成图表 伦敦气象局在PG曲线的基础上制成了表格,3.3污染物浓度的估算,利用P-G曲线确定y和z： 方法要点：稳定度分级；根据相应稳定度和扩散距离x查图表确定y和z,3.3污染物浓度的估算,利用P-G曲线地面最大浓度估算： 根据 求出z|x=xCmax 根据大气稳定度和z查P-G曲线得到xCmax 根据大气稳定度和xCmax查P-G曲线得到y 将y 和z代入地面最大浓度估算式（4-10）即得地面最大浓度值Cmax PS：前述模式均适用于整层大气都具有同一稳定度的扩散.,3.3污染物浓度的估算,国标方法确定y和z：,采用特纳尔改进的稳定度分类方法 扩散参数的表达式为（取样时间0.5h，按表4-8查算） 平原地区和城市远郊区，D、E、F向不稳定方向提半级 工业区和城市中心区，C提至B级，D、E、F向不稳定方向提一级 丘陵山区的农村或城市，同工业区 取样时间大于0.5h， 不变，,3.4特殊气象条件下的扩散模式,有上部逆温时的扩散： 相当于两镜面之间无穷次全反射 实源和无穷多个虚源贡献之和 n为反射次数，在地面和逆面 实源在两个镜子里分别形成n个像,3.4特殊气象条件下的扩散模式,有上部逆温时的扩散： 计算简化： 1.当xxD（尚未达到封闭阶段） 由 计算z，查P-G曲线确定xD 按式4-9计算地面轴线浓度,3.5烟囱高度的设计,计算方法 要求： （1）达到稀释扩散的作用 （2）造价最低， 造价正比于H2 （3）地面浓度不超标 按地面最大浓度计算：,3.5烟囱高度的设计,计算方法 按地面绝对最大浓度计算：,3.5烟囱高度的设计,计算方法 按一定保证率的计算： 取上述两种情况之间一定保证率下的平均风速和扩散参数 P值法(国标GB/T 13201-91),3.5烟囱高度的设计,烟囱设计中的几个问题 气象参数的取值：多年平均值或某一保证频率值 考虑上部逆温的影响 选用烟气抬升高度公式注意适用范围 考虑烟囱与建筑物的高度关系 增加排气量 多种因素，综合权衡,3.6厂址选择,气象资料 风向和风速：风玫瑰图 大气稳定度 混合层厚度的确定,3.6厂址选择,长期平均浓度的计算 计算公式： （考虑风速、风向、大气稳定度的概率组合） 按风向方位计算的平均浓度 假定：同一扇形内下风下y方向浓度均匀分布；吹某一扇形的风时，污染物全部集中于此扇型中,3.6厂址选择,长期平均浓度的计算 按风向方位计算的平均浓度 假定：同一扇形内下风下y方向浓度均匀分布；吹某一扇形的风时，污染物全部集中于此扇型中,3.6厂址选择,厂址选择 本底浓度 风向风速 考虑风向，污染源应布置在风向频率最小的方位 考虑风向和风速，应布置在污染系数最小的方位 污染系数=风向频率/平均风速 温度层结的考虑 地形的考虑,
