大气污染控制工程_第四章_大气污染物扩散模式

第四章大气污染物扩散模式,1.湍流扩散的基本理论2.高斯扩散模式3.污染物浓度的估算方法4.特殊气象条件下的扩散模式5.城市及山区的扩散模式6.烟囱高度设计,第一节湍流扩散的基本理论,湍流的基本概念湍流大气的无规则运动风速的脉动风向的摆动湍流扩散比分子扩散快105106倍两种形式湍流的起因热力湍流：温度垂直分布不均机械湍流：垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度,湍流扩散理论,主要阐述湍流与烟流传播及物质浓度衰减的关系1.梯度输送理论类比于分子扩散，污染物的扩散速率与负浓度梯度成正比2.湍流统计理论泰勒图4-1，正态分布萨顿实用模式高斯模式,第二节高斯扩散模式,1.高斯模式的有关假定坐标系坐标系取排放点（无界源、地面源或高架源排放点）在地面的投影点为原点，主风向为x轴，y轴在水平面内垂直于x轴，正方向在x轴的左侧，z轴垂直于水平面，向上为正，即右手坐标系。四点假设a污染物浓度在y、z风向上分布为正态分布b全部高度风速均匀稳定c源强是连续均匀稳定的d扩散中污染物的质量是守恒的（不考虑转化）,高斯扩散模式,高斯扩散模式的坐标系,2.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4源强积分式（单位时间物料守恒）,（4-1）,（4-2）,（4-3）,3.高架连续点源扩散模式,镜像全反射-像源法实源：像源：,z-H,z+H,污染物在x轴的某一点会达到最大值，称为地面轴线最大浓度。,3.高架连续点源扩散模式,（常数）,3.高架连续点源扩散模式,4.地面连续点源扩散模式,高架连续点源浓度,5颗粒物扩散模式,粒径小于15m的颗粒物可按气体扩散模式计算大于15m的颗粒物具有重力沉降作用：倾斜烟流模式,地面反射系数,颗粒的重力沉降速度,第三节污染物浓度的估算,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,初始动量：速度、烟囱内径烟温度大于环境温度产生浮力,烟气抬升原因：,1烟气抬升高度的计算,抬升高度计算式（1）Holland公式：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较大。,1烟气抬升高度的计算,（2）Briggs公式：适用不稳定及中性大气条件,1烟气抬升高度的计算,（3）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,（4-22）,H2根据4-22计算,为排放源高度以上气温直减率,92页例4-1,2.扩散参数的确定,(1)PG曲线法PG曲线：Pasquill常规气象资料估算；Gifford制成图表,y和z随下风距离x的变化曲线,扩散参数的确定PG曲线法,PG曲线的应用根据常规资料确定稳定度级别,A为强不稳定，B为不稳定，C为弱不稳定，D为中性，E为弱稳定，F为稳定。AB表示按A、B级的数据内插。,扩散参数的确定PG曲线法,PG曲线的应用利用扩散曲线确定和,另外，英国气象局给出了表4-4，用内插法可求出和,扩散参数的确定PG曲线法,PG曲线的应用地面最大浓度估算,例题：某火电厂的有效烟囱高度198m，烟囱口处平均风速5m/s，SO2排放速率180g/s，试计算：（1）白天阴天SO2的地面轴线最大浓度及其出现的距离；（2）在x=xcmax，y500m处地面浓度。,4-11,4-3得,4-4,4-4,4-10,扩散参数的确定(2)中国国家标准规定的方法,稳定度分类方法改进的PT法(Turner),扩散参数的确定中国国家标准规定的方法,扩散参数的选取扩散参数的表达式为（取样时间为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，,位于北纬40、东经120的某城市远郊区(丘陵)有一火力发电厂，烟囱高度120m,烟囱口径3.0m，排放SO2的源强为800kgh，排气温度413K，烟气出口速度18ms。当地大气压为990hPa。8月中旬某日17点（北京时间）云量54，气温303K，地面10m高处风速2.8ms。试计算有效源高。,表4-7,4-29,表4-5,表4-6,表3-3,3-23,第四节特殊气象条件下的扩散模式,主要指气象条件与高斯模式不一样（温度层结构均一，实际中难以实现）封闭型扩散模式（上层逆温）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,C(x,0,0,H),封闭型扩散模式,计算简化：,查有关图表,y向浓度分布仍为正态分布,4-36,熏烟型扩散模式,假设：D换成hf（垂向均匀分布）；q只包括进入混合层部分，则仍可用上面公式4-36,熏烟型扩散模式,hf=H,可认为烟流一半向下混合,可认为烟流全部向下混合,4-36,第五节城市及山区扩散模式,城市大气扩散模式1.线源扩散模式,风向和线源垂直时，,考虑线源范围y1y2,城市大气扩散模式,2.面源扩散模式,城市大气扩散模式,简化为点源的面源扩散模式（续）面源单元上风向距x0处有一虚拟点源，其烟流扩散至面源单元中心处宽度正好与面源单元宽度相等，相当于在点源公式中增加了一个初始扩散参数。,W面源单元宽度面源单元平均高度,城市大气扩散模式,窄烟流模式某点的污染物浓度主要取决于上风向面单元的源强，上风向两侧单元对其影响很小某点的污染物浓度主要由它所在的面单元的源强决定,q0:所在面源源强g/m2/s,x:计算点至上风向城市边缘的距离,山区扩散模式,山区流场由于受到复杂地形的热力和动力因子影响，流场均匀和定常的假定难以成立对风向稳定、研究尺度不大、地形较为开阔及起伏不大的地区，浓度基本上遵循正态分布规律，只是扩散参数比平原地区大很多,第六节烟囱高度的设计,烟囱高度的计算要求：（1）达到稀释扩散的作用（2）造价最低（3）地面浓度不超标按地面最大浓度计算,烟囱高度的计算,按地面绝对最大浓度计算,烟囱设计中的几个问题,上述计算公式按锥形高斯模式导出，在逆温较强的地区，需要用封闭型或熏烟型模式校核烟气抬升高度的选取优先采用国家标准中的推荐公式周围建筑影响产生烟流下洗、下沉现象烟囱高度从属建筑物高度的2倍出口烟气流速一