第六章泄漏源2

1、第六章第六章 泄漏源以及扩散模式泄漏源以及扩散模式 release and dispersion models 重大事故的发生，使人们强调应急计划的重要性，以及将工重大事故的发生，使人们强调应急计划的重要性，以及将工 厂设计成毒物释放发生最少和事故后果最小化的重要性。毒厂设计成毒物释放发生最少和事故后果最小化的重要性。毒 物释放模型常被用来评估释放对工厂和社会环境的影响；物释放模型常被用来评估释放对工厂和社会环境的影响； 好的安全计划应能在事故发生前确定问题所在。化学工程师好的安全计划应能在事故发生前确定问题所在。化学工程师 必须了解读无释放的所有可能性情况，以避免释放情况的存必须了解读无释放

2、的所有可能性情况，以避免释放情况的存 在；以及如果发生毒物释放，能减少其影响，这就需要毒物在；以及如果发生毒物释放，能减少其影响，这就需要毒物 释放模型；释放模型； 毒物释放和扩散是后果模拟的重要部分，毒物释放模型描述毒物释放和扩散是后果模拟的重要部分，毒物释放模型描述 了后果模拟的前三步：了后果模拟的前三步： 1) 确定泄漏事件：过程中何种情况能够导致释放确定泄漏事件：过程中何种情况能够导致释放? 2) 建立源模型：描述物质是怎样释放的以及释放的速率？建立源模型：描述物质是怎样释放的以及释放的速率？ 3) 采用扩散模型估算下风向有毒物质的浓度。采用扩散模型估算下风向有毒物质的浓度。 2. 扩

3、散模式扩散模式 2.1 扩散影响因素扩散影响因素 释放发生后，空气中的毒物被风以烟羽方式、云团方释放发生后，空气中的毒物被风以烟羽方式、云团方 式带走，有毒物质的最大浓度是在释放处。众多因素式带走，有毒物质的最大浓度是在释放处。众多因素 影响有毒物质在大气中的扩散：影响有毒物质在大气中的扩散： 风速；风速； 大气稳定度；大气稳定度； 地面条件（建筑物、水、树）；地面条件（建筑物、水、树）； 释放距离地面高度；释放距离地面高度； 物质释放的初始动量和浮力。物质释放的初始动量和浮力。 扩散的要素 风：平流输送为主，风大则湍流大； 湍流：扩散比分子扩散快105106倍。 湍流：除在水平方向运动外，还

4、会由上、下、 左、右方向的乱运动，风的这种特性和摆动称 为大气湍流。（有点象分子的热运动），或者 说湍流是大气的无规则运动 。 大气稳定度（atmospheric stability） 1) 空气在上升过程中的绝热变化是大气中降温最快的 过程； 2) 上升过程中的绝热变化会导致水汽的凝结，这是大 气中云、雾、雨、雪形成的最重要的原因； 3) 因此，判断大气中是否会产生云雾，主要就是看大 气中是否会产生上升运动； 判断空气是否会产生上升运动，就要看空气在铅直 方向上位置稳定的程度，即大气稳定度。 大气稳定度是指气块受任意方向扰动后，返回或远离原平衡位 置的趋势和程度。 它表示在大气层中的个别空气

5、块是否安于原在的层次，是否易 于发生垂直运动，即是否易于发生对流。假如有一团空气受到 对流冲击力的作用，产生了向上或向下的运动，那末就可能出 现三种情况： 1) 如果空气团受力移动后，逐渐减速，并有返回原来高度的趋势， 这时的气层，对于该空气团而言是稳定的(stable) ； 2) 如空气团一离开原位就逐渐加速运动，并有远离起始高度的趋 势，这时的气层，对于该空气团而言是不稳定的(unstable) ； 3) 如空气团被推到某一高度后，既不加速也不减速，这时的气层， 对于该空气团而言是中性气层(neutral) 。 大气稳定度对烟流扩散有很大的影响，不同稳定度导致从烟囱排出的烟 羽形状不同。下

6、面是与稳定度有关的五种典型烟流： 平展型 漫烟型 波浪型 熏烟型 扇型 锥型 爬升型 屋脊型 高斯模式的有关假定高斯模式的有关假定 坐标系坐标系 原点为高架点源排放点在地面的投影点，原点为高架点源排放点在地面的投影点，x轴正方向为平均风向，轴正方向为平均风向，y为横为横 风向，在水平面上垂直于风向，在水平面上垂直于x轴，轴，z轴垂直于水平面轴垂直于水平面xoy，向上为正向。，向上为正向。 四点假设四点假设 a污染物浓度在污染物浓度在y、z风向上分布为正态分布风向上分布为正态分布 b全部高度风速均匀稳定全部高度风速均匀稳定 c源强是连续均匀稳定的源强是连续均匀稳定的 d扩散中污染物是守恒的（不考

7、虑转化）扩散中污染物是守恒的（不考虑转化） 2.2 湍流扩散微分方程与扩散模型 高斯扩散模式的坐标系高斯扩散模式的坐标系 经常用到的中等浮力扩散模型：烟羽模型和烟团模型。经常用到的中等浮力扩散模型：烟羽模型和烟团模型。 烟羽模型描述来自连续源释放物质的稳态浓度，烟团模型描述一烟羽模型描述来自连续源释放物质的稳态浓度，烟团模型描述一 定量的物质释放后的暂时浓度。有典型定量的物质释放后的暂时浓度。有典型10种情况：种情况： 无风情况下的稳态连续点源释放；无风情况下的稳态连续点源释放； 无风时的烟团；无风时的烟团； 无风情况下的非稳态连续点源释放；无风情况下的非稳态连续点源释放； 有风情况下的稳态连

8、续点源释放；有风情况下的稳态连续点源释放； 无风时的烟团，涡流扩散率是方向的函数；无风时的烟团，涡流扩散率是方向的函数； 有风情况下的稳态连续点源释放，涡流扩散率是方向的函数；有风情况下的稳态连续点源释放，涡流扩散率是方向的函数； 有风时的烟团；有风时的烟团； 释放源在地面上的无风时的烟团；释放源在地面上的无风时的烟团； 释放源在地面上的稳态烟团；释放源在地面上的稳态烟团； 连续的稳态源。释放源在地面上方连续的稳态源。释放源在地面上方H高度。高度。 上述10种情况都依赖于指定的涡流扩散度K值，通常情况下K值很 难确定。Pasquill重新得到了情况1到10的方程，这些方程以及相应 的扩散系数就

9、是众所周知的Pasquill-Gifford模型。 课本上分别对应： 烟团瞬时地面点源模型，坐标系固定在释放点，风速u恒定，风 向仅沿x方向； 位于地面H高处瞬时点源的烟团，坐标系位于地面并随烟团移动； 地面上连续稳态源的烟羽，风向x轴，风速u恒定； 位于地面H高处连续稳态源的烟羽，风向x轴，风速u恒定。 评述：评述：对于烟羽，最大浓度通常在释放点处。如果释放在高于地 平面地方，那么最大浓度出现在释放处的下风向上的某一点。 对于烟团，最大浓度通常在烟团的中心。如果释放在高于地平面 地方，烟团中心平行于地面移动，那么最大浓度直接位于烟团中 心的下方。 如果天气条件未知或者不能确定，可以进行某些假

10、设，得到一个 最坏情形的结果，即估算一个最大浓度。 Pasquill-Gifford扩散或者高斯扩散方程，仅应用于气体的中等浮力 的扩散。在扩散过程中，湍流混合是扩散的主要特征。他仅对距 离释放源在0.1100km范围内的距离有效。 由于Pasquill-Gifford扩散预测的浓度是时间的平均值。因此，局部 浓度的时间值有可能超过所预测值。 PG曲线法 Pasquill在1961年推荐一种仅需要常规气象观测资料就能估算y，z的方 法，Gifford进一步将它制成应用更方便的图表。应用观测到的风速、云 量、云状和日照等天气资料，将大气扩散稀释能力分为6个等级： A 极不稳定，B 不稳定，C 弱

11、不稳定，D 中性， E 弱稳定，F 稳定。若稳定级别为AB，则表示按A 、B级的数据内插。 该法的要点该法的要点： 首先首先根据根据Pasquill划分大气稳定度的方法来确定大气稳定度级别；划分大气稳定度的方法来确定大气稳定度级别；然后然后从从 图图中查得中查得（或表用内插法求出）（或表用内插法求出）对应的扩散参数对应的扩散参数y和和z；最后最后将将y、z代代 入前面介绍的一系列扩散模式中，就可估计出各种情况下的浓度值。入前面介绍的一系列扩散模式中，就可估计出各种情况下的浓度值。 扩散参数是表征湍流扩散剧烈程度的物理量，是影响污染物浓度扩散参数是表征湍流扩散剧烈程度的物理量，是影响污染物浓度 的重要参数。的重要参数。 扩散参数的确定 根据常规资料确定稳定度级别根据常规资料确定稳定度级别; 利用扩散参数确定水平和垂直方向上的标准差利用扩散参数确定水平和垂直方向上的标准差; 浓度估算浓度估算. PG曲线的应用 利