《大气污染控制工程》第三章 大气污染气象学 第四章大气扩散浓度估算模式

1、污染物扩散计算公式高斯模式污染物扩散计算公式高斯模式一、高斯模式的有关假定n坐标系：右手坐标，y为横风向，z为垂直向第三章第三章 大气污染气象学大气污染气象学第四章大气扩散浓度估算模式第四章大气扩散浓度估算模式高斯模式的四点假设高斯模式的四点假设 na.a.污染物浓度在污染物浓度在y y、z z风向上分布为正态分布风向上分布为正态分布nb.b.全部高度风速均匀稳定全部高度风速均匀稳定nc.c.源强是连续均匀稳定的源强是连续均匀稳定的nd.d.扩散中污染物是守恒的（不考虑转化）扩散中污染物是守恒的（不考虑转化） U U是常数是常数Q Q是常数是常数正态公式正态公式)22(exp2),(2222z

2、yzyzyuqzyxc高架连续点源扩散模式高架连续点源扩散模式2222( , , ,)exp()exp()22yzyzqyHc x y z Hu 地面浓度模式：取地面浓度模式：取z z0 0代入上式，得代入上式，得22( , , ,)exp()2zyzqHc x y z Hu 地面轴线浓度模式：再取地面轴线浓度模式：再取y=0y=0代入上式代入上式22( , , ,)exp()2zyzqHc x y z Hu xyz上式，上式， 增大，则增大，则 、 增大，第一项减小，第二增大，第一项减小，第二 项增大，必然在某项增大，必然在某x x 处有最大值处有最大值地面最大浓度模式：地面最大浓度模式：

3、考虑地面轴线浓度模式考虑地面轴线浓度模式 n扩散的要素扩散的要素n水平方向：风（平流输送）为主水平方向：风（平流输送）为主n垂直方向：湍流（脉动风速）垂直方向：湍流（脉动风速）n风速越大，湍流越强，大气污染扩散速度越快风速越大，湍流越强，大气污染扩散速度越快n风和湍流是决定污染物在大气中扩散稀释的最直风和湍流是决定污染物在大气中扩散稀释的最直接最本质的因素，其他一切气象因素都是通过风接最本质的因素，其他一切气象因素都是通过风和湍流的作用来影响扩散稀释。和湍流的作用来影响扩散稀释。第三章第三章 大气污染气象学大气污染气象学第四章大气扩散浓度估算模式第四章大气扩散浓度估算模式n湍流的基本概念湍流的

4、基本概念大气的无规则运动，如风速的脉大气的无规则运动，如风速的脉动、风向的摆动动、风向的摆动n按起因分为两种形式按起因分为两种形式 n热力湍流：由于垂直方向温度分布不均引起，强度热力湍流：由于垂直方向温度分布不均引起，强度取决于大气稳定度取决于大气稳定度n机械湍流：由于垂直方向风速分布不均匀及地面粗机械湍流：由于垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度引起，强度主要取决于风速梯度和地面粗糙度糙度引起，强度主要取决于风速梯度和地面粗糙度w大气稳定度的概念大气稳定度的概念w指在垂直方向上大气稳定的程度，即是否易于发生对指在垂直方向上大气稳定的程度，即是否易于发生对流。流。外力使气块上升或下降外力使气块上

5、升或下降气块去掉外力气块去掉外力气块减速，有返回趋势，稳定气块减速，有返回趋势，稳定气块加速上升或下降，不稳定气块加速上升或下降，不稳定气块停在外力去掉处，中性气块停在外力去掉处，中性不稳定条件下有利于扩散不稳定条件下有利于扩散定性理解：定性理解：大气稳定度与烟流大气稳定度与烟流型的关系型的关系 n波浪型（不稳）波浪型（不稳）n锥型（中性锥型（中性oror弱稳）弱稳）n扇型（逆温）扇型（逆温）n爬升型（下稳，上爬升型（下稳，上不稳）不稳）n漫烟型（上逆、下漫烟型（上逆、下不稳）不稳） n污染浓度控制因素n风速n扩散参数n污染物排放高度烟囱高度的设计烟囱高度的设计n计算方法1：按地面最大浓度计算

6、 max22()zyqCuH eyzHCCueqHybzs)(20bCCC0max在0.51.0之间取0C 标准浓度 bC本低浓度有效源高l He称为烟囱的有效高度（烟轴高度）l He由烟囱几何高度Hs和烟流抬升高度H组成 He=Hs+H 要得到He，需求出H（烟气抬升高度）。烟气抬升H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 浮升阶段 瓦解阶段 变平阶段 喷出阶段 Hs H 图 烟气抬升与扩散 喷出阶段喷出阶段: :烟气依靠本身的初始动量垂直向上喷射，该阶段的距离约为几至十几倍烟烟气依靠本身的初始动量垂直向上喷射，该阶段的距

7、离约为几至十几倍烟囱的直径；囱的直径；浮升阶段浮升阶段: :烟气和周围空气之间因温差而产生的密度差所形成的浮力而使烟流上升，烟气和周围空气之间因温差而产生的密度差所形成的浮力而使烟流上升，上升烟流与水平气流之间的速度差异而产生的小尺度湍涡使得两者混合后的温差上升烟流与水平气流之间的速度差异而产生的小尺度湍涡使得两者混合后的温差不断减小，烟流上升趋势不断减缓，逐渐趋于水平方向；不断减小，烟流上升趋势不断减缓，逐渐趋于水平方向；瓦解阶段瓦解阶段: :烟体不断膨胀过程中使得大气湍流作用明显加强，烟体结构瓦解，逐渐失烟体不断膨胀过程中使得大气湍流作用明显加强，烟体结构瓦解，逐渐失去抬升作用的；去抬升作

8、用的；变平阶段变平阶段: :在环境湍流作用下，烟流继续扩散膨胀并随风飘移的。在环境湍流作用下，烟流继续扩散膨胀并随风飘移的。烟囱高度的计算烟囱高度的计算n计算方法2:按地面绝对最大浓度计算maxCu（4-10）max(321)HHC出现极大值出现极大值max22()zyqCuH e烟囱高度的计算烟囱高度的计算n按地面绝对最大浓度计算按地面绝对最大浓度计算令BHu （代入sBHHu则 max0csdCBuHdu（） ）此时 2scBHHHu2()22zzabsmysyscqqCeH BeH u代入下式可得代入下式可得 yzbcsccueqH)(20烟囱高度的计算烟囱高度的计算n按一定保证率的计算

9、法按一定保证率的计算法n按按CmaxCmax设计，烟囱高度较矮，造价较低，但当风速小设计，烟囱高度较矮，造价较低，但当风速小于平均风速时，地面浓度即超标。于平均风速时，地面浓度即超标。n按按CabsmCabsm设计，烟囱高度较高，地面浓度不会超标，但设计，烟囱高度较高，地面浓度不会超标，但烟囱造价高。烟囱造价高。n取上述两种情况之间一定保证率下的平均风速和扩散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参数nP P值法值法n国标国标GB/T 13201-91GB/T 13201-91制定地方大气污染物排放标准的制定地方大气污染物排放标准的技术方法技术方法 610sQHHP（P P点源排放

10、控制系数，表点源排放控制系数，表4-9,4-104-9,4-10）二、烟囱设计中的几个问题二、烟囱设计中的几个问题n对于设计的高烟囱（大于对于设计的高烟囱（大于200m200m），若所在地区上部逆温出），若所在地区上部逆温出现频率较高时，则应按有上部逆温的扩散模式（封闭型或现频率较高时，则应按有上部逆温的扩散模式（封闭型或熏烟型模式）校核地面污染物浓度熏烟型模式）校核地面污染物浓度n烟气抬升公式的选择也是烟囱设计的重要一环烟气抬升公式的选择也是烟囱设计的重要一环n优先采用国家标准中的推荐公式优先采用国家标准中的推荐公式n气象参数的选取气象参数的选取n多年平均值；某一保证频率的值多年平均值；某一

11、保证频率的值n烟囱高度设计中的烟囱高度设计中的具体要求具体要求n烟囱高度设计中的烟囱高度设计中的具体要求具体要求n排气筒高度不低于其所属建筑物高度的排气筒高度不低于其所属建筑物高度的2 2倍避免烟气受背倍避免烟气受背风面涡流区影响风面涡流区影响n排气筒周围有保护建筑物群，排气筒抬高（公式排气筒周围有保护建筑物群，排气筒抬高（公式4-904-90）n排气筒高度不得低于排气筒高度不得低于15m15mn总量控制区二氧化硫排放速率超过总量控制区二氧化硫排放速率超过14kg/h14kg/h，氮氧化物超过，氮氧化物超过9kg/h9kg/h，或一氧化碳超过，或一氧化碳超过180kg/h180kg/h时，排气筒高度须超过时，排气筒高度须超过30m30m。n排气筒出口烟气速度不宜过小（排气筒出口烟气速度不宜过小（20-30m/s20-30m/s为宜）为宜）避免下避免下洗现象洗现象n排气筒排烟温度不宜过低排气筒排烟温度不宜过低n排气筒高度应比主厂房最高点高出排气筒高度应比主厂房最高点高出3m3mn集中排放集中排放n三、厂址选择三、厂址选择基本原则基本原则n背景浓度小背景浓度小n大气扩散稀释能力强大气扩散稀释能力强n下风向没有大气敏感目标下风向没有大气敏感目