《大气环境学》烟气抬升高度课件

1、第四节 烟气抬升高度 Hs烟囱高度，m； H抬升高度，m.该处理方法对于近距离的扩散计算不太合理。计算范围距烟囱较远时，可忽略烟流高度随距离的变化。 一、烟气抬升理论动力抬升：烟气具有喷出速度；热力抬升：烟气温度高于周围气温。 烟源的有效高度：第1页，共20页。二、烟气抬升过程及其影响因素 1、烟气抬升过程HsH变平阶段喷出阶段浮升阶段瓦解阶段HsHe烟云轴线图4-9 烟气的抬升过程 （1）喷出阶段烟气初始动量；（2）浮升阶段温差引起，是热烟流抬升的主要阶段；（3）瓦解阶段环境湍流作用增强，外界湍涡侵入烟体；（4）变平阶段抬升完全停止，烟流变平。第2页，共20页。2、烟流抬升影响因子（1）排放

2、源及烟气本身的性质烟气初始动量 烟囱出口直径D；烟气喷出速度Vs；浮力 (烟气温度Ts空气温度Ta)；（2）周围大气的性质平均风速，环境湍流强度，混合越快，H；稳定层结，H；不稳定层结，H；（3）下垫面性质 地面粗糙度 地面粗糙度，湍流强度，H； 复杂地形 局部热力状况；建筑物、地形障碍物等的空气动力学效应。第3页，共20页。三、烟气抬升公式1、Holland公式（1953）式中：Qh烟气的热释放率，kJ/s； Vs烟气出口速度，m/s； 烟囱出口处的平均风速，m/s； D烟囱出口内直径，m； Ta环境空气温度，K； Ts烟气温度，K。适用：中性大气条件下，中小排放源和以动力抬升为主的烟流。修

3、正：不稳定时，H增加1020；稳定时，减少1020。第4页，共20页。2、Briggs公式 适用：大热源排放的浮升烟流。 中性和不稳定大气条件下： 当Qh21000kW时： 当Qh21000kW时： 第5页，共20页。3、国家标准中的烟气抬升公式 （1）有风时，中性和不稳定条件 强热源（Qh2100kJ/s 且 T35K）表4-8 系数n0、n1和n2的取值Qh/(kJ/s)地表状况（平原）n0n1n2Qh21000农村或城市远郊区1.4271/32/3城市及近郊区1.3031/32/32100Qh21000且T35K农村或城市远郊区0.3323/52/5城市及近郊区0.2923/52/5烟气

4、的热释放率，kW实际烟气温度下的排烟率，m3/s第6页，共20页。 中热源（1700Qh2100kJ/s） H2强热源公式计算结果。 弱热源（Qh1700kJ/s 或 T35K）第7页，共20页。（2）有风时，稳定条件 排气筒几何高度以上的环境温度垂直变化率；（3）小风、静风（ 1.5m/s） 取值宜小于0.01K/m。第8页，共20页。四、最高地面浓度Cm,abs与临界风速 对Cm有双重影响，在某一风速下会出现最高的地面最大浓度，此时的风速称为临界风速 ，亦称危险风速。临界风速定义：H = B/u （B为与风速无关的常数）第9页，共20页。第五章 特殊条件下的大气扩散 第10页，共20页。一

5、、颗粒物扩散模式粒径d15m Gauss模式d15m 倾斜烟羽模式（考虑重力沉降、地面反射）1、重力沉降经修正后的有效源高： VsHeHH图5-1 倾斜烟羽模式处理示意图 第11页，共20页。2、下垫面沉积d(m)1515303147487576100平均粒径(m)/2238608510.80.50.30表5-1 地面反射系数粒径越大，沉降越明显，反射系数越小。综合修正模式：地面浓度：第12页，共20页。二、封闭型扩散 封闭型扩散：低层为中性或不稳定大气，高空存在上部逆温层，污染物被限制在地面和逆温层底之间扩散。 模式处理：像源法，将地面和逆温层底均视为全反射镜面，污染物浓度即为一个实源和无穷

6、多个像源的浓度贡献之和。o式中：D逆温层底高度，即混合层高度，m； n烟流反射次数，一般取n=35。地面浓度：地面轴线浓度： 将所有实、虚源的作用相加，在垂直方向上有：第13页，共20页。598411076302DH图5-2 封闭型扩散示意图编号（源）源的处理Z0Z-Z00实源HZ-H10经地反射（虚源）-HZ+H20经顶反(D-H)+D=2D-H-2D+(Z+H)31经顶反2D+H-2D+(Z-H)42经地反（同-2）-2D+H2D+(Z-H)53经地反（同-3）-2D-H2D+(Z+H)64经顶反4D-H-4D+(Z+H)75经顶反4D+H-4D+(Z-H)86经地反-4D+H4D+(Z-

7、H)97经地反-4D-H4D+(Z+H)108经顶反6D-H-6D+(Z+H)表5-2 多次反射过程中的实源及虚源处理表5-3 实源及虚源的归纳处理0 0D+(Z-H)1 0D+(Z+H)3 -2D+(Z-H)4 2D+(Z-H)2 -2D+(Z+H)5 2D+(Z+H)7 -4D+(Z-H)8 4D+(Z-H)6 -4D+(Z+H)9 4D+(Z+H)10 -6D+(Z+H)13 6D+(Z+H)2nD+(Z-H) n=-+2nD+(Z+H) n=-+上部逆温层中性/不稳定层第14页，共20页。实际计算中，用简化的经验法计算。 近距离（XXD） 烟流的垂直扩散尚未达到逆温层底，无需考虑反射。

8、 XD烟流上边缘延伸至逆温层底高度时的下风向水平距离。 中距离 XDX2XD 取x=xD和x=2xD两者浓度内插值。注意：不稳定时，Xu2XD合理，中性和稳定时，Xu应当更远些。 远距离（XXu） Xu铅直方向浓度分布转变为均匀分布的水平距离。一般取Xu2XD。第15页，共20页。三、熏烟型扩散（漫烟型） 晴夜微风条件下，形成贴地逆温层，太阳升起后，逆温层自下而上逐渐消失，原先在夜间排入稳定气层中的污染物迅速向下扩散，造成地面高浓度。此现象称为熏烟型扩散。 熏烟属常见的不利气象条件之一。一般发生在清晨和上午，持续时间为0.52hr。建立模式时需考虑的因素：1、混合层内垂直向均匀混合 设逐渐增厚

9、的混合层高度为hi，烟流层顶高度hf。 当逆温消失到烟流上边缘处时，此时，地面熏烟浓度达到极大值，所有污染物均向地面扩散混合。第16页，共20页。2、污染源强需作修正 当混合层消散到hi时，进入混合层部分的比例为：为正态分布函数，表示参与混合的烟气所占的成数。地面浓度 当混合层消散到有效源高处，hiH时，地面浓度注意： 为稳定气层中的扩散参数， 为熏烟条件下的扩散参数。第17页，共20页。3、yf的修正 熏烟条件下的yf 比稳定条件下向外扩展得更多，一般以H处的烟流边缘向外扩展15来近似。式中：y为原稳定条件下（E、F类）的扩散参数。不稳定层15H2.15y+ Htg15Hf=H+2.15z稳

10、定层2.15y2.15z图5-4 熏烟扩散模式中yf的修正（横截面图）第18页，共20页。四、封闭山谷中的扩散模式1、山谷一侧为陡峭山壁 假定峭壁对烟流起全反射作用，若取y轴指向侧壁，则：2、山谷两侧均为陡峭山壁 横风向经峭壁多次反射，在距离污染源一段距离后，可认为浓度在横风向接近均匀分布，而垂直向仍为正态分布。式中：W山谷的平均宽度，m。这一距离可根据 求取，如何求？此即为扩散开始受到狭谷两壁影响的距离。L高架源离开峭壁的垂直距离，m。 第19页，共20页。2、修正的山地大气扩散模式 （1）NOAA模式（美国国家大气海洋局） 中性和不稳定时 假定烟流中心线与地面始终平行，相当于有效源高不变，地面浓度公式不