大气污染控制工程课件第4章.ppt

1、1、第4章大气扩散浓度估算模型，教学内容1、湍流扩散基本理论2、高斯扩散模型3、污染物浓度估算方法4、特殊气象条件下的扩散模型5、烟囱高度设计7、场地选择2、第4章大气扩散浓度估算模型1、教学要求要求要求理解湍流扩散的基本理论，理解和掌握高斯扩散模型、烟囱高度设计和场地选择。2.教学重点是掌握影响污染物稀释扩散控制的相关条件和方法；污染物浓度估算的高斯模型及烟囱高度设计方法。3.教学难点：污染物稀释和扩散控制，污染物浓度估计的高斯模型。湍流扩散的基本理论，1。紊流概念简介：扩散要素：平流输送是主要因素，强风导致湍流；扩散比分子扩散1快105-106倍。什么是湍流？除了在水平方向移动之外，还会有

2、向上、向下、向左和向右的随机移动。风的这种特性和摆动被称为大气湍流。(有点像分子的热运动)或湍流是大气的不规则运动。2.湍流与扩散的关系想象一下，湍流是由许多湍流涡旋形成的，这些涡旋是由湍流涡旋的不规则运动形成的，这与分子运动非常相似。3.湍流成因有两种形式：热力学的；温度垂直分布不均匀的(不稳定的)力学的；风速和地面粗糙度垂直分布不均匀的；4.湍流扩散理论简介，主要阐述湍流与烟流传播、湍流与物质浓度衰减的关系。1.梯度输运理论德国科学家菲克在1855年发表了一篇著名的论文，题为论扩散。在这篇论文中，他首先提出了梯度扩散理论。他将这一理论表述为：“假设盐在其溶剂中的扩散规律与导体中的热扩散规律

3、相同是非常自然的。”它是通过泰勒和菲克扩散理论的类比建立起来的。菲克认为分子扩散定律类似于傅立叶提出的固体热传导定律，两者可以用同一个数学方程来描述。湍流梯度输运理论进一步假设由大气湍流引起的物质扩散类似于分子扩散，可以用相同的分子扩散方程来描述。为了获得污染物在各种条件下的时空分布，必须在大气湍流场的边界条件下求解分子扩散方程。但是，由于边界条件往往比较复杂，无法得到严格的解析解，近似解只能在特定条件下得到，然后根据实际情况进行修正。五，二。湍流扩散理论导论2。湍流统计理论：吉泰勒首次应用统计方法研究湍流扩散，并于1921年提出了著名的泰勒公式。湍流统计理论假设流体中的粒子像连续流体一样连续

4、运动，当粒子被输运和扩散时没有化学和生物反应；不考虑粒子的大小和质量，粒子的运动被认为是相对于某个空间发生的。图4-1显示了污染源释放的颗粒在风沿X方向吹的湍流大气中扩散。假设大气湍流场是均匀稳定的。从原点释放的粒子位置用y表示，然后y随时间变化，但其平均值为零。如果从原点释放出许多粒子，粒子的浓度在X轴上最高，浓度分布以X轴为对称轴，符合正态分布。6，图4-1湍流引起的扩散，7，3。相似理论，湍流相似扩散理论，起源于英国科学家理查森和泰勒。后来，由于许多科学家的努力，特别是俄罗斯科学家的贡献，湍流扩散的相似理论得到了很大发展。湍流扩散相似理论的基本观点是，湍流由许多不同大小的湍流涡旋组成，大

5、的湍流涡旋失去稳定性，分裂成小的湍流涡旋当这些理论用于研究时，通常使用三种方法：数值分析、现场研究和实验室模拟研究。理论和方法的应用是密不可分的，所以我们应该把它们很好地结合起来，得到一个与实际大气污染扩散相一致的计算模型。8，9，大气湍流和污染物扩散。图一显示，在小于其尺度的湍流涡旋作用下，烟团随风迁移，受到湍流涡旋的扰动，其边缘不断与周围空气混合，其体积缓慢膨胀，烟团内部的浓度也不断降低。图8.3b显示烟团受到大尺度湍流涡旋的影响。此时，烟团主要由湍流涡旋携带，其增长不大。图8.3c显示，羽流被同等大小和规模的湍流涡旋牵引和变形，这是最强的扩散过程。在实际大气中，同时存在各种不同大小的湍流

6、涡旋，扩散过程是通过上述过程完成的。10，2高斯扩散模型，1。高斯模型1的相关假设。坐标系以排放点(无界源、地面源或高架源排放点)在地面上的投影点为原点，主风向为x轴，y轴在水平面上垂直于x轴，正方向在x轴左侧，z轴垂直于水平面，向上为正，即右手坐标系。食指的x轴；中指的y轴；拇指z轴。在这个坐标系中，烟流的中心与x轴重合，或者烟流在氧平面上的投影是x轴。2.四点假设：一、污染物浓度在Y和Z方向的分布是正态的；b、各高度风速均匀稳定；c、震源强度连续、均匀、稳定；d、污染物在扩散中是守恒的(不考虑转化)；11、高斯扩散模型坐标系，高斯扩散模型坐标系；12、无界空间连续点源扩散模型；13、在上式

7、中，平均风速；q源强度指污染物排放率。它与空气中污染物的浓度成正比，是研究空气污染的基础数据。一般来说：(1)瞬时点源的源强表示为一次释放的总量；()连续点源表示为单位时间的释放量；()连续线源以单位时间和单位长度的排放量表示；()连续非点源以单位时间单位面积的排放量表示。Y水平(横向)扩散参数，即污染物在Y方向分布的标准偏差，是距离Y的函数，m；Z垂直(垂直)扩散参数，即污染物在Z方向分布的标准偏差，是距离Z的函数，m；未知浓度c，待定函数A(x)，待定系数A和b；方程、形成一个方程组，四个方程有四个未知数，所以方程可以求解。14，15，16，3。架空连续点源扩散模型架空源不仅考虑了地面的影

8、响，还考虑了离地面一定高度的排放源。地表对污染物的影响非常复杂。如果所有的污染物都被地表吸收，这个公式仍然适用于地表以上的大气。然而，根据假设，地面可以被认为是一面镜子，完全反映污染物。根据全反射原理，“像源法”可以用来处理这类问题。P点污染物浓度可视为两个函数的和，一个是实源函数，另一个是虚源函数。见下页的图：它相当于当地面不存在于(0，0，h)处的真实源和(0，0，h)处的图像源之间时，p点产生的浓度之和。(1)真实源效应：由于坐标原点最初是在地面上选择的，现在移动到源高为H的地方，这相当于原点向上移动H，也就是说，原始公式中的Z在新的坐标系中是(Z-H)，所以：17，18，19，20，2

9、1，不考虑地面的影响，上述模型适用于粒径小于10m的气态污染物和浮尘，以及粒径大于10m的颗粒。7.当预测上述粒子时，倾斜烟云模型假设沉积和非沉积具有，22，23，4。颗粒扩散模型，小于15m的颗粒可通过气体扩散计算为大于15m的颗粒：倾斜烟流模型，地面反射系数，24，3污染物浓度估算，Q源强度计算或多年实测平均风速的风速数据H有效烟囱高度和扩散参数，1。烟气提升高度计算，25，1。烟气提升高度计算，提升高度计算公式1。荷兰公式：适用于中性大气条件(稳定性下降，不稳定性增加1020)。霍兰德公式是保守的，特别是在烟囱高、放热率大的情况下。26.1.烟气提升高度计算公式(续)2。布里格斯公式：适

10、用于不稳定和中性大气条件。27.1.烟气提升高度的计算公式。提升高度计算公式(续)3。我国地方大气污染物排放标准制定技术办法(GB/T13201-91)中的公式，28、29、30、2。扩散参数的确定，PG曲线法PG曲线帕斯奎尔常规气象数据估计吉福德做了一个图表，31。在A稳定等级中，A是强不稳定的，B稳定等级AB代表根据A和B等级的数据插值；夜晚被定义为日落前一小时到日出后一小时；无论什么天气条件，晚上前后一小时都算中性，即D稳定；强太阳辐射对应于蓝天下大于60的太阳高度角。的条件；微弱的太阳辐射相当于蓝天下15的太阳高度角。35 .在中纬度地区，强太阳辐射发生在仲夏晴天的中午，弱太阳辐射发生

11、在冬季晴天的中午。云量会减少太阳辐射，云量应该和太阳的高度一起考虑。例如，在蓝天下应该是强太阳辐射，当有破碎的中云(云量610-910)时应该是中太阳辐射，当有破碎的低云时应该是弱辐射；32，1。扩散参数的确定PG曲线法，根据常规数据应用PG曲线确定稳定水平，33，1。扩散参数的确定PG曲线法，PG曲线法的应用，扩散参数PG曲线法的确定，PG曲线法在估算地面最大浓度中的应用，35，实施例42在500米的平均有效源高度处，炼油厂排放的SO2量为80克。解决方案：在多云的大气条件下，稳定性为D级，可从表44中找到。x=500米，y=35.3米，Z=18.1m米.用等式(49)中的数据替换36，2。

12、扩散参数的确定，稳定性分类方法的改进PT方法，37，2。扩散参数的确定，扩散参数的选择，扩散参数的表达式为(采样时间为0.5h，按表4-8计算)，在平原区D、E、F方向不稳定，城市郊区C提高到B级，D、E、F在不稳定方向提高到I级。同一工业区的采样时间大于0.5h，为常数，分别为38、39和40。在实施例43中，在实施例41的条件下，当烟气的SO2排放率为150克时，尝试计算出阴天SO2的最大落地浓度及其出现距离。解决方法：(1)确定大气稳定度：根据设计，阴天为D级。根据扩散参数的选择方法，城市地区的点源，如果D级上升到不稳定方向，应为C级。(2)计算最大落地浓度：根据实施例41的计算结果，有

13、效源高度为H=304.9米，最大落地浓度出现时的垂直扩散参数由公式(411): 41，42得到。在示例44中，工厂位于城市的远郊，锅炉烟囱高度为85 m，出口内径为4 m，烟气出口温度为140，烟气流量为244，800m3。烟囱出口高度平均风速为4.0m /s，当地大气压力为813 hPa，环境温度为20。试计算7月15日晴天12点地面轴线的浓度分布。计算范围从距离烟囱500米开始，间隔500米，直到顺风达到4000米(当地纬度=24)。30，经度=102。20 ).解决方案：(1)计算烟气的提升高度和有效源高度：放热率估算距地面10米高度处的风速，并使用公式(323)和表33(第80页)计算u=2.9毫秒。查找表46显示大气稳定性应为ab类，受试者应为b类，44，(3)浓度估算：首先，校正扩散参数。根据国家标准，对于城市远郊的平坦区域，当采用B级时，B级稳定性的扩散参数仍取值。根据表48中的幂函数计算(或近似查阅表44)，不同下风向距离的扩散参数y和z值如下：45，4特殊气象条件下的扩散模式主要是指气象条件与高斯模式的差异(温度层结构均匀，在实践中难以实现)。封闭扩散模式相当于两个反射镜之间的无限全反射实源和无限虚源的贡献之和，n是反射次数。在地面和背面，真实源分别在两个镜子46中形成N个图像。