能源與環(huán)境工程第五章大氣污染擴(kuò)散－王樹眾(編輯修改稿)
2024-11-15 05:19 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 成的。 煙氣在大氣中的擴(kuò)散 : （ a） 無湍流 ， 煙團(tuán)僅僅依靠分子擴(kuò)散使煙團(tuán)長(zhǎng)大，擴(kuò)散速率緩慢； （ b） 煙團(tuán)尺度 湍渦 邊緣受小湍渦擾動(dòng)，與周邊空氣混合，緩慢膨脹，煙流呈直線向下風(fēng)運(yùn)動(dòng)； （ c） 煙團(tuán)尺度 ≈ 湍渦， 煙團(tuán)被迅速撕裂，大幅度變形，快速膨脹，擴(kuò)散較快，煙流呈小擺幅曲線向下風(fēng)運(yùn)動(dòng)； （ d） 煙團(tuán)尺度＜湍渦， 受大湍渦卷吸擾動(dòng)影響較弱，本身膨脹有限，在大湍渦的夾帶下作較大擺幅的蛇形曲線運(yùn)動(dòng)。 2. 湍流擴(kuò)散與正態(tài)分布的基本理論 大氣處于湍流狀態(tài) 。 污染物排入大氣后 ， 一方面； （ 1） 隨大氣整體飄移； （ 2） 另一方面 ， 從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)擴(kuò)散 、 稀釋 。 大氣擴(kuò)散理論就是在各種氣象 、 下墊面條件下 ， 用數(shù)理方法模擬不同的大氣污染擴(kuò)散過程 ， 預(yù)報(bào)污染物濃度時(shí)空變化 規(guī)律 。 擴(kuò)散理論 ：梯度輸送理論 、 相似理論 、 統(tǒng)計(jì)理論 （ 都有較大局限性 ） （ 湍流統(tǒng)計(jì)理論體系的 ） 高斯擴(kuò)散模式 ： 排放源：地面源 (Z＝ 0)、 高架源 (Z=H)。 風(fēng) 向平行于 x軸 。 假定 ： ① 源強(qiáng) q均勻連續(xù)； ② 風(fēng)速 u均勻恒定； ③ 污染物在 y,Z軸符合正態(tài)分布； ④ 污染物在擴(kuò)散中質(zhì)量守恒 。 二、高斯擴(kuò)散模式 （ 1） 大空間點(diǎn)源 假設(shè) ： ① 流場(chǎng)穩(wěn)定 ， 風(fēng)速均勻 ， 風(fēng)向平直； ② 濃度在 y、 z軸符合正態(tài)分布 ③ 污染物質(zhì)量守恒； ④ 源強(qiáng)均勻 、 連續(xù) 。 圖：源于坐標(biāo)原點(diǎn) o， 風(fēng)向與 x軸平行 、 正向同向 。 擴(kuò)散具有 y與 z兩個(gè)方向的二維正態(tài)分布 ，分布密度為一維分布函數(shù)的乘積 。 由正態(tài)分布②，得濃度分布函數(shù)為： ? ?22221, , ( ) e x p2 yzyzC x y z A x??????? ? ?????????C— 濃度； A（ x） — 待定系數(shù)； σ y、 σ z— 水平 、 垂直方向的擴(kuò)散系數(shù) 。 由質(zhì)量守恒 ③ 和連續(xù) ④ ， 在任一垂直于 x軸的煙流截面上有： q uC dy dz?? ???? ??? ??q— 源強(qiáng)，單位時(shí)間內(nèi)排放的污染物； u— 平均風(fēng)速。 ? ? 2yzqAxu? ? ??? ?22221, , e x p22 y z y zq y zC x y zu? ? ? ? ?????? ? ?????????（ 5－ 19） C代入 ,由風(fēng)速穩(wěn)定 ① ， A與 y、 z無關(guān) ， 考慮到 ③ 和 ④ ， 積分得 A（ x） σy、 σz— 與 大氣穩(wěn)定度有關(guān) ， 隨 x增大而增加 。 當(dāng) y＝ 0， z＝ 0時(shí) ， A（ x） 即為 x軸上的濃度 ， 為垂直于 x軸橫截面上的最大濃度 Cmax。 當(dāng) x→∞時(shí) ， σy及 σz→∞， 則 C→0， 完全擴(kuò)散 。 （ 2）高架點(diǎn)源 地面 o為原點(diǎn) ， 有效源在 z軸上 ， H＝ h（ 煙囪幾何高度 ） ＋ Δh（ 抬升高度 ） ① 地面全反射時(shí)： 像源法求解 k點(diǎn) (0， 0， H)實(shí)源 在 k點(diǎn)擴(kuò)散和地 面反射 濃度的疊加 。反射視為與實(shí)源對(duì)稱的位于 (0， 0， － H)像源擴(kuò)散到k點(diǎn)濃度 。 實(shí)源：坐標(biāo)沿 z軸向下平移距離 H， (zH) ? ? 22s 22z1e x p22 y z y zHqyCu? ? ? ? ????? ???? ? ?????????（ 5－ 20） 像源： 坐標(biāo)沿 z軸向上平移距離 H， (z＋ H) ? ? 22x 22z1e x p22 y z y zHqyCu? ? ? ? ????? ???? ? ?????????（ 5－ 21） K點(diǎn)的濃度： C＝ Cs＋ Cx （ 5－ 22） ② 地面全吸收時(shí)： Cx＝ 0， C＝ Cs 式 （ 5－ 20） ③地面濃度（假定為全反射時(shí)）： 最關(guān)心地面，尤其是最大濃度值和離源頭距離。在式（ 5－ 22）中， 令 z＝ 0： x軸線上濃度分布：再令 y＝ 0，則 22221( , , 0 ) e x p2y z y zq y HC x yu? ? ? ? ???????? ? ???????????（ 5－ 23） 22( , 0 , 0 ) e x p 2y z zqHCxu? ? ? ????? ????（ 5－ 24） x軸：排放源附近 C＝ 0，順風(fēng)向C↑ ，某處達(dá)到 Cmax，以后 C↓ 。 H↑ ， → σ z ↑ 、 xmax↑ ，則 Cmax點(diǎn)離源越遠(yuǎn)。 H和 u↑ ，則 Cmax值 ↓ ，防止污染物在某一局部聚積。
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