第四章大气污染物扩散模式精选文档.ppt
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1、第四章大气污染物扩散模式第四章大气污染物扩散模式本讲稿第一页,共五十三页第一节第一节 湍流扩散的基本理论湍流扩散的基本理论扩散的要素扩散的要素n风风:平流输送为主,风大则湍流大平流输送为主,风大则湍流大n湍流:扩散比分子扩散快湍流:扩散比分子扩散快10105 510106 6倍倍n风、湍流是决定污染物在大气中稀释扩散的最直接因素。风、湍流是决定污染物在大气中稀释扩散的最直接因素。湍流的基本概念湍流的基本概念 n 湍流湍流大气的无规则运动大气的无规则运动 w风速的脉动(上、下)风速的脉动(上、下)w风向的摆动(左、右)风向的摆动(左、右)起因与两种形式起因与两种形式 n热力:温度垂直分布不均(不
2、稳定)热力:温度垂直分布不均(不稳定)n机械:垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度机械:垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度本讲稿第二页,共五十三页湍流扩散理论湍流扩散理论主要阐述湍流与烟流传播及湍流与物质浓度衰减的关系主要阐述湍流与烟流传播及湍流与物质浓度衰减的关系1.1.梯度输送理论梯度输送理论类比于分子扩散,污染物的扩散速率与负浓度梯度成正比类比于分子扩散,污染物的扩散速率与负浓度梯度成正比2.2.湍流统计理论湍流统计理论泰勒泰勒图图4-1,正态分布,正态分布萨顿实用模式萨顿实用模式高斯模式(应用最为广泛)高斯模式(应用最为广泛)本讲稿第三页,共五十三页第二节第二节 高斯扩散模式高斯扩散模式
3、n坐标系坐标系 右右手手坐坐标标系系(食食指指x轴轴;中中指指y轴轴;拇拇指指z轴轴),原原点点:为为无无界界点点源源或或地地面面源源的的排排放放点点,或或者者高高架架源源排排放放点点在在地地面面上上的的投投影影点点;x为为主主风风向向;y为为横横风风向向;z为为垂垂直直向向n高斯模式的高斯模式的四点假设四点假设 wa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wb全部高度风速均匀稳定全部高度风速均匀稳定wc源强是连续均匀稳定的源强是连续均匀稳定的wd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)一、一、一、一、高斯模式的有关假定高斯模式的有关假
4、定高斯模式的有关假定高斯模式的有关假定本讲稿第四页,共五十三页高斯扩散模式高斯扩散模式高斯扩散模式的坐标系高斯扩散模式的坐标系本讲稿第五页,共五十三页 二、无界空间连续点源扩散模式二、无界空间连续点源扩散模式 平均风速,平均风速,m/s;q源强,源强,g/s;y侧向扩散参数,污染物在侧向扩散参数,污染物在y方向分布的标准偏差,方向分布的标准偏差,m;z竖向扩散参数,污染物在竖向扩散参数,污染物在z方向分布的标准偏差,方向分布的标准偏差,m;本讲稿第六页,共五十三页三、高架连续点源扩散模式三、高架连续点源扩散模式 高架源须考虑到地面对扩散的影高架源须考虑到地面对扩散的影响。根据假设响。根据假设可
5、认为地面就象镜可认为地面就象镜子一样对污染物起全反射作用,按子一样对污染物起全反射作用,按全反射原理,可用全反射原理,可用“像源法像源法”处理处理把把P点污染物浓度看成为两部分(实源和像源)作用之和。点污染物浓度看成为两部分(实源和像源)作用之和。建建立立三三个个坐坐标标系系:1、以以实实源源在在地地面面的的投投影影点点为为原原点点;P点点坐坐标标为为(x,y,z););2、以实源为原点;、以实源为原点;3、以像源为原点。、以像源为原点。(1)实实源源贡贡献献:P点点在在以以实实源源为为原原点点的的坐坐标标系系中中的的垂垂直直坐坐标标为为(z-H)。不考虑地面的影响,实源在不考虑地面的影响,实
6、源在P点形成的污染物浓度为:点形成的污染物浓度为:1本讲稿第七页,共五十三页(2)像源贡献:)像源贡献:P点在以像源为原点的坐标系中的垂直坐标为点在以像源为原点的坐标系中的垂直坐标为(z+H),像源在),像源在P点形成的污染物浓度为:点形成的污染物浓度为:2(x,y,z,H)本讲稿第八页,共五十三页高架连续点源扩散模式高架连续点源扩散模式本讲稿第九页,共五十三页高架连续点源扩散模式高架连续点源扩散模式 本讲稿第十页,共五十三页 上式变为:上式变为:令令=0本讲稿第十一页,共五十三页例题:例题:例题:例题:一工厂在源高一工厂在源高H=30m处以处以20g/s的速度排放的速度排放SO2,风速为,风
7、速为3m/s,在下风向距离,在下风向距离1000m处,扩散系数分别取处,扩散系数分别取y=30m,z=20 m。计算烟流中心线上。计算烟流中心线上SO2的浓度;中的浓度;中心线以左心线以左60 m、以下、以下20 m处处 SO2的浓度。的浓度。本讲稿第十二页,共五十三页颗粒物扩散模式颗粒物扩散模式粒径小于粒径小于15m的颗粒物可按气体扩散计算的颗粒物可按气体扩散计算大于大于15m的颗粒物:倾斜烟流模式的颗粒物:倾斜烟流模式 地面反射系数地面反射系数本讲稿第十三页,共五十三页无界空间连续点源扩散模式无界空间连续点源扩散模式无界空间连续点源扩散模式无界空间连续点源扩散模式高架连续点源扩散模式高架连
8、续点源扩散模式高架连续点源扩散模式高架连续点源扩散模式本讲稿第十四页,共五十三页本讲稿第十五页,共五十三页第三节第三节 污染物浓度的估算污染物浓度的估算q 源强源强 计算或实测计算或实测 平均风速平均风速 多年的风速资料多年的风速资料 H 有效烟囱高度有效烟囱高度 、扩散参数扩散参数本讲稿第十六页,共五十三页烟云抬升的原因有两个:烟云抬升的原因有两个:是烟囱出口处的烟流具有一初始动量(使它们继续垂直上升);是烟囱出口处的烟流具有一初始动量(使它们继续垂直上升);是因烟流温度高于环境温度产生的静浮力。是因烟流温度高于环境温度产生的静浮力。这两种动力引起的烟气浮力运动称这两种动力引起的烟气浮力运动
9、称烟云抬升烟云抬升,烟云抬升有利于,烟云抬升有利于降低地面的污染物浓度。降低地面的污染物浓度。1.烟气抬升高度的计算烟气抬升高度的计算 初始动量:初始动量:速度、内径速度、内径浮力:烟温度浮力:烟温度烟气抬升烟气抬升本讲稿第十七页,共五十三页烟气抬升高度的计算烟气抬升高度的计算(1)Holland公式公式:当大气稳定度为中性,计算烟气抬升当大气稳定度为中性,计算烟气抬升高度时,经常使用霍兰徳公式:高度时,经常使用霍兰徳公式:Holland公式比较保守,特别在烟囱高、热释放率比较强的情况下。在实际计算中,公式比较保守,特别在烟囱高、热释放率比较强的情况下。在实际计算中,不稳定条件不稳定条件(A、
10、B稳定度稳定度),H 需增加需增加1020;稳定条件;稳定条件(D、E、F稳定度稳定度),H 需减少需减少1020。kWkW抬升高度计算式抬升高度计算式 本讲稿第十八页,共五十三页 (2)Briggs公式:适用不稳定及中性大气条件公式:适用不稳定及中性大气条件不稳定或中性大气下,布里格斯公式用来确定不同的热释放率和下风向距不稳定或中性大气下,布里格斯公式用来确定不同的热释放率和下风向距离条件下的烟气抬升高度:离条件下的烟气抬升高度:本讲稿第十九页,共五十三页(3 3)我国)我国“制订地方大气污染物排放标准的技术方法制订地方大气污染物排放标准的技术方法”(GB/T13201-91)(GB/T13
11、201-91)中的公式中的公式在没有特别要求时,应优先使用国家标准在没有特别要求时,应优先使用国家标准规定的方法。规定的方法。本讲稿第二十页,共五十三页例:某市远郊区电厂烟囱高例:某市远郊区电厂烟囱高160m,烟囱排出口内径,烟囱排出口内径5m,排烟速度,排烟速度12m/s。烟气温度。烟气温度135,周围大气,周围大气温度温度15。大气稳定度。大气稳定度C级,源高处风速级,源高处风速6 12m/s。试分别用霍兰德、布里格斯、国家标准公式计算烟气试分别用霍兰德、布里格斯、国家标准公式计算烟气抬升高度(假设下风向距离抬升高度(假设下风向距离x=2km)本讲稿第二十一页,共五十三页大气扩散参数(大气
12、扩散参数(y,z)的确定的确定PG曲线法曲线法 帕帕斯斯奎奎尔尔在在1961年年推推荐荐一一种种仅仅需需要要常常规规气气象象观观测测资资料料就就能能估估算算y,z的的方方法法,吉吉福福德德(Gifford)进进一一步步将将它它制制成成应应用用更更方方便便的的图图表表。应应用用观观测测到到的的风风速速、云云量量、云云状状和和日日照照等等天天气气资资料料,将将大大气气扩扩散散稀稀释能力分为释能力分为6个等级个等级:A 极不稳定,极不稳定,B 不稳定,不稳定,C 弱不稳定,弱不稳定,D 中性,中性,E 弱稳定,弱稳定,F 稳定。若稳定级别为稳定。若稳定级别为AB,则表示按,则表示按A、B级的数据内插
13、级的数据内插。该法的要点该法的要点:首先首先根据帕斯奎尔划分大气稳定度的方法来确定大气稳定度级别;根据帕斯奎尔划分大气稳定度的方法来确定大气稳定度级别;然然后后从从图图4-4和和图图4-5中查得中查得(或表(或表4-4用内插法求出)用内插法求出)对应的扩散对应的扩散参数参数y和和z;最后最后将将y、z代入前面介绍的一系列扩散模式中,就可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。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,是影响污染物浓度的重要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。参数。本讲稿第二十二页,共五十三页扩散参数的
14、确定扩散参数的确定PG曲线法曲线法PG曲线的应用曲线的应用n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本讲稿第二十三页,共五十三页扩散参数的确定扩散参数的确定PG曲线法曲线法PG曲线的应用曲线的应用n利用扩散曲线确定利用扩散曲线确定 和和本讲稿第二十四页,共五十三页扩散参数的确定扩散参数的确定PG曲线法曲线法PG曲线的应用曲线的应用n地面最大浓度估算地面最大浓度估算本讲稿第二十五页,共五十三页扩散参数的确定中国国家标准规定的方法扩散参数的确定中国国家标准规定的方法我国在修订我国在修订P-T法法基础上产生了国家标准法基础上产生了国家标准法(GB/T 13201-91)。太阳高度角太阳高
15、度角 (式(式4-29,地理纬度,倾角),地理纬度,倾角)辐射等级辐射等级 稳定度稳定度 云量云量(加地面风速)(加地面风速)该方法的技术路线是:根据时间、地理位置确定日倾角、太该方法的技术路线是:根据时间、地理位置确定日倾角、太阳高度角,利用天气条件确定辐射等级,然后利用辐射等级阳高度角,利用天气条件确定辐射等级,然后利用辐射等级和风速确定大气稳定度,最后查扩散参数幂函数表,确定扩和风速确定大气稳定度,最后查扩散参数幂函数表,确定扩散参数。散参数。本讲稿第二十六页,共五十三页本讲稿第二十七页,共五十三页扩散参数的确定中国国家标准规定的方法扩散参数的确定中国国家标准规定的方法扩散参数的选取扩散
16、参数的选取n扩散参数的表达式为(取样时间扩散参数的表达式为(取样时间0.5h,按表,按表4-8查算)查算)n平原地区和城市远郊区,平原地区和城市远郊区,D、E、F向不稳定方向提半级向不稳定方向提半级n工业区和城市中心区,工业区和城市中心区,C提至提至B级,级,D、E、F向不稳定方向提一级向不稳定方向提一级n丘陵山区的农村或城市,同工业区丘陵山区的农村或城市,同工业区n取样时间大于取样时间大于0.5h,不变,不变,本讲稿第二十八页,共五十三页例:某冶炼厂烟囱高例:某冶炼厂烟囱高150m,烟气抬升高度,烟气抬升高度75m,SO2排排放量放量1000g/s。估算风速。估算风速3m/s,大气稳定度,大
17、气稳定度C级时地面最大级时地面最大浓度是多少?发生在什么位置?浓度是多少?发生在什么位置?(分别用(分别用P-G法和国家标准法和国家标准方法计算)方法计算)第二步:确定出现地面最大浓度的下风向距离。第二步:确定出现地面最大浓度的下风向距离。第一步:确定出现地面最大浓度的第一步:确定出现地面最大浓度的Z向扩散参数。向扩散参数。第三步:确定出现地面最大浓度的第三步:确定出现地面最大浓度的y向扩散参数。向扩散参数。第四步:计算地面最大浓度。第四步:计算地面最大浓度。本讲稿第二十九页,共五十三页第四节第四节 特殊气象条件下的扩散模式特殊气象条件下的扩散模式在整层大气都具有同一稳定度(即温度层结构均一,
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