第四章大气扩散浓度估算模式精选文档.ppt

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1、第四章大气扩散浓度第四章大气扩散浓度估算模式估算模式本讲稿第一页，共五十九页第一节第一节 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：平流输送为主，风大则湍流大风：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105106倍倍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风速的脉动风速的脉动w风向的摆动风向的摆动起因与两种形式起因与两种形式 n热力湍流：温度垂直分布不均（不稳定）热力湍流：温度垂直分布不均（不稳定）n机械湍流：垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度机械湍流：垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度本讲稿第二页，共

2、五十九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主要阐述湍流与烟流传播及湍流与物质浓度衰减的关系关系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4-14-1，正态分布，正态分布萨顿使用模式萨顿使用模式高斯模式高斯模式 3.3.相似理论相似理论 本讲稿第三页，共五十九页What is Air pollutant Concentration Models?The perfect pollutant concentration models

3、 would allow us to predict the concentrations that would result from any specified set of pollutant emissions,for any specified meteorological conditions,at any locations,for any time period,with total confidence in our prediction.本讲稿第四页，共五十九页What is Air pollutant Concentration Models?All of the mod

4、els is derived according to materials balances.The purpose of air pollutant concentration models is to predict the concentrations.All models are simplifications of reality,a lot of assumptions are presented.本讲稿第五页，共五十九页第二节第二节 高斯扩散模式高斯扩散模式高斯模式的有关假定高斯模式的有关假定n坐坐标标系系右右手手坐坐标标系系，x为为风风向向，y为为垂垂直直于于x轴轴，z为为垂垂

5、直于直于xoy面面n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）本讲稿第六页，共五十九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图图4-1 4-1 浓度正态分布的高斯烟云扩散输送图浓度正态分布的高斯烟云扩散输送图(x,-y,0)(x,0,0)ozyxH(x,-y,z)HsH本讲稿第七页，共五十九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由正态分布假定，得下风

6、向任一点的浓度分布由正态分布假定，得下风向任一点的浓度分布方差的表达式方差的表达式由假定由假定d源强积分式源强积分式 （单位时间污染物守恒）（单位时间污染物守恒）未未知知数数：浓浓度度c，待待定定函函数数A（x），a,b,积积分分可可以以解解出出四个未知数四个未知数,得到高斯模式得到高斯模式本讲稿第八页，共五十九页高斯烟流的形态高斯烟流的形态本讲稿第九页，共五十九页高斯烟流的浓度分布高斯烟流的浓度分布高斯烟流中心线上的浓度分布高斯烟流中心线上的浓度分布高斯烟流中心线上的浓度分布高斯烟流中心线上的浓度分布本讲稿第十页，共五十九页高架连续点源扩散模式高架连续点源扩散模式镜像全反射镜像全反射-像源法

7、像源法n实源：实源：n像源：像源：n 实源的贡献实源的贡献n 像源的贡献像源的贡献n 实际浓度实际浓度本讲稿第十一页，共五十九页高架连续点源扩散模式高架连续点源扩散模式地面浓度模式：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：考虑地面轴线浓度模式考虑地面轴线浓度模式 本讲稿第十二页，共五十九页高架连续点源扩散模式高架连续点源扩散模式 地面源高

8、斯模式（令地面源高斯模式（令H H0 0）：）：相当于无限源的相当于无限源的2 2倍（镜像垂直于地面，源强加倍）倍（镜像垂直于地面，源强加倍）地面最大浓度模式（续）：地面最大浓度模式（续）：设设 （实际中成立）（实际中成立）由此求得由此求得本讲稿第十三页，共五十九页 Gaussian plume,two-dimensional spreading equation高高斯烟羽二维扩散方程斯烟羽二维扩散方程 Assuming negligible net transfer of material in the x direction.horizontal dispersion coefficien

9、t vertical dispersion coefficientGaussian Diffusion Models本讲稿第十四页，共五十九页downwind distance ,would depend on wind speed,and on the degree of atmospheric turbulence,degree of solar heating.本讲稿第十五页，共五十九页Gaussian plume,two-dimensional spreading equation高斯烟羽二维扩散方程高斯烟羽二维扩散方程The first term is the concentrati

10、on on the centerline of the plume.three terms of Gussian plume equation First term when y=0,(z H)=0,so exp 0=1With the increase of downwind distance(x),concentration on the centerline is decreasing.Gaussian Diffusion Models本讲稿第十六页，共五十九页 Second term w4-9式计算式计算 地面轴线浓度地面轴线浓度2.当当 ，z z向浓度混合均匀，向浓度混合均匀，z z

11、分布函数为分布函数为3.内插（假定变化为线性），按内插（假定变化为线性），按z值插值值插值本讲稿第四十二页，共五十九页熏烟型扩散模式熏烟型扩散模式假设：假设：D 换成换成h hf f（垂向均匀分布）；（垂向均匀分布）；Q Q 只包括进入混只包括进入混合层部分，合层部分，则仍可用上面公式则仍可用上面公式 本讲稿第四十三页，共五十九页熏烟型扩散模式熏烟型扩散模式 逆温层消失到烟流上边缘，即逆温层消失到烟流上边缘，即 逆温消失到逆温消失到 ，熏烟过程不复存在，熏烟过程不复存在 逆温层消失到烟囱的有效高度处逆温层消失到烟囱的有效高度处本讲稿第四十四页，共五十九页第五节第五节 城市及山区扩散模式城市及山

12、区扩散模式城市大气扩散模式城市大气扩散模式1.线源扩散模式线源扩散模式n无限长线源无限长线源风向和线源不垂直时风向和线源不垂直时（交角（交角 =45=45o o）n有限长线源有限长线源本讲稿第四十五页，共五十九页城市大气扩散模式城市大气扩散模式2.面源扩散模式面源扩散模式w大气排放规范里规定条件：烟囱高大气排放规范里规定条件：烟囱高40m；单个排放量单个排放量 O3SOx or NOx+NH3+OH -(NH4)2SO4 or NH4NO3SO2+OH-H2SO4NO2+OH-HNO3VOC+OH-Orgainic PM OH Air Toxics(POM,PAH,Hg(II),etc.)Fi

13、ne PM(Nitrate,Sulfate,Organic PM)NOx+SOx+OH (Lake Acidification,Eutrophication)本讲稿第五十二页，共五十九页第三代模式（第三代模式（Models3）http:/www.epa.gov/asmdnerl/models3/本讲稿第五十三页，共五十九页山区扩散模式山区扩散模式n山区流场由于受到复杂地形的热力和动力因子影响，流场均匀和定常的假山区流场由于受到复杂地形的热力和动力因子影响，流场均匀和定常的假定难以成立定难以成立n对风向稳定、研究尺度不大、地形较为开阔及起伏不大的地区，浓度基本上遵循正对风向稳定、研究尺度不大、地

14、形较为开阔及起伏不大的地区，浓度基本上遵循正态分布规律，只是扩散参数比平原地区大很多态分布规律，只是扩散参数比平原地区大很多 ERT模式模式高斯模式，只对有效源高进行修正高斯模式，只对有效源高进行修正 NOAA和和EPA模式模式NOAA以高斯模式为基础，对有效源高进行修正以高斯模式为基础，对有效源高进行修正EPA与与NOAA相似，只是对所有稳定度级别都进行了地形高度修正相似，只是对所有稳定度级别都进行了地形高度修正 封闭山谷中的扩散模式封闭山谷中的扩散模式距离污染源一段距离处，横向均匀分布距离污染源一段距离处，横向均匀分布本讲稿第五十四页，共五十九页第六节第六节 烟囱高度的设计烟囱高度的设计烟

15、囱高度的计算烟囱高度的计算要求：要求：n（1）达到稀释扩散的作用达到稀释扩散的作用n（2）造价最低，造价最低，造价正比于造价正比于H H2 2n（3 3）地面浓度不超标）地面浓度不超标 n按地面最大浓度计算按地面最大浓度计算 在0.51.0之间取 标准浓度限值 本低/背景浓度本讲稿第五十五页，共五十九页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1 （代入2（危险风速危险风速危险风速危险风速）此时 代入下式可得代入下式可得（4-10）出现极大值出现极大值本讲稿第五十六页，共五十九页烟囱高度的计算烟囱高度的计算按一定保证率的计算法按一定保证率的计算法n取上述两种情况之间一定保证率下的平均风速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和扩散参数P值法值法n国标国标GB/T 13201-91本讲稿第五十七页，共五十九页烟囱设计中的几个问题烟囱设计中的几个问题上述计算公式按锥形高斯模式导出，在逆温较强的地区，需要用封闭型或熏烟型模式校核烟气抬升高度的计算方法n优先采用国家标准中的推荐公式气象参数的取值方法本讲稿第五十八页，共五十九页烟囱高度设计中的具体要求n工厂企业点源烟囱高度不低于从属建筑物高度的2倍；n排放大气污染物的烟囱，不得低于15m；n烟囱出口烟气速度宜为20-30m/s，排烟温度不宜过低。本讲稿第五十九页，共五十九页