大氣污染控制工程：第四章 大氣擴(kuò)散濃度估算模式2

1、,第四章 大氣污染物濃度估算模式,2,本章主要內(nèi)容,大氣污染物擴(kuò)散的基本描述 箱子模式 高斯擴(kuò)散模式 污染物濃度的估算方法 特殊氣象條件下的擴(kuò)散模式 城市及山區(qū)擴(kuò)散模式 煙囪高度設(shè)計(jì) 空氣質(zhì)量模式的新進(jìn)展,湍流擴(kuò)散,基本概念 湍流：大氣的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng) 風(fēng)速的脈動(dòng) 風(fēng)向的擺動(dòng) 起因與兩種形式 熱力：溫度垂直分布不均 機(jī)械：風(fēng)速分布不均勻及 地面粗糙度 擴(kuò)散的要素 風(fēng)：平流輸送為主; 風(fēng)大則湍流大 湍流：擴(kuò)散比分子擴(kuò)散快105106倍; 湍流越強(qiáng)，擴(kuò)散速度越快,一、大氣污染物擴(kuò)散的基本描述,3,湍流擴(kuò)散的基本理論,主要闡述研究湍流與煙流傳播同物質(zhì)衰減的關(guān)系 1.梯度輸送理論： 類比于分子擴(kuò)散，將濃度

2、梯度作為物質(zhì)擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力 應(yīng)用歐拉法研究每一空間位置上運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的特征量 基本參數(shù)：湍流擴(kuò)散系數(shù)K；氣象資料：風(fēng)速及K的垂直廓線 限制條件：小尺度湍渦,一、大氣污染物擴(kuò)散的基本描述,歐拉方法：把某瞬時(shí)通過(guò)流場(chǎng)各個(gè)固定點(diǎn)的流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)綜合起來(lái)，反映某時(shí)刻流體在流場(chǎng)內(nèi)的運(yùn)動(dòng)狀況,4,湍流擴(kuò)散的基本理論,主要闡述湍流與煙流傳播及湍流與物質(zhì)濃度衰減的關(guān)系 2.湍流統(tǒng)計(jì)理論 應(yīng)用拉格朗日法研究每一質(zhì)點(diǎn)不同時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 大氣湍流場(chǎng)是均勻、定常流場(chǎng)；單個(gè)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)是隨機(jī)的；無(wú)數(shù)個(gè)具有隨機(jī)運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)作為一個(gè)整體，具有穩(wěn)定的概率分布 基本參數(shù)：風(fēng)速脈動(dòng)速度均方差 湍流能譜：不同頻率湍流速度漲落對(duì)湍流動(dòng)能的貢

3、獻(xiàn)的函數(shù) 限制條件：均勻湍流,一、大氣污染物擴(kuò)散的基本描述,拉格朗日方法(質(zhì)點(diǎn)系法)：跟蹤并研究每個(gè)流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)情況，把它們綜合起來(lái)以掌握整個(gè)流體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律。,5,大氣污染物濃度估算模式 概念：模擬大氣污染物的輸送、擴(kuò)散、遷移過(guò)程，預(yù)測(cè)在不同污染源條件、氣象條件及下墊面條件下某污染物濃度時(shí)空分布的數(shù)學(xué)模型，是大氣中污染物遷移和擴(kuò)散規(guī)律的、簡(jiǎn)單化的數(shù)學(xué)描述。 應(yīng)用：城市、區(qū)域、全球的氣象、氣候和大氣污染研究 作為法規(guī)模型支持空氣質(zhì)量評(píng)估和大氣污染控制規(guī)劃制定 作為研究工具分析大氣污染的成因、識(shí)別大氣污染的來(lái)源,一、大氣污染物擴(kuò)散的基本描述,6,一、大氣污染物擴(kuò)散的基本描述,大氣污染物濃度估算模

4、式的基本原理,7,8,本章主要內(nèi)容,大氣污染物擴(kuò)散的基本描述 箱子模式 高斯擴(kuò)散模式 污染物濃度的估算方法 特殊氣象條件下的擴(kuò)散模式 城市及山區(qū)擴(kuò)散模式 煙囪高度設(shè)計(jì) 空氣質(zhì)量模式的新進(jìn)展,箱子模式的基本假定,二、箱子模式( Fixed-box models),9,(6-7),二、箱子模式( Fixed-box models),箱子模式的推導(dǎo),10,如何降低城市的污染物濃度？,如何計(jì)算污染物的年平均濃度？,二、箱子模式( Fixed-box models),箱子模式的含義及應(yīng)用,減排比例：,11,12,本章主要內(nèi)容,大氣污染物擴(kuò)散的基本描述 箱子模式 高斯擴(kuò)散模式 污染物濃度的估算方法 特殊氣

5、象條件下的擴(kuò)散模式 城市及山區(qū)擴(kuò)散模式 煙囪高度設(shè)計(jì) 空氣質(zhì)量模式的新進(jìn)展,三、高斯擴(kuò)散模式,高斯擴(kuò)散模式的坐標(biāo)系 右手坐標(biāo)，x為下風(fēng)向， y為橫風(fēng)向，z為垂直向,煙羽,13,污染物濃度在y、z風(fēng)向上分布為正態(tài)分布 全部高度風(fēng)速均勻穩(wěn)定 源強(qiáng)是連續(xù)均勻穩(wěn)定的 擴(kuò)散中污染物質(zhì)量守恒（不考慮轉(zhuǎn)化）,三、高斯擴(kuò)散模式,高斯擴(kuò)散模式的假定,14,X方向的擴(kuò)散通量 k: 湍流擴(kuò)散系數(shù), m2/s,三、高斯擴(kuò)散模式,高斯擴(kuò)散模式的推導(dǎo)(1),15,高斯擴(kuò)散模式的推導(dǎo)(2),氣團(tuán)中污染物濃度隨時(shí)間的變化：,三、高斯擴(kuò)散模式,16,高斯擴(kuò)散模式的推導(dǎo)(3),Solution for instantaneous

6、 release of X g of pollutant at t = 0 and x = y = z = 0 :,2 dimensional dispersion, X=Q/u,三、高斯擴(kuò)散模式,17,水平和垂直擴(kuò)散參數(shù)，m,將t=x/u、 、 帶入高斯擴(kuò)散模式中，得到:,無(wú)界空間連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式:(1)點(diǎn)源周圍沒(méi)有任何界面影響; (2)風(fēng)速均勻，則地勢(shì)開(kāi)闊平坦，沒(méi)有大的建筑物或者起伏地形；(3）排放量穩(wěn)定,(4-6),三、高斯擴(kuò)散模式,高斯擴(kuò)散模式的推導(dǎo)(4),18,高斯煙羽模式的基本方程,三、高斯擴(kuò)散模式,19,高架連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式(1),主要假定： 地面如同鏡面，對(duì)污染物全反射； 下風(fēng)

7、向任一點(diǎn)P處的污染物濃度等于不存在地面時(shí)該處濃度，加上地面反射增加的濃度； 地面對(duì)污染物的反射造成某處污染物濃度的增加，與一個(gè)大小相同、位置相反的虛像點(diǎn)源產(chǎn)生的效果相同。 鏡像全反射-像源法,三、高斯擴(kuò)散模式,實(shí)源： 像源：,20,高架連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式(2),實(shí)源： 像源：,像源的貢獻(xiàn),實(shí)際濃度,三、高斯擴(kuò)散模式,下風(fēng)向P點(diǎn)處的污染物濃度：,21,實(shí)源的貢獻(xiàn),(4-7),高架連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式(3),地面濃度模式：z0,地面軸線濃度模式：y=0，z0,三、高斯擴(kuò)散模式,英文教材圖6.9,22,高架連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式(4),地面最大濃度模式（續(xù)）：,設(shè) （實(shí)際中成立）,由此求得,三、高斯擴(kuò)散模式,2

8、3,(4-12),顆粒物擴(kuò)散模式(1),粒徑小于15m的顆粒物可按氣體擴(kuò)散計(jì)算 大于15m的顆粒物：傾斜煙流模式,區(qū)別在于沉降!,三、高斯擴(kuò)散模式,24,第一步，確定顆粒物的沉降速度：,第二步，實(shí)源造成的顆粒物擴(kuò)散地面濃度方程：,c,顆粒物擴(kuò)散模式(2),三、高斯擴(kuò)散模式,25,第三步，確定虛源造成的顆粒物濃度：,第四步，實(shí)源造成的顆粒物擴(kuò)散地面濃度：,地面反射系數(shù)(不是完全鏡像),c,c,26,本章主要內(nèi)容,大氣污染物擴(kuò)散的基本描述 箱子模式 高斯擴(kuò)散模式 污染物濃度的估算方法 特殊氣象條件下的擴(kuò)散模式 城市及山區(qū)擴(kuò)散模式 煙囪高度設(shè)計(jì) 空氣質(zhì)量模式的新進(jìn)展,四、污染物濃度的估算,q 源強(qiáng),

9、 g/s計(jì)算或?qū)崪y(cè) 平均風(fēng)速, m/s風(fēng)速觀測(cè)資料 H 有效煙囪高度, m 、 擴(kuò)散參數(shù), m,利用高斯擴(kuò)散模式計(jì)算污染物濃度,主要參數(shù)： q、 、H、x、y、z、,27,四、污染物濃度的估算,煙氣抬升高度的計(jì)算(1),有效源高,Holland公式：適用于中性大氣條件（穩(wěn)定時(shí)減小、不穩(wěn)時(shí)增加1020）,Holland公式比較保守，特別在煙囪高、溫差比較大的情況下,vs煙囪出口流速，m/s；D煙囪出口內(nèi)徑，m；,煙囪出口處的平均風(fēng)速，m/s；Ts煙囪出口處的煙流溫度，K；Ta環(huán)境大氣溫度，K；QH 煙氣的熱釋放率,28,煙氣抬升高度的計(jì)算(2),Briggs公式：不穩(wěn)定及中性大氣條件,當(dāng)QH 2

10、1000 kW時(shí),x3x*，,x3x*，,四、污染物濃度的估算,29,煙氣抬升高度的計(jì)算(3),環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則-大氣環(huán)境(HJ/T2.2-93),四、污染物濃度的估算,30,（4） 當(dāng)10m高處的年平均風(fēng)速小于或等于1.5m/s時(shí),排放源高度以上氣溫直減率,四、污染物濃度的估算,煙氣抬升高度的計(jì)算(3),我國(guó)“環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則-大氣環(huán)境”(HJ/T2.2-93),31,擴(kuò)散參數(shù)的確定(1),PG曲線法,方法要點(diǎn) 大氣分成AF共六個(gè)穩(wěn)定度等級(jí) 云、日照、風(fēng)速 A為強(qiáng)不穩(wěn)定，B為不穩(wěn)定，C為弱不穩(wěn)定，D為中性，E為較穩(wěn)定，F(xiàn)為穩(wěn)定 曲線(六條)，對(duì)應(yīng)A、BF穩(wěn)定度級(jí),K值與風(fēng)速為一次線性關(guān)系，K/u為常量,擴(kuò)散參數(shù)與下風(fēng)向距離的平方根成正比,四、污染物濃度的估算,32,根據(jù)常規(guī)資料確定穩(wěn)定度級(jí)別,城市地區(qū)地面粗糙度大，熱島效應(yīng)不大可靠,強(qiáng)太陽(yáng)輻射對(duì)應(yīng)于碧空下的太陽(yáng)高度角大于60o的條件； 弱太陽(yáng)輻射相當(dāng)于碧空下太陽(yáng)高度角為15o35o。 在中緯度地區(qū)，仲夏晴天的中午為強(qiáng)太陽(yáng)輻射，寒冬晴天中午為弱太陽(yáng)輻射。 云量將減少太陽(yáng)輻射，云量應(yīng)與太陽(yáng)高度一起考慮。,四、污染物濃度的估算,擴(kuò)散參數(shù)的確定PG曲線法(2),33,利用擴(kuò)散曲線確定 和,斜率=0.894,P-G 曲線是帕斯奎爾根據(jù)地面源的實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)出來(lái)的，圖中