高斯擴(kuò)散模式-大氣污染控制工程

1、第四章 大氣污染物擴(kuò)散模式高斯擴(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、煙囪高度設(shè)計(jì)、廠址選擇1第一節(jié) 湍流擴(kuò)散的基本理論湍流大氣的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)熱力湍流：溫度垂直分布不均勻（大氣穩(wěn)定度）機(jī)械湍流：風(fēng)速垂直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2湍流擴(kuò)散理論梯度輸送理論、湍流統(tǒng)計(jì)理論1.梯度輸送理論研究方法：利用歐拉提出的方法，在充滿流體的空間固定多個(gè)點(diǎn)，測(cè)量各固定點(diǎn)上的各個(gè)參數(shù)的變化。理論基礎(chǔ)：質(zhì)量守恒定律，把擴(kuò)散類似分子擴(kuò)散，脈動(dòng)值用平均值代替。3湍流擴(kuò)散理論2.湍流統(tǒng)計(jì)理論研究方法：拉格朗日方法，空間有一微團(tuán)，跟隨微

2、團(tuán)流動(dòng)時(shí)各個(gè)流動(dòng)點(diǎn)的規(guī)律。理論基礎(chǔ)：解決擴(kuò)散參數(shù)時(shí)用二元相關(guān)理論：方差、概率。泰勒?qǐng)D4-1，正態(tài)分布薩頓實(shí)用模式高斯模式 4第二節(jié) 高斯擴(kuò)散模式一、高斯擴(kuò)散模式 5一、高斯擴(kuò)散模式高斯模式的有關(guān)假定四點(diǎn)假設(shè) 1污染物濃度在y、z風(fēng)向上都是正態(tài)分布2整個(gè)擴(kuò)散空間內(nèi)，風(fēng)速均勻不變3源強(qiáng)是連續(xù)、均勻的4擴(kuò)散中污染物的質(zhì)量是守恒的6二、無(wú)界空間連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式由正態(tài)分布的假定（1）可以寫(xiě)出下風(fēng)向任一點(diǎn)（x,y,z）的污染物平均濃度的分布函數(shù)： （4-1）由概率統(tǒng)計(jì)理論可以寫(xiě)出方差的表達(dá)式： （4-2）由假定（4）可以寫(xiě)出源強(qiáng)的積分式： （4-3）7二、無(wú)界空間連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式將式（4-1）代入式（4-

3、2），積分后得 (4-4)將式（4-1）和（4-4）代入式（4-3），積分后得 (4-5)再將式（4-4）和（4-5）代入式（4-1）中，便得到無(wú)界空間連點(diǎn)源擴(kuò)散的高斯模式：8三、高架連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式鏡像全反射-像源法9鏡像全反射-像源法實(shí)源： 像源：10三、高架連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式鏡像全反射-像源法11三、高架連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式 、 - 污染物在y、z方向分布的標(biāo)準(zhǔn)差，m；- 任一點(diǎn)處污染物的濃度，g/m3； - 平均風(fēng)速，m/s；H - 有效源高，mQ - 源強(qiáng)，g/s12四、地面最大濃度模式13四、地面最大濃度模式考慮地面軸線濃度模式:隨X增大,前一項(xiàng)減小,后一項(xiàng)增大,必然某一X處出現(xiàn)最大值.

4、地面最大濃度模式：14四、地面連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式由高架連續(xù)點(diǎn)源模式，令其有效源高H=0而得，即: 15五、顆粒物擴(kuò)散模式粒徑小于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a顆粒的地面反射系數(shù)vt顆粒的沉降速度16例題4-1、習(xí)題4-3利用高斯模式計(jì)算地面軸線濃度。17第三節(jié) 污染物濃度的估算q 源強(qiáng) 計(jì)算或?qū)崪y(cè) 平均風(fēng)速 多年的風(fēng)速資料 H 有效煙囪高度？ 、 擴(kuò)散參數(shù)？18一、煙氣抬升高度的計(jì)算初始動(dòng)量： 速度、內(nèi)徑煙溫度 浮力煙氣抬升19一、煙氣抬升高度的計(jì)算抬升高度計(jì)算式 （1） 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

5、式比較保守，特別在煙囪高、熱釋放率比較強(qiáng)的情況下誤差比較大 。20一、煙氣抬升高度的計(jì)算（2）Briggs公式：適用不穩(wěn)定及中性大氣條件 21一、煙氣抬升高度的計(jì)算（3）我國(guó)“制訂地方大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)法” 22例題4-1計(jì)算煙氣抬升高度23二、擴(kuò)散參數(shù)的確定PG曲線法Pasquill常規(guī)氣象資料估算、Gifford制成圖表241.PG曲線法的應(yīng)用PG曲線根據(jù)常規(guī)資料確定穩(wěn)定度級(jí)別251.PG曲線法的應(yīng)用利用擴(kuò)散曲線確定 和261.PG曲線法的應(yīng)用地面最大濃度估算HzXyCmax 式4-11 圖4-5 圖4-4 式4-1027例題4-3計(jì)算地面最大濃度.282.中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法（）

6、穩(wěn)定度分類方法太陽(yáng)高度角 （式4-29） 輻射等級(jí) 穩(wěn)定度 云量地面風(fēng)速 292.中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法（）擴(kuò)散參數(shù)的選取擴(kuò)散參數(shù)的表達(dá)式為（取樣時(shí)間0.5h，按表4-8查算）平原地區(qū)和城市遠(yuǎn)郊區(qū)，D、E、F向不穩(wěn)定方向提半級(jí)工業(yè)區(qū)和城市中心區(qū)，C、D、E、F向不穩(wěn)定方向提一級(jí)丘陵山區(qū)的農(nóng)村或城市，同工業(yè)區(qū)取樣時(shí)間大于0.5h， 不變，例：在C級(jí)大氣穩(wěn)定條件下,求高架點(diǎn)源下風(fēng)向800米處的擴(kuò)散參數(shù).30第四節(jié) 特殊氣象條件下的擴(kuò)散模式主要指氣象條件與高斯模式不一樣（溫度層結(jié)構(gòu)均一，實(shí)際中難以實(shí)現(xiàn)） 封閉型擴(kuò)散模式31封閉型擴(kuò)散模式計(jì)算簡(jiǎn)化：32例4-5封閉型擴(kuò)散模式的計(jì)算33熏煙型擴(kuò)散模式假設(shè)

7、： D 換成hf（垂向均勻分布）；q只包括進(jìn)入混合層部分， 則仍可用上面公式 34熏煙型擴(kuò)散模式hf = H 35例4-6熏煙型擴(kuò)散模式的計(jì)算36#第五節(jié) 城市及山區(qū)擴(kuò)散模式城市大氣擴(kuò)散模式1.線源擴(kuò)散模式37城市大氣擴(kuò)散模式2.面源擴(kuò)散模式大氣排放規(guī)范里規(guī)定條件：煙囪高40m；單個(gè)排放量0.04t/h38城市大氣擴(kuò)散模式簡(jiǎn)化為點(diǎn)源的面源擴(kuò)散模式（續(xù)）形心上風(fēng)向距x0處有一虛擬點(diǎn)源，其煙流在形心處寬度正好與正方形寬度相等 煙流寬度：中心線到濃度為中心處距離的兩倍 （正態(tài)分布： ） 確定 、 之后即可按點(diǎn)源計(jì)算面源濃度39山區(qū)擴(kuò)散模式山區(qū)流場(chǎng)由于受到復(fù)雜地形的熱力和動(dòng)力因子影響，流場(chǎng)均勻和定常的

8、假定難以成立對(duì)風(fēng)向穩(wěn)定、研究尺度不大、地形較為開(kāi)闊及起伏不大的地區(qū)，濃度基本上遵循正態(tài)分布規(guī)律，只是擴(kuò)散參數(shù)比平原地區(qū)大很多40山區(qū)擴(kuò)散模式 NOAA和EPA模式NOAA以高斯模式為基礎(chǔ)，對(duì)有效源高進(jìn)行修正EPA與NOAA相似，只是對(duì)所有穩(wěn)定度級(jí)別都進(jìn)行了地形高度修正 ERT模式高斯模式，只對(duì)有效源高進(jìn)行修正41第六節(jié) 煙囪高度的設(shè)計(jì)一、煙囪高度的計(jì)算要求：（1）達(dá)到稀釋擴(kuò)散的作用（2）造價(jià)最低， 造價(jià)正比于H2（3）地面濃度不超標(biāo) 42一、煙囪高度的計(jì)算1、按地面最大濃度計(jì)算43一、煙囪高度的計(jì)算2、按地面絕對(duì)最大濃度計(jì)算maxCu出現(xiàn)極大值44一、煙囪高度的計(jì)算3、按一定保證率的計(jì)算法取上

9、述兩種情況之間一定保證率下的平均風(fēng)速和擴(kuò)散參數(shù)4、P值法（國(guó)標(biāo)GB/T 13201-91）按點(diǎn)源排放控制系數(shù)計(jì)算煙囪高度45二、煙囪設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題工礦企業(yè)點(diǎn)源排氣筒高度不得低于它所從屬建筑物高度的2倍，并且不得直接污染鄰近建筑物。排放大氣污染物的排氣筒，其高度不得低于15m.避免煙流下洗、下沉現(xiàn)象。（教材120頁(yè)公式）為了獲得較高的煙氣抬升高度，排氣筒出口煙氣速度宜為20-30m/s,排煙溫度也不宜過(guò)低。排氣筒高度應(yīng)比主廠房最高點(diǎn)高出3m以上。分散的煙囪不利于產(chǎn)生抬升高度，應(yīng)盡量采用多管集合煙囪。46第七節(jié) 廠址選擇所需要的氣象資料長(zhǎng)期平均濃度的估算廠址選擇 47一、所需要的氣象資料4849二、長(zhǎng)期平均濃度的估算 1.長(zhǎng)期平均濃度的計(jì)算公式 2.按風(fēng)向方位計(jì)算平均濃度50三、廠址選擇本底濃度風(fēng)向、風(fēng)速溫度層結(jié)地形污染系數(shù)=理想的建廠位置-？51復(fù)習(xí)題1. 高斯擴(kuò)散模式立足于哪種湍流擴(kuò)散理論？2. 煙囪的有效高度？煙氣抬升的主要原因是什么？3. Pasquill根據(jù)哪幾個(gè)氣象參數(shù)劃分穩(wěn)定度等級(jí)?其適用性如何?4. 煙氣抬升高