第六章泄漏源2

第六章泄漏源以及擴散模式

releaseanddispersionmodels重大事故的發(fā)生，使人們強調(diào)應急計劃的重要性，以及將工廠設計成毒物釋放發(fā)生最少和事故后果最小化的重要性。毒物釋放模型常被用來評估釋放對工廠和社會環(huán)境的影響；好的安全計劃應能在事故發(fā)生前確定問題所在?；瘜W工程師必須了解讀無釋放的所有可能性情況，以避免釋放情況的存在；以及如果發(fā)生毒物釋放，能減少其影響，這就需要毒物釋放模型；毒物釋放和擴散是后果模擬的重要部分，毒物釋放模型描述了后果模擬的前三步：1)確定泄漏事件：過程中何種情況能夠?qū)е箩尫?2)建立源模型：描述物質(zhì)是怎樣釋放的以及釋放的速率？3)采用擴散模型估算下風向有毒物質(zhì)的濃度。2.擴散模式2.1擴散影響因素

釋放發(fā)生后，空氣中的毒物被風以煙羽方式、云團方式帶走，有毒物質(zhì)的最大濃度是在釋放處。眾多因素影響有毒物質(zhì)在大氣中的擴散：?風速；?大氣穩(wěn)定度；?地面條件（建筑物、水、樹）；?釋放距離地面高度；?物質(zhì)釋放的初始動量和浮力。擴散的要素風：平流輸送為主，風大則湍流大；湍流：擴散比分子擴散快105～106倍。湍流：除在水平方向運動外，還會由上、下、左、右方向的亂運動，風的這種特性和擺動稱為大氣湍流。（有點象分子的熱運動），或者說湍流是大氣的無規(guī)則運動

。大氣穩(wěn)定度（atmosphericstability）1)空氣在上升過程中的絕熱變化是大氣中降溫最快的過程；2)上升過程中的絕熱變化會導致水汽的凝結(jié)，這是大氣中云、霧、雨、雪形成的最重要的原因；3)因此，判斷大氣中是否會產(chǎn)生云霧，主要就是看大氣中是否會產(chǎn)生上升運動；判斷空氣是否會產(chǎn)生上升運動，就要看空氣在鉛直方向上位置穩(wěn)定的程度，即大氣穩(wěn)定度。大氣穩(wěn)定度是指氣塊受任意方向擾動后，返回或遠離原平衡位置的趨勢和程度。它表示在大氣層中的個別空氣塊是否安于原在的層次，是否易于發(fā)生垂直運動，即是否易于發(fā)生對流。假如有一團空氣受到對流沖擊力的作用，產(chǎn)生了向上或向下的運動，那末就可能出現(xiàn)三種情況：1)如果空氣團受力移動后，逐漸減速，并有返回原來高度的趨勢，這時的氣層，對于該空氣團而言是穩(wěn)定的(stable)

；2)如空氣團一離開原位就逐漸加速運動，并有遠離起始高度的趨勢，這時的氣層，對于該空氣團而言是不穩(wěn)定的(unstable)；3)如空氣團被推到某一高度后，既不加速也不減速，這時的氣層，對于該空氣團而言是中性氣層(neutral)。大氣穩(wěn)定度對煙流擴散有很大的影響，不同穩(wěn)定度導致從煙囪排出的煙羽形狀不同。下面是與穩(wěn)定度有關(guān)的五種典型煙流：高斯模式的有關(guān)假定坐標系原點為高架點源排放點在地面的投影點，x軸正方向為平均風向，y為橫風向，在水平面上垂直于x軸，z軸垂直于水平面xoy，向上為正向。四點假設

a．污染物濃度在y、z風向上分布為正態(tài)分布b．全部高度風速均勻穩(wěn)定c．源強是連續(xù)均勻穩(wěn)定的d．擴散中污染物是守恒的（不考慮轉(zhuǎn)化）

2.2湍流擴散微分方程與擴散模型高斯擴散模式的坐標系經(jīng)常用到的中等浮力擴散模型：煙羽模型和煙團模型。煙羽模型描述來自連續(xù)源釋放物質(zhì)的穩(wěn)態(tài)濃度，煙團模型描述一定量的物質(zhì)釋放后的暫時濃度。有典型10種情況：無風情況下的穩(wěn)態(tài)連續(xù)點源釋放；無風時的煙團；無風情況下的非穩(wěn)態(tài)連續(xù)點源釋放；有風情況下的穩(wěn)態(tài)連續(xù)點源釋放；無風時的煙團，渦流擴散率是方向的函數(shù)；有風情況下的穩(wěn)態(tài)連續(xù)點源釋放，渦流擴散率是方向的函數(shù)；有風時的煙團；釋放源在地面上的無風時的煙團；釋放源在地面上的穩(wěn)態(tài)煙團；連續(xù)的穩(wěn)態(tài)源。釋放源在地面上方H高度。上述10種情況都依賴于指定的渦流擴散度K值，通常情況下K值很難確定。Pasquill重新得到了情況1到10的方程，這些方程以及相應的擴散系數(shù)就是眾所周知的Pasquill-Gifford模型。課本上分別對應：煙團瞬時地面點源模型，坐標系固定在釋放點，風速u恒定，風向僅沿x方向；位于地面H高處瞬時點源的煙團，坐標系位于地面并隨煙團移動；地面上連續(xù)穩(wěn)態(tài)源的煙羽，風向x軸，風速u恒定；位于地面H高處連續(xù)穩(wěn)態(tài)源的煙羽，風向x軸，風速u恒定。評述：對于煙羽，最大濃度通常在釋放點處。如果釋放在高于地平面地方，那么最大濃度出現(xiàn)在釋放處的下風向上的某一點。對于煙團，最大濃度通常在煙團的中心。如果釋放在高于地平面地方，煙團中心平行于地面移動，那么最大濃度直接位于煙團中心的下方。如果天氣條件未知或者不能確定，可以進行某些假設，得到一個最壞情形的結(jié)果，即估算一個最大濃度。Pasquill-Gifford擴散或者高斯擴散方程，僅應用于氣體的中等浮力的擴散。在擴散過程中，湍流混合是擴散的主要特征。他僅對距離釋放源在0.1~100km范圍內(nèi)的距離有效。由于Pasquill-Gifford擴散預測的濃度是時間的平均值。因此，局部濃度的時間值有可能超過所預測值。P－G曲線法

Pasquill在1961年推薦一種僅需要常規(guī)氣象觀測資料就能估算σy，σz的方法，Gifford進一步將它制成應用更方便的圖表。應用觀測到的風速、云量、云狀和日照等天氣資料，將大氣擴散稀釋能力分為6個等級：A—極不穩(wěn)定，B—不穩(wěn)定，C—弱不穩(wěn)定，D—中性，E—弱穩(wěn)定，F(xiàn)—穩(wěn)定。若穩(wěn)定級別為A～B，則表示按A、B級的數(shù)據(jù)內(nèi)插。該法的要點：首先根據(jù)Pasquill劃分大氣穩(wěn)定度的方法來確定大氣穩(wěn)定度級別；然后從圖中查得（或表用內(nèi)插法求出）對應的擴散參數(shù)σy和σz；最后將σy、σz代入前面介紹的一系列擴散模式中，就可估計出各種情況下的濃度值。擴散參數(shù)是表征湍流擴散劇烈程度的物理量，是影響污染物濃度的重要參數(shù)。擴散參數(shù)的確定根據(jù)常規(guī)資料確定穩(wěn)定度級別;利用擴散參數(shù)確定水平和垂直方向上的標準差;濃度估算.P－G曲線的應用利用擴散曲線確定和Pasquill-