大气扩散浓度估算模式-教育质量工程.PPT

第四章 大气扩散浓度估算模式 4.1 大气扩散 4.2 高斯扩散模式 4.3 污染物浓度的估算方法 4.4 特殊气象条件下的扩散模式 4.5 城市及山区的扩散模式 4.6 烟囱高度设计 4.7 厂址选择 4.1 大气扩散 污染物进入大气后，随着大气的运动发生迁移、扩散稀释及降解转化。 4.1.1 推流迁移 污染物在随着大气在x、y、z三个方向上平移运动所产生的迁移作用，也称为平移作用。推流迁移只改变污染物所处的位置，不改变污染物的浓度。 4.1.2 分散稀释 污染物在大气中分散稀释的主要作用机理有：分子扩散、湍流扩散与弥散作用。 4.1.2.1 分子扩散 由于分子的随机运动而引起的质点分散现象称为分子扩散。气态污染物在存在浓度梯度的情况下，由于分子运动，使气体分子从高浓度区向低浓度区扩散。 4.1.2.2 湍流扩散 1）大气的无规则运动称为大气湍流。根据其成因可把湍流分为两类： 热力湍流：垂直方向温度分布不均匀，使空气发生垂直运动并进一步发展形成。其强度主要取决于大气稳定度。 机械湍流：由于垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度引起的湍流。其强度主要取决于风速梯度和地面粗糙度。 大气湍流是热力湍流和机械湍流的共同作用。 风和湍流是决定污染物在大气中扩散稀释的最直接、最本质的因素。 2）湍流扩散理论简介 (1)梯度输送理论 (2)湍流统计理论 (3)相似理论 4.1.2.3 弥散作用 由于横断面上实际流速的不均匀分布，在用断面平均流速表示实际运动时，必须考虑一个附加的、由于流速不均匀引起的分散作用——弥散。 常温下，空气的分子扩散系数约(1.4～1.8)×10-5m2/s，湍流扩散系数约为10-3～10m2/s。 4.1.3 降解和转化 环境中的污染物可分为持久性污染物和非持久性污染物两大类。持久性污染物进入大气后，位置和浓度随着大气运动发生变化，但总量一般不发生变化。非持久性污染物除了会发生位置改变和降低浓度外，还由于降解与转化作用进一步降低浓度，这些行为有物理的、化学的以及生物的，从而使其浓度及性质发生了变化。 1）重力沉降 2）降水及云雾对污染物的清洗作用 3）地表面对大气污染物的清除作用 4）大气中污染物的化学反应 4.2 高斯扩散模式 高斯应用湍流统计理论得出了正态分布假设下的扩散模式，应用较广。 4.2.1 高斯模式的坐标系 4.2.2 坐标系 右手坐标，y为横风向，z为垂直向 4.2.3 四点假设 1）污染物浓度在y、z轴上的分布符合高斯分布； 2）在全部空间中风速是均匀的、稳定的； 3）源强是连续均匀的； 4）在扩散过程中污染物的质量是守恒的。 4.2.4 无界空间连续点源扩散模式 正态分布函数 式中 则 高斯烟流的形态 高斯烟流的浓度分布 4.2.5 高架连续点源扩散模式 对于高架连续点源，必须考虑地面对扩散的影响，即把地面的全反射作用考虑进去。 由此可以求出下方向任一点的浓度。 1）地面浓度模式 令z＝0，得 2）地面轴线浓度模式 令y＝0、z＝0，得 3）地面最大浓度模式 4.2.6 地面连续点源扩散模式 令H=0，得 4.2.7 颗粒物扩散模式 对于粒径小于15μm的颗粒物，其地面浓度可由上述的气体扩散模式计算，对于粒径大于15μm的颗粒物，必须考虑重力沉降作用，可按倾斜烟流模式计算地面浓度： 式中vi为颗粒的重力沉降速度，计算如下 4.2.8 地面源和高架源的地面轴线浓度分布 4.3 污染物浓度的估算 4.3.1 烟气抬升高度的计算 烟囱的有效高度：烟囱的几何高度Hs与烟气抬升高度ΔH之和即为烟囱的有效高度H。 H= Hs + ΔH 1）霍兰德（Holland）公式 霍兰德修正：对不稳定条件，烟气抬升高度增加10～20％；对稳定条件，减少10～20％。 2）布里格斯（Briggs）公式 布里格斯公式是根据因次分析方法导出的用实测资料推算的常数相，应用较广，适用于不稳定和中性大气条件。 当QH21000kW时： 当QH21000kW时： 3）中国国家标准中规定的公式 我国的《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》GB/T 13201-91中对烟气抬升高度计算作了如下规定： (1)当QH≥2100kW和（Ts－Ta）≥35K时： 式中 (2)当1700kWQH2100kW时： ΔH2是按式4-22计算的烟气抬升高度。 (3)当QH≤1700kW或（Ts－Ta）35K时： (4)当10m高处的年平均风速小于或等于1.5m/s时： 4.3.2 扩散参数的确定 4.3.2.1 P～G曲线法 1）要点： 根据太阳辐射情况（云量、云状和日照）和距地面10m高处风速 将大气的扩散稀释能力划分为A～F六个稳定度级别。然后