第二章 气象条件等因素对空气污染的影响.ppt

1 风和湍流 风：空气相对于地面的水平运动 风速越大，单位时间污染物被输送距离越远，混入的空气量越多，污染物浓度越低。 水平搬运，扩散稀释 污染系数 污染系数＝风向频率/平均风速 风频低，风速小，污染系数小，空气污染程度轻。 * ppt课件 湍流：扩散稀释 自然界中的流体运动存在着两种完全不同的运动状态 层 流：平顺、光滑、清晰，没有掺混现象 湍 流（紊流、乱流）：杂乱无章、看上去毫无规则 * ppt课件 湍流是如何发生的？ 层流失稳（剪切和热对流） 机械湍流、热力湍流 雷 诺 ：在实验室模拟湍流 雷诺数 Re = U L / v =惯性力/粘滞力= U:平均流动速度；L：流动特征长度；v: 运动学粘滞系数(cm2/s) 雷诺数小，意味着流体流动时各质点间的粘性力占主要地位，流体各质点平行于管路内壁有规则地流动，呈层流流动状态。雷诺数大，意味着惯性力占主要地位，流体呈紊流流动状态，一般管道雷诺数Re＜2000为层流状态，Re＞4000为紊流状态，Re＝2000～4000为过渡状态。 * ppt课件 湍流稳定度参数－梯度理查孙数 Ri 0：热力因子和动力因子都使湍流运动加强; Ri = 0：热力因子不起作用，动力因子使湍流增强； Ri 0：热力因子使湍流减弱，动力因子使湍流增强，但是湍流最终是否发展，取决于 的大小。 Ri 临界值：1/2~1/4 Ri 1/2~1/4：湍流容易发展； Ri 1/2~1/4 ：湍流不易发展。 * ppt课件 湍流即叠加在平均风速上的阵风，可以看作是由称之为湍涡的不规则涡流组成。一般来说，湍流总是包括很多大小不同、相互叠加的湍涡，这些不同尺度的湍涡的相对强度就定义为湍流谱。 许多边界层湍流是由来自地面的作用引起的，例如白天阳光充足，地面的太阳加热使空气热泡上升，这种热泡就是大湍涡。地面对气流的摩擦曳力使风切变得到发展，常常演变成湍流。像树木和建筑物那样的障碍物能改变气流方向，在障碍物附近和障碍物下风方向产生湍流尾流。 * ppt课件 湍流的定义 定义1 泰勒和冯?卡曼：湍流是一种不规则的运动，当流体流过固体表面，或者甚至当相邻的同类流体相互流过或绕过时，一般会在流体中出现这种不规则运动。 定义2 欣茨：流体的湍流运动是一种不规则的流动状态，它的各种量随时间与空间坐标表现出随机变化，因而能辨别出不同的统计平均值。 湍流至今没有严格的科学定义。 * ppt课件 湍流的基本特征 1. 随机性。非规则的、混乱的、不可预测的。时间和空间上的随机现象。 2.非线性。湍流是高度非线性的。Re或Ri数超过某临界值，流动中的小扰动就会自发地增长，并很快到一定的扰动幅度。 3. 扩散性。强烈的扩散能力，大约是分子扩散能力的10万倍。 4. 耗散性。湍流的能量是由大湍涡向小湍涡传递，最后通过分子粘性耗散称为热能。 5. 涡旋性。含有尺度分布极广的大小不同的涡旋，这些涡旋直接有强烈的相互作用。 * ppt课件 分子扩散湍流扩散 105~106倍 * ppt课件 Slade，1968 (a)湍涡小于烟团 (b)湍涡远远超过烟团 (c)湍涡尺度与烟团相当 实际情况中，三种作用都存在，并相互作用。 * ppt课件 2 气温和大气稳定度 温度层结 大气温度随高度变化情况，即大气温度垂直分布。它决定着大气的稳定度，而大气的稳定度又影响湍流强度，因而温度层结与大气污染状况密切相关。 温度递减率（ Г ） Г0 形成对流、湍流发展，有利污染扩散， Г越大，对流越快，污染扩散越快； Г=0 等温层，空气没有垂直运动，大气稳定 Г0 逆温层，对流、湍流被抑制，污染极难扩散 对流层平均Г=0.65K/100m 干绝热递减率（ Гd），湿绝热递减率（ Гm） Гd=0.98K/100m 干绝热线 湿绝热线 T lnP O * ppt课件 大气稳定度 大气稳定度是指整层空气的稳定程度。它是用来描述环境大气层结对于在其中作垂直运动的气团起什么影响的一种热力性质。 环境大气温度直减率（ Г）与上升气块绝热减温率（ Гd或Гm）对比： （1） Г Гd时，大气层结稳定； （2） Г= Гd时，大气层结中性； （3） Г Гd时，大气层结不稳定。 T z z Г Гd T z z Гd T z z Гd Г Г ГГd Г=Гd ГГd * ppt课件 逆温 辐射逆温： 地表辐射冷却，形成逆温 下沉逆温：空气下沉压缩增温形成逆温 平流逆温：暖空气平流到冷地面形成逆温 逆温的类型 T z T z T z T z T z A A’ B C D C’ D’ B’ h2 h1 h2h1 * ppt课