大气污染控制工程 第四章[文字可编辑].ppt

城市大气扩散模式 2. 面源扩散模式 ? 大气排放规范里规定条件：烟囱高 40m ；单个排放量 0.04t/h qx q uD ? ? 1 n i i x uD ? ? ? ? ? ? 箱模式：假定污染物浓度在混合层内均匀分布 （划分为更小的面源单元） ? 简化为点源的面源模式 31 第四章 大气污染物扩散模式 主要内容 : 1. 湍流扩散的基本理论 2. 高斯扩散模式 3. 污染物浓度的估算方法 4. 特殊气象条件下的扩散模式 5. 城市及山区的扩散模式 6. 烟囱高度设计 学习要求 : 掌握大气扩散的理论和扩散模式，学会估算污染物浓度、 烟气抬升高度，确定烟囱高度和厂址 1 第一节 湍流扩散的基本理论 扩散的要素 ? 风：平流输送为主，风大则湍流大 ? 湍流：扩散比分子扩散快 10 5 ～ 10 6 倍 湍流的基本概念 ? 湍流 —— 大气的无规则运动 ? 风速的脉动 ? 风向的摆动 起因与两种形式 ? 热力：温度垂直分布不均（不稳定） ? 机械：垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度 2 湍流扩散理论 主要阐述湍流与烟流传播及湍流与物质浓度衰减的关系 1. 梯度输送理论 ? 类比于分子扩散，污染物的扩散速率与负浓度梯度成正比 2. 湍流统计理论 ? 泰勒－ 图 4-1 ，正态分布 ? 萨顿实用模式 ? 高斯模式 3 第二节 高斯扩散模式 高斯模式的有关假定 ? 坐标系 右手坐标， y 为横风向， z 为垂直向 ? 四点假设 ? a ．污染物浓度在 y 、 z 风向上分布为正态分布 ? b ．全部高度风速均匀稳定 ? c ．源强是连续均匀稳定的 ? d ．扩散中污染物是守恒的（不考虑转化） 4 高斯扩散模式 高斯扩散模式的坐标系 5 无界空间连续点源扩散模式 由正态分布假定，得下风向任一点的浓度分布 (4-1) 方差的表达式 (4-2) 由假定 d 源强积分式 （单位时间物料守恒） (4-3) 未知量：浓度 C ，待定函数 A(x) ，待定系数 a,b 把式 (4-1) 代入 (4-2) 中，积分得： （ 4-4 ） 2 2 ( , , ) ( )e e ? ? ? ay bz c x y z A x 2 2 0 0 d d ? ? ? ? ? y y c y c y ? 2 2 0 0 d d ? ? ? ? ? z z c z c z ? d d ? ? ?? ?? ? ? ? q uc y z 2 2 1/ 2 , 1/ 2 y z a b ? ? ? ? 6 将式（ 4-4 ）和（ 4-1 ）代入式（ 4-3 ）中，积分得： （ 4-5 ） 将式（ 4-4 ）、（ 4-5 ）代入式（ 4-1 ）得无界空间连续点源扩 散的高斯模式： （ 4-6 ） ( ) 2 y z q A x u ? ? ? ? 2 2 2 2 ( , , ) exp[ ( )] 2 2 2 π ? ? ? y z y z q y z c x y z u ? ? ? ? 7 高架连续点源扩散模式 镜像全反射 ---- 像源法 ? 实源： ? 像源： ( , , , ) c x y z H z ? ( , , , ) c x y z H z ? q ? ? 2 2 2 2 ( ) ( , , , ) exp[ ( )] 2 2 2 π y y y z y z H c x y z H u ? ? ? ? ? ? ? 实源的贡献 exp[ q ? ? 2 2 2 2 ( ) ( , , , ) ( )] 2 2 2 π y z y z y z H c x y z H u ? ? ? ? ? ? ? 像源的贡献 exp( 2 q ? 2 2 2 2 2 2 ( ) ( ) ( , , , ) ){exp[ ] exp[ ]} 2 2 2 π y y z y z y z H z H c x y z H u ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 实际浓度 （ 4-7 ） 8 高架连续点源扩散模式 ? y 2 2 2 2 ( , ,0, ) exp( )exp( ) 2 2 π ? ? y z y z q H c x y H u ? ? ? ? 地面浓度模式：取 z ＝ 0 代入上式，得 ? H 2 2 ( ,0,0, ) exp( ) 2 π ? z y z q c x H u ? ? ? 地面轴线浓度模式：再取 y =0 代入上式 ? H 2 2 ( ,0,0, ) exp( ) 2 π ? z y z q c x H u ? ? ? 上式， y ? z ? x 增大，则 、 增大，第一项减小，第二 项增大，必然在某 x 处有最大值 地面最大浓度模式： 考虑地面轴线浓度模式 （ 4-8 ） （ 4-9 ） 9 高架连续点源扩散模式 ? 2 H y