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1、第四章 大气污染物扩散模式,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,第一节 湍流扩散的基本理论,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 湍流扩散比分子扩散快105106倍 两种形式湍流的起因 热力湍流：温度垂直分布不均 机械湍流：垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度,湍流扩散理论,主要阐述湍流与烟流传播及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,第二节 高斯扩散
2、模式,1. 高斯模式的有关假定 坐标系 坐标系取排放点（无界源、地面源或高架源排放点）在地面的投影点为原点，主风向为x轴，y轴在水平面内垂直于x轴，正方向在x轴的左侧，z轴垂直于水平面，向上为正，即右手坐标系。 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扩散中污染物的质量是守恒的（不考虑转化）,高斯扩散模式,高斯扩散模式的坐标系,2. 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 方差的表达式 由假定4 源强积分式 （单位时间物料守恒）,（4-1）,（4-2）,（4-3）,3.高架连续点源扩散模式,镜像全反射-像
3、源法 实源： 像源：,z-H,z+H,污染物在x轴的某一点会达到最大值，称为地面轴线最大浓度。,3.高架连续点源扩散模式,（常数）,3.高架连续点源扩散模式,4.地面连续点源扩散模式,高架连续点源浓度,5颗粒物扩散模式,粒径小于15m的颗粒物可按气体扩散模式计算 大于15m的颗粒物具有重力沉降作用：倾斜烟流模式,地面反射系数,颗粒的重力沉降速度,第三节 污染物浓度的估算,q 源强 计算或实测 平均风速 多年的风速资料 H 有效烟囱高度 、 扩散参数,初始动量： 速度、烟囱内径 烟温度大于环境温度产生浮力,烟气抬升原因：,1烟气抬升高度的计算,抬升高度计算式 （1） Holland公式：适用于中
4、性大气条件（稳定时减小，不稳时增加1020）,Holland公式比较保守，特别在烟囱高、热释放率比较强的情况下偏差较大。,1烟气抬升高度的计算,（2）Briggs公式：适用不稳定及中性大气条件,1烟气抬升高度的计算,（3）我国“制订地方大气污染物排放标准的技术方法”(GB/T13201-91)中的公式,（4-22）,H2根据4-22计算,为排放源高度以上气温直减率,92页例4-1,2.扩散参数的确定,(1)PG曲线法 PG曲线：Pasquill常规气象资料估算；Gifford制成图表,y和z随下风距离x的变化曲线,扩散参数的确定PG曲线法,PG曲线的应用 根据常规资料确定稳定度级别,A为强不稳
5、定，B为不稳定，C为弱不稳定，D为中性，E为弱稳定，F为稳定。AB表示按A、B级的数据内插。,扩散参数的确定PG曲线法,PG曲线的应用 利用扩散曲线确定 和,另外，英国气象局给出了表4-4，用内插法可求出 和,扩散参数的确定PG曲线法,PG曲线的应用 地面最大浓度估算,例题：某火电厂的有效烟囱高度198m，烟囱口处平均风速5m/s，SO2排放速率180g/s，试计算： （1）白天阴天SO2的地面轴线最大浓度及其出现的距离； （2）在x= xcmax ，y500m处地面浓度。,4-11,4-3得,4-4,4-4,4-10,扩散参数的确定(2)中国国家标准规定的方法,稳定度分类方法 改进的PT法
6、(Turner),扩散参数的确定中国国家标准规定的方法,扩散参数的选取 扩散参数的表达式为（取样时间为0.5h，按表4-8查算） 平原地区和城市远郊区，D、E、F向不稳定方向提半级 工业区和城市中心区，C提至B级，D、E、F向不稳定方向提一级 丘陵山区的农村或城市，同工业区 取样时间大于0.5h， 不变，,位于北纬40、东经120的某城市远郊区(丘陵)有一火力发电厂，烟囱高度120m, 烟囱口径3.0m，排放SO2的源强为800kgh，排气温度413K，烟气出口速度18ms。当地大气压为990hPa。8月中旬某日17点（北京时间）云量54，气温303K，地面10m高处风速2.8ms。试计算有效
7、源高。,表4-7,4-29,表4-5,表4-6,表3-3,3-23,第四节 特殊气象条件下的扩散模式,主要指气象条件与高斯模式不一样（温度层结构均一，实际中难以实现） 封闭型扩散模式（上层逆温） 相当于两镜面之间无穷次全反射 实源和无穷多个虚源贡献之和 n为反射次数，在地面和逆面 实源在两个镜子里分别形成n个像,C(x,0,0,H),封闭型扩散模式,计算简化：,查有关图表,y向浓度分布仍为正态分布,4-36,熏烟型扩散模式,假设： D 换成hf（垂向均匀分布）；q只包括进入混合层部分， 则仍可用上面公式4-36,熏烟型扩散模式,hf=H,可认为烟流一半向下混合,可认为烟流全部向下混合,4-36
8、,第五节 城市及山区扩散模式,城市大气扩散模式 1.线源扩散模式,风向和线源垂直时，,考虑线源范围y1 y2,城市大气扩散模式,2.面源扩散模式,城市大气扩散模式,简化为点源的面源扩散模式（续） 面源单元上风向距x0处有一虚拟点源，其烟流扩散至面源单元中心处宽度正好与面源单元宽度相等，相当于在点源公式中增加了一个初始扩散参数。,W面源单元宽度 面源单元平均高度,城市大气扩散模式,窄烟流模式 某点的污染物浓度主要取决于上风向面单元的源强，上风向两侧单元对其影响很小 某点的污染物浓度主要由它所在的面单元的源强决定,q0:所在面源源强 g/m2/s,x:计算点至上风向城市边缘的距离,山区扩散模式,山
9、区流场由于受到复杂地形的热力和动力因子影响，流场均匀和定常的假定难以成立 对风向稳定、研究尺度不大、地形较为开阔及起伏不大的地区，浓度基本上遵循正态分布规律，只是扩散参数比平原地区大很多,第六节 烟囱高度的设计,烟囱高度的计算 要求： （1）达到稀释扩散的作用 （2）造价最低 （3）地面浓度不超标 按地面最大浓度计算,烟囱高度的计算,按地面绝对最大浓度计算,烟囱设计中的几个问题,上述计算公式按锥形高斯模式导出，在逆温较强的地区，需要用封闭型或熏烟型模式校核 烟气抬升高度的选取 优先采用国家标准中的推荐公式 周围建筑影响产生烟流下洗、下沉现象 烟囱高度从属建筑物高度的2倍 出口烟气流速一般在2030m/s，大于该高度处平均风速1.5倍，排烟温度100度 采用集合多管烟囱增大抬升高度,练习 4.5,由霍兰德公式求得 烟囱有效高度为 由大气污染控制工程P89 （410）、（411） 取稳定度为D级，由表44查得与之相应的x=745.6m。,作业,4.5 4.9，4.11,
