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1、第3章 大气扩散浓度估算模式,主要内容： 湍流扩散的基本理论 高斯扩散模式 污染物浓度估算 特殊气象条件下的扩散模式 烟囱高度设计 厂址选择,3.1湍流扩散的基本理论,影响污染物在大气中扩散的要素 风：平流输送为主 湍流：扩散比分子扩散快105106倍 湍流扩散理论简介 主要阐述湍流与烟流传播及湍流与物质浓度衰减的关系 研究湍流场中物质扩散的方法： 梯度输送理论 统计理论 泰勒应用统计理论 高斯模式,3.2高斯扩散模式,高斯扩散模式： 坐标系 右手坐标，x为风向，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整个扩散空间中风速均匀稳定 c源强是连续、均匀的 d扩
2、散过程中污染物是守恒的,3.2高斯扩散模式,高斯扩散模式的坐标系,3.2高斯扩散模式,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d 源强积分式（单位时间物料守恒）,3.2高斯扩散模式,高架连续点源扩散模式 镜像全反射-像源法 实源： 像源：,3.2高斯扩散模式,几种简单的实用模式 地面浓度：地面轴线浓度：,3.2高斯扩散模式,几种简单的实用模式,3.2高斯扩散模式,几种简单的实用模式,结论：地面最大浓度与烟囱的有效高度平方成反比地面最大浓度的出现位置随烟囱增高而变远,3.2高斯扩散模式,颗粒物扩散模式 颗粒物扩散与气体扩散的不同： 沉降 地面沉积 粒径
3、小于15m的颗粒物可按气体扩散计算 大于15m的颗粒物：倾斜烟流模式（地面浓度）,3.2高斯扩散模式,颗粒物扩散模式,地面反射系数,3.3污染物浓度的估算,估算中需要确定：,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,3.3污染物浓度的估算,烟气抬升高度的计算 烟囱的任务： 保持通风 排烟气至高空，减轻地面污染 实践表明：高烟囱的污染总是低于低烟囱，采用高烟囱可以减轻地面污染。,3.3污染物浓度的估算,烟气抬升高度的计算 烟气抬升：烟气流出出口后继续上升，烟气中心高度最终高于烟囱 烟气抬升的原因： 动力抬升：取决于初始速度 热力抬升：取决于烟气温度 抬升作用
4、相当于使烟囱高度增加： H(烟囱的有效高度)=Hs(几何高度)+H(抬升高度) H=Hm(动力抬升高度)+Ht(热力抬升高度) 计算中，认为烟气首先完成抬升，之后发生输送和扩散,3.3污染物浓度的估算,烟气抬升高度的计算公式 霍兰德（Holland）式：,适用于中性大气条件（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更大,3.3污染物浓度的估算,烟气抬升高度的计算公式 布里吉斯（Brigss）公式：适用不稳定及中性大气条件,3.3污染物浓度的估算,烟气抬升高度的计算公式 我国“制订地方大气污染物排放标准的技术方法”(GB/T13201
5、-91)中的公式,3.3污染物浓度的估算,扩散参数y和z的确定 y、z的变化规律 随扩散距离的增大而增大 大气不稳定时大，稳定时小 粗糙地面上的大，平坦地面上的小 确定方法：PG曲线法 PG曲线：Pasquill常规气象资料估算稳定度；Gifford制成图表 伦敦气象局在PG曲线的基础上制成了表格,3.3污染物浓度的估算,利用P-G曲线确定y和z： 方法要点：稳定度分级；根据相应稳定度和扩散距离x查图表确定y和z,3.3污染物浓度的估算,利用P-G曲线地面最大浓度估算： 根据 求出z|x=xCmax 根据大气稳定度和z查P-G曲线得到xCmax 根据大气稳定度和xCmax查P-G曲线得到y 将
6、y 和z代入地面最大浓度估算式（4-10）即得地面最大浓度值CmaxPS：前述模式均适用于整层大气都具有同一稳定度的扩散.,3.3污染物浓度的估算,国标方法确定y和z：,采用特纳尔改进的稳定度分类方法 扩散参数的表达式为（取样时间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，,3.4特殊气象条件下的扩散模式,有上部逆温时的扩散： 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
7、n个像,3.4特殊气象条件下的扩散模式,有上部逆温时的扩散： 计算简化： 1.当xxD（尚未达到封闭阶段）由 计算z，查P-G曲线确定xD按式4-9计算地面轴线浓度,3.5烟囱高度的设计,计算方法 要求： （1）达到稀释扩散的作用 （2）造价最低， 造价正比于H2 （3）地面浓度不超标 按地面最大浓度计算：,3.5烟囱高度的设计,计算方法 按地面绝对最大浓度计算：,3.5烟囱高度的设计,计算方法 按一定保证率的计算： 取上述两种情况之间一定保证率下的平均风速和扩散参数 P值法(国标GB/T 13201-91),3.5烟囱高度的设计,烟囱设计中的几个问题 气象参数的取值：多年平均值或某一保证频率
8、值 考虑上部逆温的影响 选用烟气抬升高度公式注意适用范围 考虑烟囱与建筑物的高度关系 增加排气量 多种因素，综合权衡,3.6厂址选择,气象资料 风向和风速：风玫瑰图 大气稳定度 混合层厚度的确定,3.6厂址选择,长期平均浓度的计算 计算公式： （考虑风速、风向、大气稳定度的概率组合）按风向方位计算的平均浓度 假定：同一扇形内下风下y方向浓度均匀分布；吹某一扇形的风时，污染物全部集中于此扇型中,3.6厂址选择,长期平均浓度的计算 按风向方位计算的平均浓度 假定：同一扇形内下风下y方向浓度均匀分布；吹某一扇形的风时，污染物全部集中于此扇型中,3.6厂址选择,厂址选择 本底浓度 风向风速 考虑风向，污染源应布置在风向频率最小的方位 考虑风向和风速，应布置在污染系数最小的方位 污染系数=风向频率/平均风速 温度层结的考虑 地形的考虑,
