《大气污染控制工程 教学课件 ppt 作者 董志权15.9-15.13》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大气污染控制工程 教学课件 ppt 作者 董志权15.9-15.13（43页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、15.9 特殊气象条件下的扩散,15.9.1 封闭型扩散 当大气中某高度上出现不接地的上部逆温层时，污染物的扩散被限制在逆温层底与地面之间，这种扩散被称为“封闭型”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n个像,地面轴线浓度为,式中 L逆温层底的高度，或混合层高度(m)； n烟气在两界面间反射的次数。一般认为n=3-4就足以包括主要的反射了。,计算简化,（1）xxL xL为烟流边缘刚好达到逆温层底的那一点在x轴上的投影点到源的距离（图15-26）。当xxL时，烟流的扩散未受上部逆温层的影响，污染浓度用一般扩散公式计算
2、。令烟流中心线到逆温层底的高度（即烟流的半厚）为z0， 这样，根据L、H算出z(xL)值，可查图1526、表156得xL或由 算出xL，再用有关模式可算出需要的浓度。,（2）x2xL 一般认为，当后x2xL后，由于污染物经过多次反射，在z方向浓度趋于均匀分布，但在y方向仍为正态分布。由y向为正态分布和扩散过程的连续条件，有 地面轴线浓度为,例156 在例155条件下，若当时700 m以上存在明显逆温层，根据例155的计算结果，继续求：（1）地面轴线最大浓度及其出现距离；(2) 地面轴线1500m、2500m和4000m处的浓度。,（3）xLx2xL 此距离内的浓度，取x=xL和x=2xL两处浓
3、度的内插值，即在浓度和距离的双对数坐标上，标出x=xL和x=2xL两处的浓度点，连接两点作直线，直线上这两点之间的浓度值即为xLx2xL内的浓度值。,图1527 例156 插图,如果夜间形成了辐射逆温，日出后它将自地面开始破坏并逐渐向上发展。当逆温破坏到烟流下界边缘以上时，因下部热力湍流的交换作用，烟气迅速向下扩散，造成地面高浓度污染。此过程称为熏烟过程，如图示。熏烟过程一直持续到辐射逆温层全部消失为止，该熏烟过程一般发生在上午910点钟，通常持续数十分钟。,熏烟型扩散模式,熏烟型扩散的浓度公式与封闭型类同。假设逆温消退到烟流顶高度时，烟流全部受到逆温层的抑制而向下扩散，地面熏烟浓度达到最大值
4、。这时，浓度在铅直方向为均匀分布，水平方向仍为正态分布。仿照式（1568），得全部烟气参加混合时的地面熏烟浓度和地面轴线熏烟浓度为 式中，下标f代表熏烟，Hf相当于式（1568）中的L，故,（1570）,（1571）,（1572）,倘若逆温消退到高度zf，尚未达到烟流顶（zfHf），此时只有zf高度以下的烟气向下扩散，则地面浓度为 当逆温消退到有效源高H时，即zf=H，p=0，上式积分项等于1/2，表示有一半烟气向下混合，地面熏烟浓度和地面轴线熏烟浓度为,（1575）,（1576）,（1574）,15.9.3 微风下的扩散,在微风（0.5/s 1.5/s）条件下，平均风向（x方向）的湍流扩散速
5、率远远小于平均风速的平流输送速率的假设不能成立，x方向的扩散作用不可忽略。 这时就不能再用忽略x方向扩散作用导出的烟流模式，而应采用瞬时点源的移动烟团模式积分的方法来求算连续点源的浓度分布。 设连续点源的源强为Q（mg/s），则可把t时间内的污染物排放量Qt看作一个瞬时烟团。假设这个烟团在起始时刻t0从源点（0,0,H）放出，考虑地面的反射作用，利用式（1529）可求得tt时刻在空间点（x,y,z）上的浓度（这时烟团的运行时间T=t-t0）为,15.9.4危险风速下的污染物浓度,计算地面轴线最大浓度的式（1543)是在风速不变的条件下导出的。实际上，风速对地面最大浓度将产生双重影响。从式（15
6、43）可见，风速增大，地面最大浓度Cmax减少；但从各种烟气抬升公式看， 增大，有效源高H降低，从而使地面最大浓度增大。两种作用的结果正好相反。因此，可以设想在某一风速下会出现地面最大浓度的极大值，称为地面绝对最大浓度。,大多数烟气抬升公式中， ，即可写成,式中，B是抬升公式中除了风速以外数据的集合值，对求导数时，可把B视为常数。 将 代入最大浓度计算式（1543），得 将上式对求偏导数，并令 ，即可解出出现地面最大浓度极大值时的风速危险风速，,（1583）,（1584）,（1582）,可得到地面绝对最大浓度计算式 将 代入式（1582），得到 ，此时有效源高为 即出现危险风速时的有效源高是烟
7、囱几何高度的2倍。,（1585）,出现地面绝对最大浓度的距离仍用式（1542）确定。 以上公式只适用于 常数的情况。 若 ， ，且 , ，则由式（1561）可导得,，,出现地面绝对最大浓度的距离仍按式（1562）计算。,（1587）,（1588）,15.10城市和山区的大气扩散模式,15.10.1 城市大气扩散模式 1高架点源的扩散 通常，当点源的高度超过附近建筑物高度2.5倍时，烟气不会被下洗气流直接带向地面；若有效源高超过周围建筑物高度5倍以上，建筑物引起的局地气流对烟流整体扩散的影响就比较小。因此，只要污染源足够高，城市对扩散的影响仅相当于增加了下垫面的粗糙度，使大气更不稳定，仍可用前面
8、的点源公式估算污染浓度，但必须采用城市的扩散参数和有关的气象条件。城市扩散参数可以实测，或按PG曲线向不稳定方向提级后使用，也可参考布里吉斯城市扩散参数(表158)。,2面源扩散模式,为了计算某一城市面源对某点的影响，可把这个城市面源划分为若干面单元(小方格)，计算各面单元对计算点的贡献，然后迭加，即为整个城市面源对该点的影响。,(1)简化为点源的面源模式,假设面单元与上风向某一虚点源造成的污染等效，当这个虚点源的烟云扩散至面单元中心时，其宽度正好等于面单元的宽度，其厚度正好等于面单元的平均高度，如图1530所示。这相当于在点源扩散公式中增加了一个初始的扩散参数和，其地面浓度公式为,（1589
9、）,(2)窄烟云模式,许多城市的污染源资料表明，一般面源强度的变化都不大，相邻两个面单元源强一般不超过两倍，而且一个连续点源形成的烟流相当狭窄，因此某点的浓度主要决定于上风向各面单元的源强，上风向两侧各面单元的影响较小。进一步研究发现，计算点所在面单元对该点浓度的贡献比它上风向相邻5个面单元贡献的总和还要大，因此计算点的浓度主要由它所在面单元的源强所决定，于是可以得到简化后的窄烟云模式.,（1592）,（1591）,箱模式假设污染物浓度在混合层内均匀分布。若整个城市的平均面源强度为Q（城市中低矮源总排放量与城市面积之比），城市上空混合层高度为L，则距城市上风向边缘x处的浓度为 箱模式假定污染物
10、一旦由源排出，就立即在整个混合层内均匀分布，这与实际情况不符。由封闭型扩散的讨论知，只有离源充分远后，混合层内浓度的铅直分布才较均匀。因而箱模式大大低估了实际的地面浓度。,(3)箱模式,3线源扩散模式,城市中街道和公路上汽车的排放可看作线源。线源分为无限长线源和有限长线源两类。 (1)无限长线源模式 当风向与线源垂直时， 若风向与线源交角45 当45时，不能应用上模式。,（1594）,（1593）,(2)有限长线源模式,在街道上行驶的车辆密度较小，所排污染物只能在街道两侧形成断续稳定浓度场的线源，称为有限长线源。对这类线源必须考虑线源末端引起的“边缘效应”。对于横风向有限长线源，取通过所关心的
11、接受点的平均风向为x轴，线源的范围从y1延伸到y2，且y1y2，则有限长线源的扩散模式为： 式中，p1=y1/y，p2=y2/y。上式中的积分值能从正态概率表中查出。,（1596）,4城市多源高斯模式,城市多源高斯模式由烟气抬升公式和各类源的高斯模式组成。解决城市多源扩散问题常用的方法是：将高而强的点源孤立出来，单独按高架点源计算；将低矮小点源群和线源归并为地面面源或近地面面源（1020m）计算；对于某一计算点，将所有高架点源和面源对它的浓度贡献迭加起来，便是整个城市多源在该点造成的浓度。将整个城市区域按一定距离设计出网格，用上述方法计算网格上（或网格中心）各点浓度，用线平滑地连接各浓度相同的
12、点，便可得到该城市或工业区污染浓度等值线图，从而了解整个城市的污染情况，作为控制城市空气污染的科学依据。当计算范围较大时（几十公里），可按式（1546）近似计算。,15.10.2山区扩散估算,1封闭山谷中的扩散 狭长山谷中近地面源烟流的扩散受到两谷壁的限制，在离源一段距离后，经过两侧谷壁的多次反射，横向浓度接近于均匀分布，而铅直向仍为正态分布（无上部逆温时）。仿照封闭型扩散的处理方法，可以得到在y方向均匀分布以后高架源的地面浓度公式：,（1597）,2NOAA(National Ocean and Atmosphere Administration ,USA)和EPA(Environmenta
13、l Protection Agency, USA)模式 计算所依据的公式仍为正态分布模式，仅修正有效源高，修正方法如下： （1）稳定度的划分仍用PT法，扩散参数用PG扩散曲线。 （2）在中性和不稳定时，假设烟流中心线与地面始终平行，随地形起伏而起伏，有效源高不修正，地面轴线浓度可用式（1541）计算。 （3）稳定时，假设烟流中心线始终保持水平，地面线浓度用下式计算：,（15100）,3. ERT(Environmental Research and Technology， Inc.)模式 ERT仍用正态分布模式，只对有效源高作了修正，即当HhT时，用（H-hT/2）作为有效源高；当HhT时，用
14、H/2作为有效源高。 以上方法不适用于背风坡、热力环流、微风等条件。NOAA、EPA采用平原扩散参数低估了山区的扩散速率。有条件时，山区扩散参数最好通过实测或环境风洞模拟实验确定。,15.11长期平均浓度估算,15.11.1 大气污染分析中常用的气候资料 1风向和风速资料 2大气稳定度资料 3混合层厚度的资料 15.11.2 长期平均浓度的估算 15.11.2.1 利用加权平均法计算长期平均浓度 按相应类型气象条件出现的频率加权平均，便得到长期平均浓度的计算公式如下：,（15101）,15.11.2.2按风方位计算长期平均浓度,气象部门提供的风向资料是按16个方位给出的，每个方位相当于一个22
15、.5的扇形。因此，可按每一个扇形来计算长期平均浓度。为此，我们假定： （1）在长时间内，同一扇形内各个角度具有相同的风向频率。即在同一扇形内，同一下风距离x上，污染物在y方向的浓度相等。 （2）当吹某一扇形风时，假定全部污染物都集中在这个扇形内。,（15104）,15.12烟囱高度设计,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 15.12.1烟囱高度计算方法 1.按“P值法控制”计算烟囱高度(在本底浓度较高的地区，一般采用此法) （1）计算点源控制系数Pki值 （2）计算有效源高及抬升高度 H2=Qki106/Pki （3）计算烟囱高度并进行修正 由式（1554）（1557）计算出H后，用 HsHH计算出烟囱高度Hs，并按后面讨论的注意事项进行修正。,2按最大落地浓度计算烟囱高度,1)当假定yz常数时，由式(1543 )可导得： 2）当 ， ，且12时，由式(1561)可导出： 式中，1+1/2,（15107）,（15108）,3按绝对最大落地浓度计算烟囱高度,1）当假定yz常数，且 时，如要求绝对最大浓度Cabsm(C0CB),则由式（1585）可导得 2）当 ， ，12， 时，由式(1587)可导出,（
