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1、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,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105106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,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
2、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）,高斯扩散模式,高斯扩散模式的坐标系,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
3、-4）,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）,高架连续点源扩散模式,镜像全反射-像源法实源： 像源：,（4-7）,高架连续点源扩散模式,（4-8）,（4-9）,高架连续点源扩散模式,（4-10、11）,（4-12）,颗粒物扩散模式,粒径小于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,地面反射系数,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,1.烟气抬升高度的计算,烟气抬升高度的计算,抬升高度计算式
4、 （1） Holland公式：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,烟气抬升高度的计算,抬升高度计算式（续）（2）Briggs公式：适用不稳定及中性大气条件,烟气抬升高度的计算,抬升高度计算式 （续）（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,例4-1 某城市火电厂的烟囱高100m，出口内径5m。出口烟气流速12.7m/s，温度100 ，流量250m3/s。烟囱出口处的平均风速4m/s，大气温度20 ，试确定烟气抬升高度及有效源高。解：用公式（423）计算烟囱的
5、热释放率QH=0.35 978.4250 (140-20)/ (140+273) =24875kW2100kW，且T35K，运用式（422）计算，查表42得n0=1.303,n1=1/3,n2=2/3按“制定原则和方法”的公式，抬升高度 H=1.303 24875 1/3 100 2/3 4 -1=204.9m则有效源高H=Hs+ H=100+204.9=304.9m,扩散参数的确定,PG曲线法PG曲线Pasquill常规气象资料估算Gifford制成图表,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,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,扩散参数
6、的确定PG曲线法,PG曲线的应用地面最大浓度估算,例4-2 某石油精炼厂自平均有效源高60m处排放的SO2量为80g/s，有效源高处的平均风速为 6m/s，试估算冬季阴天正下风向距离烟囱500m处地面上的SO2浓度。解：在阴天条件下，大气稳定度为D级，由表4-4查得，在x=500m处， =35.3m， =18.1m。代入式（4-9）得：,扩散参数的确定中国国家标准规定的方法,稳定度分类方法改进的PT法,（4-29）式,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
7、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，,例4-3 在例4-1的条件下，当烟气排出的SO2速率为150g/s时，试计算阴天的白天SO2的最大着地浓度及其出现的距离。解：（1）确定大气稳定度：根据题设，阴天的白天为D级。根据扩散参数的选取方法，城区中的点源，D级向不稳定方向提一级，则应为C级。（2）计算最大着地浓度：由例4-1计算结果，有效源高H=304.9m，由式（4-11）求得出现最大着地浓度时的垂直扩散参数：查表4-4或按表4-8中的幂函数计算，在C级稳定度， =215.6m时，由式4-10求得最大着地浓度：,第四节 特殊气象条件下
8、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,封闭型扩散模式,计算简化：,（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,熏烟型扩散模式,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,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,城市大气扩散模式,2.面源扩散模式简化为点源的面源扩散模式形心上风向距x0处有
9、一虚拟点源，其烟流在形心处宽度正好与正方形宽度相等 烟流宽度：中心线到浓度为中心处距离的两倍 （正态分布： ） 确定 、 之后即可按点源计算面源浓度,城市大气扩散模式,2.面源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,山区扩散模式,山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,ERT模式高斯模式，只对有效源高进行修正,NOAA和EPA模式NOAA以高斯模式为基
10、础，对有效源高进行修正EPA与NOAA相似，只是对所有稳定度级别都进行了地形高度修正,第六节 区域大气环境质量模型,箱式大气环境质量模型 1.假设：区域箱子底 混合层高度箱高 污染物浓度在箱内处处相等 2.单箱模型、多箱模型多源大气环境质量模型 污染物浓度=背景浓度+各污染源贡献值之和制定地方大气污染物排放标准的技术方法中排放总量限值的计算方法 1.燃料燃烧产生的气态污染物排放标准的制定方法 （1）气态污染物总量限值、低架源、点源 （2）二氧化硫 2.烟尘排放标准的制定方法,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， 造价正比于H2（3）地面浓度不超标
11、 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,(4-10),烟囱高度的计算,按一定保证率的计算法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,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气象参数的取值平均值、保证频率值具体要求,3.2 某石油精炼厂自平均有效源高60m处排放的SO2质量为80g/s，有效源高处的平均风速为6m/s，试估算冬季阴天正下风方向距烟囱500m处地面上的SO2浓度。解：根据题设条件，由表4-3查得稳定度级别为D，由表4-4查得 y=35.3m z=18.1m C（x,0,0,H）= = =2.7310-5g/m3 =2.7310-2mg/m3,3.3 据估计，某燃烧着的垃圾堆以3g/s的速率排放氮氧化物。在风速为7m/s的阴天夜里，源的正下风方向3km处的平均浓度是多少？假设这个垃圾堆是一个无有效源高的地面点源。 解：根据题设条件， 由表4-3查得，稳定度级别为D，由表4-4 查得y=173m z=79.1m C（3000,0,0,0）= =9.9710-3 mg/m3,
