第四章 大气污染物扩散模式
大气污染扩散及浓度估算模式概述
大气污染扩散及浓度估算模式概述大气污染是指空气中某些物质或能量的浓度超过了一定的标准，对人类健康、生态系统和环境产生一定危害的现象。
而大气污染扩散及浓度估算模式则是一种基于数学、物理学原理的模拟工具，用来描述和预测大气污染物在大气中的扩散传播过程及其浓度分布情况。
扩散模式的基本原理大气污染物的扩散传播是受到气象条件、地形地貌、大气污染物排放源等多种因素的影响。
因此，扩散模式一般包括了以下几个基本原理：1.对流扩散：大气中的对流运动是造成大气污染物扩散的主要因素之一。
通过对流运动，大气中的污染物会随着空气的流动在近地层逐渐扩散。
2.湍流扩散：湍流是大气中涡动和乱流的运动形式，对大气污染物的扩散传播起着重要作用。
湍流扩散模式一般基于大气边界层内的湍流动力学理论建立。
3.稳定度影响：大气的稳定度会影响大气污染物的扩散情况。
在稳定的大气层中，扩散较小，而不稳定的大气层则容易形成污染物下沉和较大范围的扩散。
4.地形地貌影响：地形地貌会对大气污染物的扩散产生重要的影响，如山脉、山谷等地形特征会对污染物传播产生局部影响。
浓度估算模式的发展随着大气环境科学的发展和计算机技术的进步，大气污染扩散及浓度估算模式得到了长足的发展。
目前，常用的大气污染扩散及浓度估算模式主要包括了以下几种：1.高斯模型：高斯模型是最简单的扩散模型之一，假设大气污染物的传播呈现高斯分布。
其适用于平坦地形、均匀排放源的情况。
2.拉格朗日模型：拉格朗日模型是一种基于粒子运动轨迹的扩散模式，可以更准确地描述污染物的扩散传播路径。
3.欧拉模型：欧拉模型是一种基于流体动力学方程的扩散模型，适用于描述大气边界层内的湍流扩散过程。
4.数值模拟模型：数值模拟模型是最常用的大气污染扩散及浓度估算模式之一，利用数值计算方法对复杂的大气扩散传播过程进行模拟。
应用及展望大气污染扩散及浓度估算模式在环境保护、城市规划、应急响应等领域具有重要的应用意义。
通过对大气污染物的扩散传播过程进行模拟和预测，可以帮助政府及相关部门制定合理的环境政策和控制措施。
大气污染物扩散模式
2
• 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、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，
z
y y ( 2 )q 1
2 1
例：在C级大气稳定条件下,求高架点源下风向800米处的扩散参数.
2 qL H2 ( x,0,0, H ) exp( 2 ) 2 z 2 π u z sin
有限长线源
2qL H 2 P2 1 P2 ( x,0,0, H ) exp( ) exp( )dP P 2 z 1 2π 2 2 π u z
37
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
像源的贡献
q y 2 ( z H )2 c( x, y , z, H ) exp[ ( 2 )] 2 2 y 2 z 2 π u y z
实际浓度
q y2 ( z H )2 ( z H )2 c( x, y , z, H ) exp( 2 ){exp[ ] exp[ ]} 2 2 2 y 2 y 2 z 2 πu y z
z y
图4-5
图4-4
式4-10
27
例题4-3
计算地面最大浓度.
28
2.中国国家标准规定的方法
• （１）稳定度分类方法
太阳高度角 （式4-29） 辐射等级 稳定度
地面风速
云量
29
2.中国国家标准规定的方法
• （２）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）
大气污染控制工程课件04大气扩散浓度估计模式
2、烟气抬升的原因
原因：
(1)排放源及排放烟气的性质 初始动量 流速和烟囱口内径 温度差 浮力项 (2)环境大气的性质 和烟流与周围大气的混合速率 （3）下垫面性质与烟流抬升
此外,平均风速、风速垂直切变及大气稳定度 等对烟流抬升都有影响。
2、烟气抬升计算公式
烟气抬升公式 1霍兰德公式 2布里吉斯公式 3我国的“制订原则和方法” 中推荐的公式 由于影响烟流抬升的因素多而复杂，还没 有一个通用的计算公式。现在所用都是的 经验或半经验公式。
高斯模式的有关假定-坐标系
2、四点假设
(1) 污染物浓度在 y 、 z 轴上的分布符合高斯分布 ( 正态分 布 )； (2)在全部空间中风速是均匀的、稳定的 (3)源强是连续均匀的 (4)在扩散过程中污染物质量是守恒的。 对后述的模式，只要没有特别指明，以上四点假设条 件都是遵守的。
二、无限空间连续点源扩散的高斯模式
T TS
3、中国国家标准
（2）1700 kW＜QH＜2100 kW时 Q 1700 H △H= △H1+(△H2-△H1)
400
2(1.5vs D 0.01QH ) 0.048(QH 1700 ) △H1= u u
△H2=n0 QHn1 Hs n2 u-1 计算的抬升高度。 （3） 当QH≤1700 kW或（Ts- Ta）＜35 K时： 是霍兰德公式计算值的2倍
(1)地面浓度模式 我们时常关心的是地面污染物浓度， 而不是任一点的浓度。由 式(4-7)在z=0时得到地面浓度
y2 H2 ( x, y,0, H ) exp ( 2 ) exp( 2 ) 2 y 2 z u y z Q
(2)地面轴线浓度模式 地面浓度是以x轴为对称的，轴线x上具有最大值、 向两侧（如y方向）逐渐减小，由式 (4—8)在y＝0 时得到地面轴线浓度。
空气污染扩散模式
z y
x
風速 u
點污染源 質量流率 Q
C
Q uyz
exp
1 2
y 2y2
z 2 z2
地面上點污染源的濃度分布圖
然工業上污染物皆是從煙囪上排放污染物出來，在考慮煙囪
有 效 高 度 (He) 後 ， 可 藉 由 z 軸 之 座 標 轉 換 (coordinate transformation)，由 z 轉換變成 z－He，則濃度分布方程式可 重新修正。經積分後得污染物濃度隨不同位置的分布情形：
度。 越小代表探討樣本的一致性(uniformity)越明顯，因此 分布的曲線將愈向中央集中，其所表現出來特性即是曲線最
大值會愈高，反之，若 越大，則意味探討樣榜的差異愈大，
因此曲線的分布會較平緩，且最大值會下降。
(4) 若將方程式(1)針對 x 作無限積分則可得其積分值為 1，亦即
著時間而改變，故 C t 0
(2) 氣流的流動屬於一維(one dimension)現象，僅在 x 方向流動，
則 v = w = 0。
(3) 在氣流流動的方向濃度之擴散，若比較對流(convection)與擴
散(diffusion)對空氣污染物散佈的效應，則後者可忽略不計，
即
Dx
2C x 2
(17)
污染物離開煙囪口後因本身具有速度同時其溫度較外界為高因此在擴散的過程中仍會持續上浮一段距離此上浮的距離加上煙囪本身的高度稱之為煙囪有效高度stackeffectiveheight空氣污染物隨著向下風處擴散因其擴散的空間明顯增大因此污染物濃度急速降低但氣象條件為穩定時則例外
空氣污染擴散模式
1. 空氣污染物的擴散現象 一般而言，空氣污染物是以噴煙型態排放到大氣中，而後以 煙柱形狀散佈。 在三維(three dimension)的散佈過程中，污染物沿著順風方向 被帶到下風處。通常以 x 軸代表風流動的方向，z 代表離地面 的高度。
大气污染物扩散模式
第四章大气扩散浓度估算模式第一节湍流扩散的基本理论一湍流1定义：大气的无规则运动风速的脉动风向的摆动2•类型：按形成原因热力湍流：温度垂直分布不均（不稳定）引起，取决于大气稳定度“匚机械湍流：垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度引起3 •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105〜106倍二湍流扩散理论（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•梯度输送理论通过与菲克扩散理论类比建立起来的（菲克定律：单位时间内通过单位断面上的物质的数量与浓度梯度呈正比）类比于分子扩散，污染物的扩散速率与负浓度梯度成正比式中，F —污染物的输送通量k —湍流扩散系数 C —污染物的浓度X —与扩散截面垂直的空间坐标（扩散过程的长度）——浓度梯度:x要求得各种条件下某污染物的时、空分布，由于边界条件往往很复杂，不能求出严格的分析解，只能是在特定的条件下求出近似解，再根据实际情况进行修正。
2•湍流统计理论泰勒首先将统计理论应用在湍流扩散上图4-1显示：从原点0放出的粒子，在风沿着x方向吹的湍流大气中扩散。
粒子的位置用y表示，则结论为：①y随时间变化，但其变化的平均值为零②若从原点放出很多粒子，则在x轴上粒子的浓度最高，浓席分布以x轴为对称轴，并符合正态分布。
萨顿实用模式：解决污染物在大气中扩散的实用模式高斯模式：应用湍流统计理论得出正态分布假设下的扩散模式3•相似理论第二节高斯扩散模式坐标系的建立一右手坐标系二高斯模式的有关假定1污染物浓度在 y 、z 轴上的分布为正态分布;f (y)二1 二八2二exp(-22 2)2rf(z)二exp(匚 z • 2 二化合、分解及地面吸收、吸附 & - x f 丿，CX1原点0:无界点源或地面源， 0为污染物的排放点高架源，0为污染物的排放点在地面上的投影点补充：点源高架源 连续源 固定源 线源 地面源间歇源流动源面源2.x 轴：正向为平均风向，烟流中心线与 x 轴重合3. y 轴：垂直于x 轴4. z 轴：垂直于xoy 平面匚y ,匚z —分别为污染物在y 和z 方向上分布的标准差,2•全部高度风速均匀稳定，即风速 U 为常数; 3•源强是连续均匀稳定的，源强Q 为定值；4•扩散中污染物是守恒的，不考虑转化，即烟云在扩散过程中没有沉降、作用发生；—=05•在x 方向上，输送作用远远大于扩散作用，即U \ex6.地面足够平坦。
【清华】4 大气扩散浓度估算模式-第二部分20150325_525306696
ISC3, AERMOD, CALPUFF
(for primary pollutants)
OZIP/EKMA
(for ozone)
/scram001/tt22.htm
30
八、空气质量模式的新进展
1.空气质量模式的发展
第二代模式
Eulerian Grid Models :
1 2π
exp
p2 2
dp
p1 y1 / y
p2 y2 / y 注意“边缘效应”！
11
六、城市及山区扩散模式
1.城市大气扩散模式
例题： 在阴天情况下，风向与公路垂直，平均风速为4m/s， 最大交通量为8000辆/h，车辆平均速度为64km/h，每辆车排 放CO量为2×10-2 g/s，试求距公路下风向300m处的CO浓度。
2Q πuH 2e
z y
烟气抬升高度与风速的关系：
H B u
，代入
H
Hs
B u
令 dmax / du 0 ，得到危险风速 uc B / Hs
将
H
B uc
Hs
H 2
代入可得
absm
Q z 2πeHsB y
Q
2πeH
2 s
u
c
z y
Hs
≥
2πeu c
查P-G曲线 －> xD
2. 当 x 2xD ，z向浓度混合均匀，z分布函数为
3. xD x 2xD
x xD
x 2xD －>内插（假定变化为线性）
4
五、特殊气象条件下的扩散模式
2.熏烟型扩散模式
大气污染控制工程课件 第4章
§1湍流扩散的基本理论
• 一、湍流概念简介 • 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105～106倍 1、什么是湍流？ 除在水平方向运动外，还会由上、下、左、右方向的
乱运动，风的这种特性和摆动称为大气湍流。（有点 象分子的热运动）
或者说湍流是大气的无规则运动 。 2、湍流与扩散的关系
第4章 大气扩散浓度估算模式
• 1、教学要求 • 要求了解湍流扩散的基本理论，理解和掌握高
斯扩散模式、烟囱高度的设计和厂址的选择。 2、教学重点 • 掌握影响污染物稀释扩散法控制的有关条件； 污染物浓度估算的高斯模式，烟囱高度的设计 方法。 • 3、教学难点 • 污染物稀释扩散法控制，污染物浓度估算的高 斯模式。
增大，两项共同作用的结果必将在某一距离 x 上出现最大浓度 Cmax。
dc 求最大浓度利用求极值的方法，即dx 0 ，作一些近于实际的
假设 y z
const (常数），即σ y、σ z 随 x 增加的倍数相同。
18
由
dc d z
d d
z
Q u y
z
exp
• 利用这些理论进行研究时，常采用数值分析法、现场 研究法和实验室模拟研究法三种方法。理论和方法的 运用不可分割，应该将它们很好地结合在一起，得出 与实际大气污染扩散相符合的计算模式。
6
7
大气湍流与污染物的扩散
• 图a表示烟团在比它尺度小的湍涡作用下，一 边随风迁移，一边受到湍涡的搅扰，边缘不断 与周围空气混合，体积缓慢地膨胀，烟团内部 的浓度也不断地降低。
把湍流想象成是由许多湍涡形成的，湍涡的不规则运 动而形成它与分子运动极为相似。 3.湍流起因有两种形式 ： – 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
第4章 大气污染浓度估算模式1
48～75 60 0.3
76～100 85 0
第三节 污染物浓度的估算
1、烟气抬升高度的计算
烟囱有效高度 H=烟囱实际高度 Hs+烟气抬升高度 ∆H
产生烟气抬升有两方面的原因： 产生烟气抬升有两方面的原因： • 烟囱出口烟气具有一定的初始动量：初始动量的大小决定于烟气 烟囱出口烟气具有一定的初始动量： 出口流速与烟囱出口内径。 出口流速与烟囱出口内径。 • 由于烟温高于周围气温而产生一定的浮力。浮力大小主要取决于 由于烟温高于周围气温而产生一定的浮力。 烟气于周围环境的温差。 烟气于周围环境的温差。 • 平均风速、风速垂直且编辑大气稳定度等对烟气抬升均有影响。 平均风速、风速垂直且编辑大气稳定度等对烟气抬升均有影响。
常用的烟气抬升计算公式
霍兰德(Holland)公式 霍兰德(Holland)公式 (Holland) 适用于中性大气 用于非中性大气时： 用于非中性大气时： • 对于不稳定条件，烟气抬升高度增加10%-20%； 对于不稳定条件，烟气抬升高度增加10%-20%； 10% • 对于稳定条件，烟气抬升高度减少10%-20%； 对于稳定条件，烟气抬升高度减少10%-20%； 10%
vsD Ts − Ta 1 ∆H = (1.5 + 2.7 D) = (1.5vs D + 9.6 ×10−3QH ) Ts u u
参数符号见教材P90。 参数符号见教材 。
普遍认为，霍兰德公式比较保守，特别是当烟囱高、热释放率强时偏差更大 普遍认为，霍兰德公式比较保守，特别是当烟囱高、
Briggs公式 Briggs公式 适用因此分析方法到处得用实测资料推算的常规项。 适用因此分析方法到处得用实测资料推算的常规项。计算至于实测 值比较接近，应用较广。 值比较接近，应用较广。 适用于不稳定和中性大气条件下： 适用于不稳定和中性大气条件下：
大气中污染物的扩散
五 绿化造林
绿色植物除有调节气候、吸尘、降噪的功效外,还可 吸取大气中的有害的污染物,起到净化大气污染的作 用。针对大气污染区的特点,结合多个绿色植物的特 性,筛选多个对大气污染物有较强的抵抗和吸取能力 的绿色植物,努力扩大绿化面积,既能美化居室环境, 又能大大减少大气污染的危害,是进一步改善大气环 境质量的重要方法。
1．地形和地物的影响 2．山沟风 3．海陆风 4．都市热岛环流
一、重要大气污染物控制技术： （一）烟尘 1.机械式除尘装置 2.袋式除尘装置 3.湿式除尘装置 4.电除尘装置
（二）SO2 1.燃料脱硫
2.燃烧脱硫
3.流化床燃烧脱硫
全方面规划、合理布局 选择有利污染物扩散的排放方式 区域集中供暖、供热 变化燃料构成 绿化造林 大气污染控制技术
对气温垂直递减率与干绝热垂直递减率进行比较 能够判断大气与否稳定。
在对流层中，普通状况下气温随高度的增加而递 减，每上升单位高度气温减少的度数称为气温直 减率，以r表达 。在对流层中，气温直减率平均是 0.65℃/100m，但有时在局部地区气温随高度的增 加而逐步升高，即出现逆温。也有时在局部地区 气温随高度的增加而递减很快。
一、天然水在环境中的循环：
（一）地球上天然水资源的分布
（二）天然水在环境中的循环。
海洋：2500年，深层地下水：1400年，湖泊：17年， 土壤水：1年，河川水：16天，大气水：8天，生物 水：几小时。
二、天然水的水质：
（一）天然水水接触的物质的成分和溶解度；另首先取决于 这一作用进行的条件。
（一）气温垂直递减率 （二）大气稳定度 （三）逆温 （四）影响大气污染物扩散的气象因素
(一)气温垂直递减率
干空气块或未饱和的湿空气块在绝热条
《大气污染控制工程》第三章大气污染气象学第四章大气扩散浓度估算模式
变平阶段:在环境湍流作用下，烟流继续扩散膨胀并随风飘移的。
烟囱高度的计算
计算方法2:按地面绝对最大浓度计算
Cmax
2q ( z uH 2e y
)
（4-10）Cmax
u
H H (3 21) Cmax
的技术方法》
（P点源排放控制系数，表4-9,4-10）
二、烟囱设计中的几个问题
对于设计的高烟囱（大于200m），若所在地区上部逆温 出现频率较高时，则应按有上部逆温的扩散模式（封闭型 或熏烟型模式）校核地面污染物浓度
烟气抬升公式的选择也是烟囱设计的重要一环 优先采用国家标准中的推荐公式
气象参数的选取 多年平均值；某一保证频率的值
1. 大气稳定度的概念 指在垂直方向上大气稳定的程度，即是否易于发生对流。
定性理解：
外力使气块上升或下降 气块去掉外力
气块减速，有返回趋势，稳定 气块加速上升或下降，不稳定 气块停在外力去掉处，中性
不稳定条件下有利于扩散
大气稳定度与烟流 型的关系
波浪型（不稳） 锥型（中性or弱稳） 扇型（逆温） 爬升型（下稳，上
考虑地面轴线浓度模式
c(x,
y,
z,
H
)
q
u y
z
exp(
H2
2
2 z
)
上式，x增大，则 、y 增z 大，第一项减小，第二 项增大，必然在某x 处有最大值
第三章 大气污染气象学 第四章大气扩散浓度估算模式
扩散的要素
水平方向：风（平流输送）为主 垂直方向：湍流（脉动风速） 风速越大，湍流越强，大气污染扩散速度越快
大气污染控制工程 大气扩散浓度估算模式
• 主要参数：
uQ、 、H、x、y、 zy、 z
27
四、污染物浓度的估算
2.烟气抬升高度的计算
有效源高
• 起因与两种形式
热力：温度垂直分布不均。 机械：风速分布不均匀
及地面粗糙度。
• 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105～106倍。
3
一、大气污染物扩散的基本描述
2.湍流扩散的基本理论
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，将浓度梯度作为物质扩散的驱动力； ➢ 应用欧拉法研究每一空间位置上运动质点的特征量； ➢ 基本参数：湍流扩散系数K；气象资料：风速及K的垂直廓线； ➢ 限制条件：小尺度湍涡。
拉格朗日法(质点系法)：跟踪 并研究每个流体质点的运动情 况，把它们综合起来以掌握整 个流体运动的规律。
5
一、大气污染物扩散的基本描述
3.大气污染物浓度估算模式
概念：模拟大气污染物的输送、扩散、迁移过程，预测在 不同污染源条件、气象条件及下垫面条件下某污染物浓度 时空分布的数学模型，是大气中污染物迁移和扩散规律的、 简单化的数学描述。 应用：城市、区域、全球的气象、气候和大气污染研究。
13
三、高斯扩散模式
2.高斯扩散模式的假定
① 污染物浓度在y、z风 向上分布为正态分布; ② 全部高度风速均匀稳 定; ③ 源强是连续均匀稳定 的; ④ 扩散中污染物质量守 恒 ⑤ （不考虑转化）。
14
三、高斯扩散模式
3.高斯扩散模式的推导
x方向的扩散通量； k—— 湍流扩散系数,
m2/s。
15
✓ 作为法规模型支持空气质量评估和大气污染控制规划制定； ✓ 作为研究工具识别大气输送与扩散机理。
大气污染物扩散模型研究及应用
大气污染物扩散模型研究及应用大气污染一直是世界性的问题。
各种污染源不断增多，对人们的健康和环境造成了巨大危害。
如何有效地控制大气污染，一直是各国政府、科研机构和媒体关注的焦点。
而大气污染物扩散模型的研究和应用，正成为有效控制大气污染的一种重要手段。
大气污染物扩散模型研究的概述大气污染物扩散模型可以给出污染物浓度的分布、传输和化学反应等信息。
其原理是利用掌握了各种环境参数（如风速、风向、湍流强度、气温、大气压力、相对湿度等）和大气组分的动力学及化学知识，建立数学模型，模拟污染物在大气中的运动、扩散和化学反应过程，以预测空气质量和污染来源。
大气扩散模型的主要类型有：Euler模型、Lagrangian模型和Euler-Lagrangian模型。
其中，Euler模型是通过求解二元方程（即连续质量方程和Navier-Stokes方程）来描述污染物在大气中的输运规律的数值模型，其我们所熟知的复杂数学模型基于丰富的计算化学数据和考虑环境变量的推荐符号来进行计算。
大气污染物扩散模型应用的范围和意义大气污染物扩散模型应用的范围非常广泛。
其在环境污染监测、环境影响评价、污染源排放控制、气象预测、建筑防火设计等领域都有其重要作用。
另外，扩散模型可以评估和标识环境的敏感性，使环境师能够更好地了解环境问题和进行风险评估。
举个例子：在环境影响评价中，大气污染物扩散模型可以预测化工厂扩建工程等的排放对周围环境的影响，帮助规划环境保护和改善措施，减缓环境恶化的影响。
另外，成品油加油站等配有加油站扩建工程中，也需要考虑污染物扩散模型，预测加油站排放对周围环境的影响，避免环境污染和危害。
总之，大气污染物扩散模型的应用具有重要的实践意义，对于有效控制大气污染，保障人类健康和环境品质具有重要作用。
大气污染物扩散模型的研究进展随着各种环境问题的日益严重，大气污染物扩散模型的研究也得到了广泛发展。
近年来，大气污染物扩散模型在以下方面取得了重要进展。
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1.湍流扩散的基本理论 湍流扩散的基本理论 2.高斯扩散模式 高斯扩散模式 3.污染物浓度的估算方法 污染物浓度的估算方法 4.特殊气象条件下的扩散模式 特殊气象条件下的扩散模式 5.城市及山区的扩散模式 城市及山区的扩散模式 6.烟囱高度设计 烟囱高度设计
第一节 湍流扩散的基本理论
建立三个坐标系: ,以实源在地面的投影点为原点; 点 建立三个坐标系:1,以实源在地面的投影点为原点;P点 坐标为( , , ) 坐标为(x,y,z); 2,以实源为原点;3,以像源为原点. ,以实源为原点; ,以像源为原点. (1)实源贡献:P点在以实源为原点的坐标系中的垂直坐标为 )实源贡献: 点在以实源为原点的坐标系中的垂直坐标为 ( z-H) . 不考虑地面的影响 , 实源在 点形成的污染物浓度 ) 不考虑地面的影响, 实源在P点形成的污染物浓度 为:
地面最大浓度模式(续): 地面最大浓度模式(
设
σy
实际中成立) σ z = const (实际中成立)
dc( x,0,0, H ) =0 dσ z
由此求得
cmax =
2q σ z πuH 2 e σ y
σ z |x = xcmax=Fra bibliotekH 2
地面源高斯模式(令H=0): 地面源高斯模式(
y2 z2 exp[ ( 2 + )] c( x, y , z,0) = 2 2σ y 2σ z πuσ yσ z q
公式: (2)Briggs公式:适用不稳定及中性大气条件 ) 公式
不稳定或中性大气下, 不稳定或中性大气下,布里格斯公式用来确定不同的热释放 率和下风向距离条件下的烟气抬升高度: 率和下风向距离条件下的烟气抬升高度:
当QH > 21000kW时 x < 10 H s x > 10 H s
当QH < 21000kW时 x < 3x * x > 3x * H =0.362QH x u
kW
Holland公式比较保守,特别在烟囱高,热释放率比较强的情况下. 公式比较保守,特别在烟囱高,热释放率比较强的情况下. 公式比较保守 在实际计算中,不稳定条件(A, 稳定度 稳定度), 需增加10%～ %～20%; 在实际计算中,不稳定条件 ,B稳定度 ,H 需增加 %～ %; 需减少10%～ %～20%. 稳定条件(D, , 稳定度 稳定度), 稳定条件 ,E,F稳定度 , H 需减少 %～ %.
高斯模式的四点假设 高斯模式的四点假设
a.污染物浓度在y,z风向上分布为正态分布 .污染物浓度在 , 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) .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
二,无界空间连续点源扩散模式
烟气抬升
初始动量: 速度, 初始动量: 速度,内径 浮力: 浮力:烟温度
烟气抬升高度的计算
抬升高度计算式
公式: (1) Holland公式:当大气稳定度为中性,计算烟气抬升 ) 公式 当大气稳定度为中性,
高度时,经常使用霍兰徳公式: 高度时,经常使用霍兰徳公式:
H = vs D T T 1 (1.5 + 2.7 s a D ) = (1.5vs D + 9.6 × 10 3 QH ) Ts u u
( 1 ) 当 Q H ≥ 2 1 0 0 k W 和 (Ts Ta ) ≥ 3 5 K 时 H = n 0Q H
n1
H
n2 s
令ρ'=0
H2 0=1 2 σz 2 1
σ z=
Q σ z
2 π uσ y σ z e
H 2
Q σ z 2 H2
ρ max=
Q
π uσ y σ z
exp(1) =
=
π uσ y e
×
例题: 例题:
一工厂在源高H=30m处以 处以20g/s的速度排放 2,风速 的速度排放SO 一工厂在源高 处以 的速度排放 为3m/s,在下风向距离 ,在下风向距离1000m处,扩散系数分别取 处 σy=30m ,σz=20 m.计算烟流中心线上 2的浓度; .计算烟流中心线上SO 的浓度; 中心线以左60 m ,以下 以下20 m处 SO2的浓度. 的浓度. 中心线以左 处
实源的贡献
q y 2 ( z H )2 c( x, ρ,1 , H ) = y z exp[ ( 2 + )] 2 2σ y 2σ y 2πuσ yσ z
(2)像源贡献:P点在以像源为原点的坐标系中的垂直坐 )像源贡献: 点在以像源为原点的坐标系中的垂直坐 标为( ),像源在 点形成的污染物浓度为: 标为(z+H),像源在 点形成的污染物浓度为: ),像源在P点形成的污染物浓度为
q 源强
1.烟气抬升高度的计算 烟气抬升高度的计算
有效源高
H = H s + H
H s ――烟囱几何高度 ――烟囱几何高度
H ――抬升高度 ――抬升高度
烟云抬升的原因有两个: 烟云抬升的原因有两个: 是烟囱出口处的烟流具有一初始动量( ①是烟囱出口处的烟流具有一初始动量(使它们继续垂直 上升); 是因烟流温度高于环境温度产生的静浮力. );② 上升);②是因烟流温度高于环境温度产生的静浮力. 烟云抬升, 这两种动力引起的烟气浮力运动称烟云抬升 这两种动力引起的烟气浮力运动称烟云抬升,烟云抬升有 利于降低地面的污染物浓度. 利于降低地面的污染物浓度.
起因与两种形式 热力:温度垂直分布不均(不稳定) 热力:温度垂直分布不均(不稳定) 机械: 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 1.梯度输送理论
类比于分子扩散, 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 2.湍流统计理论
地面浓度模式:取z=0代入上式,得 代入上式, 地面浓度模式:
y2 H2 c( x, y , 0, H ) = exp( 2 ) exp( 2 ) 2σ y 2σ z πuσ yσ z q
地面轴线浓度模式:再取y=0代入上式 =0代入上式 地面轴线浓度模式:
H2 c( x,0, 0, H ) = exp( 2 ) 2σ z πuσ yσ z q
相当于无界源的2倍(镜像垂直于地面,源强加倍) 相当于无界源的2 镜像垂直于地面,源强加倍)
设
σ
y
σ
z
=k
则σ y = kσ z
上式变为: 上式变为:
'
ρ=
Q
2 π ukσ z
exp(
H2
2 2σ z
)=
A
2 σz
exp(
H2
2 2σ z
)
1 ' H2 H 2 ' 1 ρ =A( 2 ) exp( 2 ) + 2 (exp( 2 )) 2σ z σz 2σ z σz 1 ' H2 1 H2 H2 1 ' )( =A( 2 ) exp( ) + 2 exp( ) 2 ) ( 2 2 2 σz 2σ z 2σ z σz 2σ z σz
三,高架连续点源扩散模式
高架源须考虑到地面对扩散的影 根据假设④ 响.根据假设④可认为地面就象镜 子一样对污染物起全反射作用, 子一样对污染物起全反射作用,按 全反射原理, 像源法" 全反射原理,可用 "像源法"处理 ——把P点污染物浓度看成为两部分(实源和像源)作用之和. 点污染物浓度看成为两部分( 把 点污染物浓度看成为两部分 实源和像源)作用之和.
地面最大浓度模式(续): 地面最大浓度模式(
设
σy
实际中成立) σ z = const (实际中成立)
dc( x,0, 0, H ) =0 dσ z
由此求得
cmax =
2q σ z πuH 2 e σ y
σ z |x = x
cmax
=
H 2
第三节 污染物浓度的估算
计算或实测 u 平均风速 多年的风速资料 H 有效烟囱高度 σ y , z 扩散参数 σ
扩散的要素 平流输送为主, 风:平流输送为主,风大则湍流大 湍流:扩散比分子扩散快10 湍流:扩散比分子扩散快105～106倍 湍流是决定污染物在大气中稀释扩散的最直接因素. 风,湍流是决定污染物在大气中稀释扩散的最直接因素. 湍流的基本概念 湍流——大气的无规则运动 湍流 大气的无规则运动
风速的脉动( 风速的脉动(上,下) 风向的摆动( 风向的摆动(左,右)
1/3 1/3 1
H =0.362QH x u
1/3 2/3 1/3 2/3
1 1
H =1.55QH H s u
H =0.332QH 3/5 H s 2/5
3/5
x*=0.33QH
Hs u
3/5
6 / 5
(3)我国"制订地方大气污染物排放标准的技术方法" 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 中的公式——在没有特别要求时,应优先使用 在没有特别要求时, (GB/T13201-91)中的公式 在没有特别要求时 国家标准规定的方法. 国家标准规定的方法.
颗粒物扩散模式
粒径小于15m的颗粒物可按气体扩散计算 的颗粒物可按气体扩散计算 粒径小于 大于15m的颗粒物:倾斜烟流模式 的颗粒物: 大于 的颗粒物
(1 + a ) q y2 ( H vt x / u ) 2 c( x, y , 0, H ) = exp( 2 ) exp[ ] 2σ y 2σ z2 2πuσ yσ z d p2 ρp g vt = 18
地面最大浓度模式: 地面最大浓度模式: