大气污染物扩散模式.pptx

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第04章大气污染扩散模型环境保护概论ppt课件

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平衡浓度为:
第六节 区域大气环境质量模型
多源大气环境质量模型 区域内大气中某一点的污染物浓度等于背景浓度和各
污染源对该点浓度的贡献值之和:
《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
第七节 厂址的选择和烟囱的设计
如果用y0表示烟流半宽度,z0表 示烟流半高度,则有:
封闭型扩散模式
计算简化:
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
风向与线源垂直时
边缘效应
城市大气扩散模式
2.面源扩散模式
城市大气扩散模式
2. 面源扩散模式(续)
简化为点源的面源扩散模式(续) 形心上风向距x0处有一虚拟点源,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(续)
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
定状态,σ较大,即σ与稳定度密切相关。
扩散参数的确定
P-G曲线法
P-G曲线:Pasquill常规气象资料估算;Gifford制成图表
方法要点
将大气稳定度分为6个等级: A — 极不稳定,B —不稳定,C — 弱不稳定, D — 中性,E — 弱稳定,F —稳定。
太阳辐射
稳定级别 下风距离
P-G曲线图 P-G 表
Eutrophication)
Acid Rain

大气污染物的迁移扩散PPT幻灯片

大气污染物的迁移扩散PPT幻灯片
7
例:甲烷在对流层平均浓度c=1.55ppm,不随时间变 化,则FCH4=RCH4=1.5×1014 mol/y,求停留时间。
x (p) p 部 全 m 16 分 部 0 V V ,W W x (p)p 部 全 b 19 分 部 0
x (pp ) 部 全 h m 1 8 分 部 0 x (p) p 部 全 t 1 1 分 部 0 2
6
储库(reservoir):气体和微粒在大气中的留存(形式)。 停留时间(t) :某种组分在大气储库中存在的平均时间称为平 均停留时间或停留时间。
ti=Mi/Fi或Ri
源强Fi = 天然源排放速率+人为源排放速率= 源速率 汇强Ri = 干沉降速率+湿沉降速率+化学反应去除速率
+向平流层输入速率 = 汇速率
素等); (8)放射性物质。
15
三、影响大气污染物迁移的因素
1、风和大气湍流的影响
A、影响污染物在大气中扩散的三个因素: 风:气块规则运动时水平方向速度分量,使污染物向下风
向扩散; 湍流:使污染物向各个方向扩散; 浓度梯度:使污染物发生质量扩散。
三种作用中风和湍流起主导作用。
16
(一)大气水平运动
第二节 大气污染物的迁 移扩散
1
一、盒子模型
1、气体循环:大气组分通过大气圈与其它圈层发生的物理、
化学、生物过程进行物质交换、转换。
➢ 源(source)大气组分产生的途径和过程。
天然源:由自然界发生的物理、化学、生物过程向大气输
送物质:
扬尘(地面土石风化,大气颗粒物来源)
火山(H2S、SO2、COS、HCl、HF、颗粒物SPM,可传 送到平流层)
过程。
11

大气污染物扩散模式

大气污染物扩散模式
根据逆温的生成过程,可把逆温现象分为五类:辐射逆温、 地形逆温、下沉逆温、锋面逆温和平流逆温。
四、烟流型与大气稳定度的关系
波浪型(不稳)
锥型(中性or弱稳)
扇型(逆温) 爬升型(下稳,上不稳) 漫烟型(上逆、下不稳)
第二节 高斯扩散模式
一、高斯模式的有关假定
(一)坐标系 原点为排放点或高架源排放点在地面上的
三、高架连续点源扩散模式
(一)实际浓度
镜像全反射---->像源法
实源: c(x, y, z, H z)
像源: c(x, y, z, H z)
实源的贡献
c(x, y, z, H ) Qq exp( y2 ) exp[ (z H )2 ]
2 u y z
2
2 y
2
2 y
像源的贡献
c(x,
车流量 Ql = 平均车速 ×每辆车单位时间污染物排放量
c(x,0,0)
2Ql
2 u
z
• exp
H
2 e
2
2 z
(三)形成原因与两种形式 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
二、大气稳定度
(一)概念
指气层的稳定度,即大气中某一高度上的气团在垂直方 向上相对稳定的程度。
受密度层结和温度层结共同作用。
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
H
2 2
1
2
(五)地面连续点源扩散模式(令H=0):
c(x,
y, z, 0)
Qq
u y z
exp[(
y2
2
2 y

《大气扩散浓度估算》课件

《大气扩散浓度估算》课件

高斯模型适用于简单地形和平稳气象条件下的扩散模拟 。
拉格朗日模型适用于模拟复杂流动场和污染物迁移转化 过程。
03 大气扩散浓度估算方法
估算方法分类
直接测量法
通过在目标区域设置监测站点,直接测量大气中 的污染物浓度。
模型模拟法
利用数学模型和计算机模拟技术,预测大气中污 染物的扩散和浓度分布。
经验估算法
《大气扩散浓度估算》ppt课件
• 大气扩散基本概念 • 大气扩散模型 • 大气扩散浓度估算方法 • 大气扩散浓度估算案例分析
• 大气扩散浓度估算的挑战与展望 • 大气扩散浓度估算的实际应用
01 大气扩散基本概念
大气扩散的定义
总结词
大气扩散是指污染物在大气中由高浓度向低浓度自然传播、分散的过程。
大气扩散浓度估算的展望
01 02 03
大数据和人工智能技术的应用
随着大数据和人工智能技术的发展,未来可以利用这些技 术对大量的监测数据进行处理和分析,提高数据的质量和 利用效率。同时,可以利用人工智能技术对大气扩散模型 进行优化和改进,提高模型的预测精度和适用性。
多源数据的融合和应用
未来可以利用更多的数据源,如卫星遥感数据、无人机监 测数据等,对大气扩散过程进行全方位的监测和评估。通 过多源数据的融合和应用,可以更全面地了解大气扩散的 规律和影响因素,为估算结果的准确性提供保障。
大气扩散的影响因素
总结词
大气扩散的影响因素主要包括气象条件、地形地貌和排放源特征等。
详细描述
气象条件如风向、风速、温度层结等对大气扩散有重要影响,风速决定了污染物的扩散速度,温度层结影响污染 物的垂直扩散;地形地貌如山丘、河流等也会影响污染物的扩散;排放源特征如排放高度、排放强度等也会对大 气扩散产生影响。

第三章大气扩散ppt课件

第三章大气扩散ppt课件

风向玫瑰图是气象学上对风向研究 的一种方法和手段,它反映过去风 向发生的频率,预示未来风向发生 频率的趋势。
根据公式计算出各风向的污染系数, 绘成风玫瑰图, 污染系数越大,下风向的污染就越 严重。
方位 N
风向
频率 14
/% 平均
风速 3
/m·s-1 污染
系数 4.7
相对 污染
系数 21
/%
风向频率及污染系数实例
大。
排放到大气中的污染物质,在湍流作用下被 扩散和稀释。湍流运动造成大气中各组分间 的强烈混合。当污染物由污染源排入大气中 时,高浓度部分污染物由于湍流混合,不断 被清洁空气渗入,同时又无规则地分散到其 他方向去,使污染物不断地被稀释、冲淡。
比如我们日常所看到的,烟囱中冒出的烟气 总是向下风方向飘去,并不断地向四周扩散, 这就是大气对污染物的输送和稀释扩散过程。
2.湍流(Turbulent Flow)
所谓大气湍流,是指大气中无规则的、三维的小尺度运动。 即风除在水平方向运动外,还会由上、下、左、右方向的乱 运动,风对污染物的稀释作用,实际上是由于风的无规则阵
性和摆动造成大气湍流所引起的。(有点象分子的热运动)
大气湍流表现为气流的速度和方向随时间和空间位置的不同 而呈随机变化,并由此引起温度、湿度以及污染物浓度等气 象属性的随机涨落。
风对污染物的作用有两点:一是对污染物沿下风方 向的转移,二是在转移过程中对污染物浓度的稀释 作用。 为综合反映某一地区风向频率和平均风速对大气污 染影响的程度,常用污染系数来表达:
污染系数= 风向频率 平均风速
气象预报的风速指的是距地面10m高处 在一定时间内观测到的平均风速。
风向频率是指在一定时间内自某个方位(东、

空气污染物的扩散模式

空气污染物的扩散模式
風向

線 污染源
若二者之間的夾角為θ, 且θ大於450,則濃度分佈 須修正為:
2 2Q 1 H C x, o, H exp 2 z u z sin
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空氣污染物的衰減
放射性物質的衰減可依一階衰減率定律表示當放射性物質 的衰減量為原來質量的一半,其所經歷的時間稱為半衰期 (half-life)
20
模式的限制
1. 模式假設煙柱為穩定狀態,如果氣流隨時間的變化量極大 ( 如風向及風速 ),則公式並不適用。 2. 公式中考慮了「鏡像法」,但當污染物接觸地面時,地表 土壤、植物及建築物等能吸收部份的空氣污染物,亦會阻 礙反射作用,另外污染物中的粒狀物質會發生沉降作用, 因此模式的正確性受到限制。 3. 擴散模式中並未考慮空氣污染物的衰減。先前一次衰減率 定律對碳氫化合物及氮氧化物等無法用一次微分方程加以 說明。此外,模式中亦未考慮到其他污染物的生成。 4. 雖然擴散係數的求取過程考慮了氣象因素,然而忽略了溫 度對擴散係數的影響或其他諸如污染物本身的物理及化學 特性等。同時模式亦未考慮地形對濃度擴散的效應。
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固定盒模式(Fixed-Box Model)
模式的假設有: 1. 城市為四方形,其中 x 軸方位平行風向。 2. 大氣擾動所造成空氣污染物的混合,完全發生於混 合層高 H 以下,而 H 以上則沒有混合。 3. 使得盒中污染物的濃度呈現均一。 4. x 軸方向的風速定值,不因時間、高程、及地點等 而變。 5. 城市上風處的背景濃度為固定值 b。 6. 城市空氣污染物的溢散率為 Q。 7. 沒有污染物自盒的頂面或平行風向的平面進出。 8. 污染物在大氣中沒有衰減或產生的現象。
vs h d u
1.4

大气污染物扩散模式

大气污染物扩散模式

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 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,按 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。
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(x,y,z); 2、以实源为原点;3、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 ( z-H )。不考虑地面的影响,实源在 P 点形成的污染物浓度 为:
扩散参数的确定-P-G曲线法
P-G曲线的应用

利用扩散曲线确定 y 和 z
扩散参数的确定-P-G曲线法
P-G曲线的应用

地面最大浓度估算
由 H 和 z |x x
H z 2
cmax
由 z ~ x 曲线(图4-5)反查出 xcmax 由 y ~ x 曲线(图4-4)查 y 由式(4-10)求出Cmax
该法的要点: 首先根据帕斯奎尔划分大气稳定度的方法来确定大气稳定度 级别;然后从图4-4和图4-5中查得(或表4-4用内插法求出) 对应的扩散参数σy和σz;最后将σy、σz代入前面介绍的一系 列扩散模式中,就可估计出各种情况下的浓度值。
扩散参数的确定-P-G曲线法
P-G曲线的应用

根据常规资料确定稳定度级别
则 y k z
上式变为:


Q
2 uk z
exp(
H2
2 2 z
)
A
2 z
exp(
H2
2 2 z
)
1 ’ H2 1 H 2 ‘ =A( ) 2( exp( )) 2 ) exp( 2 2 2 z z 2 z z 1 ’ H2 1 H2 H2 1 ’ =A( ) 2 exp( )( ) ( 2 ) 2 ) exp( 2 2 2 2 z z 2 z 2 z z z

空气污染学--高斯扩散基本公式 ppt课件

空气污染学--高斯扩散基本公式  ppt课件
[erf ( L0 y L0 y ) erf ( )] ppt课件 2 y 2 y
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二 面源扩散公式

在水平方向呈面块状散布的污染物排放源, 称面源。如散布 很集中而高度低、源强小的居民区污染源,可视为面源。 面源扩散公式,原则上可由点源扩散公式沿x和y方向积分 而得。


假设面源源强为 Q A x , y m g / m 2 s ,自整个上风方的半
ppt课件 27
此时,我们要在上游方向确定出虚拟点源的位置。 即在这一点上,使虚拟点源的扩散参数恰等于该面 源的初始扩散参数 y z 。 这样,可得高架源 0 0 地面浓度为
1 QA y2 q x , y , 0; H exp u y y0 z 2 y 4.3 y
y
0
y0 a 4 .3 2 .15
29
ppt课件
于是上式变成:
2 2 QA y H A q x, y ,0; H A exp exp 2 2 a 2 a z u y z 2 y 4 .3 4 .3
总贡献:
源强
有效源高
Q y2 ( z H )2 ( z H )2 q( x, y, z;H ) exp( 2 ) {exp[ ] exp[ ]} 2 2 2 y 2 z 2 z 2 u y z
平均风速
扩散参数
ppt课件 9
烟流有效源高:H=hs+△h
hs:烟囱高度和 △h:烟流抬升高度
要求定出公式中初始扩散幅
y0 , z0
z0
H 2.15
若面源高度不相等,需再加 z 0项。同理可取

大气污染物扩散模式ppt课件

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高斯分散方式
高斯分散方式的坐标系
二、无界空间延续点源分散方式
c(x,y,z)2πu qyzexp[(2y 2y 22z2z2)]
ū — 平均风速,m/s; q—源强, g/s; σy—侧向分散参数,污染物在y方向分布的规范偏向,m; σz—竖向分散参数,污染物在z方向分布的规范偏向,m;
三、高架延续点源分散方式 高架源须思索到地面对分散的影
丘陵山区的乡村或城市,同工业区
取样时间大于0.5h, 不变,
例:某冶炼厂烟囱高150m,烟气抬升高度75m, SO2排放量1000g/s 。估算风速3m/s,大气稳定度 C级时地面最大浓度是多少?发生在什么位置? 〔分别用P-G法和国家规范方法计算〕 第一步:确定出现地面最大浓度的Z向分散参数。
第二步:确定出现地面最大浓度的下风向间隔。
我国在修订P-T法根底上产生了国家规范法(GB/T 13201-91)。
该方法的技术道路是:根据时间、地理位置确定日倾角、 太阳高度角,利用天气条件确定辐射等级,然后利用辐射 等级和风速确定大气稳定度,最后查分散参数幂函数表, 确定分散参数。
太阳高度角 云量
〔式4-29,地理纬度,倾角〕
辐射等级
稳定度
分散参数确实定-P-G曲线法
P-G曲线的运用 利用分散曲线确定 和y z
分散参数确实定-P-G曲线法
P-G曲线的运用
地面最大浓度估算
由H
和 H
| 2 z xxcmax
z
由z ~x 曲线(图4-5)反查出xcmax
由y ~x 曲线(图4-4)查y
由式(4-10)求出Cmax
分散参数确实定-中国国家规范规定的方法
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。 在实践计算中,不稳定条件(A、B稳定度),ΔH 需添加10%~20%; 稳定条件(D、E、F稳定度), ΔH 需减少10%~20%。

第五章 大气扩散参数 ppt课件

第五章 大气扩散参数 ppt课件


根据已知的有效源高H,由
z
x xm
H 2
式计算得到
z
x xm 值;
④ 在图3.10(b)中相应稳定度扩散级别的P—G扩散曲线上,由
x=xm的值读出相应的 y 值;
⑤ 将所得的 y , z 及已知的源强、平均风速和有效源高代人

qm
2Q
euH2
z y
式,便可估算该气象状况下的地面最大浓度
三 扩散曲线法的完善
(1)风向脉动标准差(EPA,1990)
对不稳定类A, B, C, 随风速增加向 中性类移;
对稳定类E, F, 随 风速增加向中性 类移;
以风速做细致调整,观测数据在粗糙度z0=15cm, 10m高度处测量得到。采样时间为15min。
如果风向发生转折,为了尽量减小风向转折的影响, 应该将长时间段分成小段进行计算,例如将60min的 时间划分为15min一段,最终小时量值:
4N n n)(2
n)u 2
• ( w2 u2
)1 n
最早,但有局限性
萨顿基于拉氏相关函数和泰勒公式导出(萨顿) 广义扩散参数; 他的功绩在于将大气扩散参数与 可测量的气象参量联系起来;
经验系数N , n , m 需要通过风速梯度观测才能确 定; 萨顿曾在平坦地形做了小尺度扩散观测实验, 直接利用这些数据计算高架连续点源的扩散浓度 将比实际观测值偏高。数理推导也不严密,应用 也很不方便。现今已经停用。
3 不同源高和不同下垫面的应用
P-G扩散曲线实验依据:平坦理想条件,大 量低矮源扩散试验。
就不同源高的应用,有两方面问题:一是 使用不同的稳定度判据划分稳定度类,不 同高度层有不同的频率分布;
另—是对于不同的源根据相应实验基础得 出的扩散曲线均有差异。
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第四章 大气污染物扩散模式
教学内容: 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.烟囱高度设计和厂址选择 重 点: 高斯扩散模式,污染物浓度的估算,烟囱高度的设计 教学目标: 通过本节的内容的学习,使学生达到如下要求:(1)掌握高斯 扩散模式理论(2)学会污染物浓度的估算(3)掌握烟囱高度的设计(4) 熟悉厂址选择的程序
高架连续点源扩散模式
地 面 浓 度 模 式 : 取 z= 0代 入 上 式 , 得
c(x, y,0,H
)
q π u y
z
exp(
y 2
2
2 y
)
e
x
p
(
H 2
2
2 z
)
地面轴线浓度模式:再取y=0代入上式
c(x,0,0,H) q
πuyz
exp(2H 2z2)
地面最大浓度模式:
考虑地面轴线浓度模式
c(x,0,0, H ) q exp( H 2 )
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105~106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
大气扩散的基本问题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,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:高斯在大量实测数据的基础上,应用湍流统计理
x*=0.33QH3/5Hs3/5u6/5
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
( 1 ) 当 Q H 2 1 0 0 k W 和 (Ts Ta ) 3 5 K 时
v t d 1 p 2 8 p g
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
u 平均风速 多年的风速资料
H 有效烟囱高度
y 、 z 扩散参数
1.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 H― ― 抬 升 高 度 烟气抬升
初始动量: 速度、内径 烟温度 ->浮力
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
当QH 21000kW时 x 10Hs x 10Hs
H=0.362QH1/3
x2/3
1
u
H=1.55QH1/3
H 2/3 s
1
u
当 QH21000kW 时
x3x*
H=0.362QH1/3x1/3u1
x3x*
H=0.332QH3/5Hs2/5
c(x,y,z,H ) q ex p [ (y2(zH )2)]
2 π uy z
2y 2 2z 2
实 际 浓 度
c ( x ,y ,z ,H ) 2 π u q yze x p ( 2 y 2 y 2 ) { e x p [ ( z 2 H y 2 ) 2 ] e x p [ ( z 2 H z 2 ) 2 ] }
q u c d y d z
c 未 知 数 : 浓 度 , 待 定 函 数 A ( x ) , 待 定 系 数 a ,b ( 2 1 2 )
积 分 , 可 以 解 出 四 个 未 知 数 : 得 到 高 斯 模 式
c ( x , y , z ) 2 π u q y z e x p [ ( 2 y 2 y 2 2 z 2 z 2 ) ]
烟气抬升高度的计算
抬升高度计算式
(1) Holland公式:适用于中性大气条件(稳定时 减小,不稳时增加10%~20%)
H v s u D ( 1 . 5 2 . 7 T s T s T a D ) u 1 ( 1 . 5 v s D 9 . 6 1 0 3 Q H ) ➢Holland公式比较保守,特别在烟囱高、热释放率比较强的情况下
πu y z
2
2 z
上 式 , x增 大 , 则 y 、 z增 大 , 第 一 项 减 小 , 第 二 项增大,必然在某x 处有最大值
高架连续点源扩散模式
地面最大浓度模式(续):

y
z
const (






dc(x,0,0,H ) 0
d z
由此求得
c m ax
2q π u H 2e
z y
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
c ( x , y , z ) A ( x ) e a y 2 e b z 2
方差的表达式
y 2 c d y
z2cdz
2 0
y
2 z
0
0c d y
0 cdz
由假定d 源强积分式
(单位时间物料守恒)
H
| z x x c m a x
2
地面源高斯模式(令H=0):
c(x,
y,z,0)
q
πuyz
exp[(2y2y2
2z2z2
)]
相当于无界源的2倍(镜像垂直于地面,源强加倍)
颗粒物扩散模式
粒径小于15μm的颗粒物可按气体扩散计算 大于15μm的颗粒物:倾斜烟流模式
c(x,y,0 ,H )2 (1 π u a y )q ze x p ( 2 y2 y 2)e x p [ (H 2 v tx z 2/u )2]
高斯烟流的浓度分布
高斯烟流中心线上的浓度分布
高架连续点源扩散模式
镜像全反射----, H z )
像源:
c ( x , y , z , H z )
实 源 的 贡 献
c(x,y,z,H)2πuqyzexp[(2y2y2(z2H y2)2)]
像 源 的 贡 献
论得到了正态分布假设下的扩散模式,即高斯模式,也是目 前应用较广的模式
第二节 高斯扩散模式
高斯模式的有关假定 坐标系 原点为高架点源排放点在地面的投影点,x轴正方向为平均风向,y为横 风 向,在水平面上垂直于x轴,z轴垂直于水平面xoy,向上为正向。 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)
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