第3章_气象与大气扩散02

σy 19.1 35.8 51.6 67.0 81.4 95.8 123
151
178 203
228
253
278 395
508
723
B
σz 10.7 20.5 30.2 40.5 51.2 62.8 84.6 109
133 157
181
207
233 363
493
777
σy 12.6 23.3 33.5 43.3 53.5 62.8 80.9 99.1 116 133
QH
0.35PaQv
T Ts
0.35978.4 250 140 20 24875kW 140 273
因为QH>21000kW，所以取城市近郊区的值 即n0=1.303, n1=1/3, n2=2/3
H
n0QHn1
H
n2 s
u 1 1.303 248751/3 1002/3 41
204.9m
32.6
38.1 43.3
48.8
54.5
60.5
86. 5
102
156
207
242
285
365
437
F
σz
2.33 4.19 5.58 6.98 8.37 9.77 12.1 14.0 15.8 17.2 19.1
20.5 21.9
27. 0
31.2
37.7 42.8 46.5 50.2 55.8 60.5
如果要求x=1.7km处的B稳定度级别σy值， (1.7-1.6)(263-228)/(1.8-1.6)+228=240.5m x=1.7km处的B稳定度级别σz值， (1.7-1.6)(207-181)/(1.8-1.6)+181=194m
z γ<0
2
2 z
2
vi x H u
vi
d
2 pi
p
g
18
式中：αi vi dpi
ρp µ
g
颗粒物的地面反射系数，按表4-1查取；
颗粒的重力沉降速度，m/s； 颗粒直径，m； 颗粒密度，kg/m3； 空气粘度，Pa.s； 重力加速度，m/s2。
地面连续点源扩散模式
例题 某污染源排放的SO2的量为100g/s，有效源高为 90m，烟囱出口处平均风速为5m/s。在当时的气象条 件下，正下风方向1000处的σy=65.6m，σz=32.1m， 试求正下风方向1000处SO2的地面浓度。
b. 在全部空间中风速是均匀的，稳定的；
c. 源强是连续均匀的；
d. 在扩散过程中污染物质的质量是守恒的。
高斯扩散模式
➢无界空间连续点源扩散模式
( x,
y,
z)
Q
2u y z
exp
y2
2
2 y
z2
2
2 z
式中：
σy、σz
污染物在y、z方向分布的标准差，m；
ρ
任一点处污染物的浓度，g/m3；
风速梯度和地面粗糙度
第五节 大气扩散模式及污染物浓度估算方法
一、 湍流扩散的基本理论 ➢湍流统计理论简介
平均风
泰勒(G.I.Tayler)
y
y
变动速度v
微粒
σy
O
t=T O
微粒的轨迹
浓度
时间t或距离x
烟的平均形状
图3-5 由湍流引起的扩散
第五节 大气扩散模式及污染物浓度估算方法 二、 高斯扩散模式
u
平均风速，m/s；
Q
源强，g/s。
z-H
H
z
z+H
高斯扩散模式
➢高架连续点源扩散模式
P x
图3-17 高架连续点源高斯模式推导示意图
P点的污染物浓度是两部分贡献之和：一部分是不存在地面时P点 所具有的污染物浓度；另一部分是由于地面反射作用所增加的污染 物浓度。这相当于不存在地面时由位置在(0,0,H)的实源和在(0,0,-H) 的像源在P点所造成的污染物浓度之和(H为有效源高)。
解：
( x,0,0,
H)
Q
u y z
exp
H2
2
2 z
3.14
100 5 65.6
32.1
exp
902 2 32.12
5.93105 g / m3
第五节 大气扩散模式及污染物浓度估算方法
三、 扩散参数σy和σz的确定 (x,0,0, H )
（一）P－G扩散曲线法
Q
u y z
exp
H2
2
2 z
帕斯奎尔（Pasquill）
吉福德（Gifford）
1. 根据常规气象资料确定稳定度级别
表3-2 稳定度级别划分表
地面风速u10 白天太阳辐射 阴天的白
有云的夜晚
/m.s-1
强 中 弱 天或夜间 薄云遮天或低云≥5/10 云量≤4/10
<2
A A-B B
D
2-3
A-B B C
D
E
F
3-5
B B-C C
D
D
E
5-6
C C-D D
D
D
D
>6
CDD
D
D
D
注：地面风速系指距地面10m高度处平均风速。
三、 扩散参数σy和σz的确定
2. 利用扩散曲线 确定σy和σz
三、 扩散参数σy和σz的确定
2. 利用扩散曲线 确定σy和σz
三、 扩散参数σy和σz的确定
帕斯奎尔曲线的σy和σz值
稳标
距 离 x/km
二、 烟气抬升高度的计算
➢烟气抬升高度计算公式 （2）布里格斯(Briggs)公式：适用不稳定及中性大气条件
① 当QH>20920kJ/s：
x<10Hs x>10Hs
H 0.362 QH1/3 x2/3 u 1
H
1.55QH1/
3
H
2 s
/
3
u 1
② 当QH<20920kJ/s：
x<3x* x>3x*
则有效源高 H=Hs+∆H=100+204.9=304.9m
第五节 大气扩散模式及污染物浓度估算方法 一、 湍流扩散的基本理论
➢湍流概念简介
大气的无规则运动称为大气湍流，风速的脉动 （或涨落）和风向的摆动都是湍流作用的结果。
热力湍流： 垂直方向温度分布不均匀
大气稳定度
机械湍流： 垂直方向风速分布不均匀和地面粗糙度
z
exp
y2
2
2 y
exp
H2
2
2 z
2. 地面轴线浓度模式：
( x,0,0,
H)
Q
u y
z
exp
H2
2
2 z
3. 地面最大浓度(即地面轴线最大浓度)模式：
max
2Q
uH Biblioteka Baidue
z y
H2 z xxmax
地面连续点源扩散模式
高架连续点源扩散模式
( x,
y,
z,
H)
Q
2u
y
z
exp
➢高斯(Gauss)模式的有关假定
（1）坐标系 z
x
y o
(x,0,0)
(x,-y,z)
(x,-y,0)
图3-16 高斯模式的坐标系
第五节 大气扩散模式及污染物浓度估算方法 二、 高斯扩散模式
➢高斯(Gauss)模式的有关假定
（2）四个假设条件
a. 污染物浓度在y, z轴上的分布符合高斯分布（正态 分布）；
高斯扩散模式
➢高架连续点源扩散模式
实源 H
H 虚源
有效源高 H=Hs+△H
P(x,y,z) Z-H
Z+H
Z
反射区
高架连续点源扩散模式
实源的贡献：由于坐标原点原选在地面上，现移到源高为H处， 相当于原点上移H，即z在新坐标系中为（z-H）,不考虑地面的影 响，则：
1
Q
2u y z
exp
y2
2
➢烟气抬升高度计算公式
（1） Holland公式：适用于中性大气条件
H
vs D u
1.5
2.7
T Ts
D
1 u
1.5vs D 9.6103QH
QH
0.35PaQv
T Ts
D: 烟囱出口内径，m; QH: 烟气的热释放率，kW Pa: 大气压力，hPa
用于非中性大气条件时作如下修正： 不稳定条件，烟气抬升高度增加10%-20%；稳定条件，减少10%-20%
2 y
(z H)2
2
2 z
像源的贡献：
2
Q
2u y z
exp
y2
2
2 y
(z H)2
2
2 z
( x,
y,
z,
H
)
Q
2u
y
z
exp
y2
2
2 y
exp
(z H
2
2 z
)2
exp
(z H
2
2 z
)2
高架连续点源扩散模式
1. 地面浓度模式：
( x,
y,0,
H
)
Q
u y
H
n0QHn1
H
n2 s
u 1
n0、n1、n2: 系数，按表3-8选取。
QH/kW QH≥21000kW
表3-8 系数n0、n1、n2的值
地表状况(平原)
n0
农村或城市远郊区
1.427
城市及近郊区
1.303
2100≤QH<21000kW 且∆T≥35K
农村或城市远郊区 城市及近郊区
0.332 0.292
烟温高于周围气温而产生的浮力
烟温与周围大气的温差
烟气抬升高度 △H=Hm + Ht 烟囱的有效高度
H Hs H
Hs ――烟囱几何高度 H ――抬升高度
第四节 烟囱的有效高度 二、 烟气抬升高度的计算
➢烟气抬升高度的影响因素
浮升阶段
瓦解阶段
变平阶段
喷
出
ΔH
阶
段
Hs 图 烟气抬升与扩散
二、 烟气抬升高度的计算
y2
2
2 y
exp
(z H)2
2
2 z
exp
(z H
2
2 z
)2
令H=0
( x,
y,
z,0)
Q
u y z
exp
y2
2
2 y
z2
2
2 z
地面连续点源扩散模式
颗粒物扩散模式
(x, y,0, H )
i
(1 i )Qi 2u y z
exp
y2
2
2 y
exp
H
vi x / u
109
121 173
221
315
405
488
569
729
884
D
σz
4.65 8.37
12.1
15.3
18.1
20.9
27.0
32.1
37.2 41.9
47.0
52.1
56.7
79. 1
100
140
177
212
244
307
372
σy 6.05 11.6 16.7 21.4 26.5 31.2 40.0 48.8 57.7 65.6 73.5 82.3 85.6 129
H 0.362 QH1/3 x1/3 u 1
H
0.332
QH3 /
5
H
2 s
/
5
u
1
x*
0.33QH2 / 5
H
3 s
/
5
u
6 / 5
二、 烟气抬升高度的计算
➢烟气抬升高度计算公式
（3）我国“制订地方排放标准的技术方法”(GB/T1320191)中的公式
① 当QH≥2100kW和∆T≥35K时：
定准
度 差 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 3.0 4.0 6.0 8.0 10 12 16 20
σy 27.0 49.8 71.6 92.1 112 132 170 207 243 278 313 A
σz 14.0 29.3 47.4 72.1 105 153 279 456 674 930 1230
0.00983/8
dTa/dz为排放源高度以上气温直减率，取值不得 小于0.01K/m。
二、 烟气抬升高度的计算
例题 某城市火电厂烟囱高度100m，出口内径5m。出 口烟气流速12.7m/s，温度140℃，流量250m3/s。烟囱 出口处平均风速4m/s，大气温度20℃，当地气压 978.4hPa，试确定烟气抬升高度及有效源高。
解： (1) 利用Holland公式：
H
vs D u
1.5
2.7
Ts Ta Ts
D
12.7 5 4
1.5
2.7 140 20 140 273
5
86.1m
则有效源高
H=Hs+∆H=100+86.1=186.1m
二、 烟气抬升高度的计算
(2) 利用国家标准HJ/T2.2-93中规定的方法：
)
0.048(QH u
1700)
H 2
0.332 QH3/5
H
2 s
/
5
u 1
二、 烟气抬升高度的计算
➢烟气抬升高度计算公式
③ 当QH≤1700kW或∆T<35K时：
H 2(1.5vsD 0.01QH ) u
④ 当10m高处的年平均风速小于或等于1.5m/s时：
H
5.5QH1/
4
dTa dz
166
237
306
366
427
544
659
E
σz
3.72 6.05 8.84 10.7 13.0 14.9 18.6 21.4 24.7 27.0 29.3
31.6 33.5
41. 9
48.6
60.9 70.7 79.1 87.4
100
111
σy
4.19 7.91
10.7
14.4
17.7
20.5
26.5
第三章 气象与大气扩散
1.大气圈结构及气象要素 2.大气稳定度及其分类 3. 大气污染与气象 4. 烟囱的有效高度 5. 大气扩散模式与污染物浓度的计算 6. 烟囱高度的设计与厂址的选择
第四节 烟囱的有效高度
一、 烟气抬升的原因
动力抬升（Hm）
烟气出口的烟气具有初动量
烟气出口的流速和烟囱的内径
热力抬升（Ht）
u u1( Z )m Z1
n1
n2
1/3
2/3
1/3
2/3
3/5
2/5
3/5
2/5
二、 烟气抬升高度的计算
➢烟气抬升高度计算公式
（3）我国“制订地方排放标准的技术方法”(GB/T1320191)中的公式
② 当1700kW<QH<2100kW时：
H
H1
H2
H1
QH
1700 400
H1
2(1.5vsD 0.01QH u
149
166
182 269
335
474
603
735
C
σz 7.44 14.0 20.5 26.5 32.6 38.6 50.7 61.4 73.0 83.7 95.3
107
116 167
219
316
409
498
σy 8.37 15.3 21.9 28.8 35.3 40.9 53.5 65.6 76.7 87.9 98.6