气体扩散浓度计算模型介绍.ppt
合集下载
大气污染扩散及浓度估算模式概述(PPT 49张)
第三节 扩散参数的估计
上述高斯扩散中，欲计算出大气污染物浓度及其分
布，则必须知道源强Q、平均风速U，有效源高H和 大气扩散参数σy和σz。其中Q和U往往是通过测量或 由工程设计给出，于是问题归结于如何给出有效源 高和大气扩散参数。下面我们首先讨论扩散参数的 估算方法。 扩散参数（σy、σz）是下风向距离x，大气稳定度、 地面粗糙度等的函数。目前广泛使用的确定扩散参 数的方法是根据大量扩散试验总结出来的经验方法 和经验公式。
的基本模式。需要说明的是模式中的H是指 有效源高，有关有效源高的问题将在下面进 行专门讨论。式中平均风速是指烟云扩散范 围内的平均风速，通常可简单地取排放面高 度处的风速。
三、几个常用的大气扩散模式
1．高架连续点源： （a）地面浓度C（x、y、、o、o、H）：
练习题
1、求以下污染气体的浓度单位换算关系（mg/m3ppm)在
标准状态下：CO、O3、NO2、NO。 2 大气中CO2的通量浓度为340ppm,问1Nm3空气中含CO2多 少克？ 2、成人每次吸入的空气质量平均为500cm3,j假若每分钟呼 吸15次，空气中颗粒物的浓度为200µg/m3，试计算每小时 沉积于肺胞中的颗粒屋质量。已知该颗粒物在肺胞中的 沉降 系数为0.12。 4、据估计某平原城市远郊区燃烧的垃圾以每秒3克的速度向 四周排放氢氧化物为主的的污染物。当时气象状况为：风速 7m/s，夜间、阴天。请问此垃圾堆正下风向3km处的污染物 浓度是多少？此距离上偏离X轴线200m处浓度是多少？
一个烟团在大小不同的湍涡中的扩散情况。
（c）表示尺度与烟团大 小相仿的湍流作用。这时， 烟团被湍涡拉开撕裂而变形。 这是一种比较快的扩散过程。
从应用角度研究大气污染扩散，就是找出不同气象条件下， 污染物在大气中的搬运规律，以求最大限度地减低空气污染 的程度。利用这些规律可以解决下述一些问题：
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。
第四章大气扩散浓度估算 54页PPT文档
∵ 由查表或将式级数展开可得：
eay2 dy eay2 dy
0
0
2a
y 2eay2 dy 0
3
4a 2
3
代入②式： 2y
4a 2
1 2a
，a 1
22y
……………⑤；
2a
同理得：b
1
2z2
……………⑥
将①、⑤、⑥代入④中，得：
城区及近郊
1.303
1/3
2/3
21000>Qh ≥2100
农村或城市远郊区 0.332
3/5
2/5
且 ΔT≥35K
城区
0.292
3/5
2/5
当
Z2≤200m，u
u1(
Z2 Z1
)m
；
当
Z2>200m，u
u1(
200)m Z1
式中：u1-附近气象台（站）高度5 年平均风速，m/s；m-
。
Z1-附近气象台（站）高度5 年平均风速，m/s；Z2-烟囱出口处高度，m；
1）只考虑动力上升的烟羽抬升公式
a.勒普公式： 1.5Vsd
u
2）以热力抬升为主的公式
a.霍兰德(Holland)公式：
b.史密斯公式： dVus1.4
H
usD(1.52.7Ts Ta
u
Ts
D)
(1.5usD9.79106Qh)/ u
（1）实源作用：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，即原式⑧中的Z在新坐标系中为（Z-H）,不考 虑地面的影响，则：
《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。
大气污染扩散计算方法
二、有限长线源扩散模式
线源扩 散模型
(4)计祘源强 Ql 90 / 150 0.6( g / sm)
(5)计算浓度
A( y ) 2
p2
1 2
p1
exp(0.5 p )dp
2
0.918
1 2
0.918
exp(0.5 p 2 )dp
0.918
1 2
0
exp(0.5 p 2 )dp 2 * 0.3159
C
0.22x(1+0.0004x)-1/2
0.20x
D
0.16x(1+0.0004x)-1/2
0.14x(1+0.0003x)-1/2
E-F 0.11x(1+0.0004x)-1/2
0.08x(1+0.0015x)-1/2
六、实例计算
某火力发电厂的烟囱高度为50m,烟囱口直径1.5m,烟气出口速度 为:5m/s,烟气出口温度600K,SO2的排放率为270g/s,地面10m高的 风速为4.0m/s,太阳高度角>60度,气温为37C, 试计算下风侧地面x 轴线500m处SO2的浓度为多少？最大浓度？最大浓度位于何处？
……………………..(A)
三、高架点源高斯扩散模型
点源扩 散模型
地面浓度模式：取z＝0代入上式，得
y2 H2 c( x, y ,0, H ) exp( 2 ) exp( 2 ) 2 y 2 z πu y z q
…………..(B)
地面轴线浓度模式：再取y=0代入上式
H2 c( x,0,0, H ) exp( 2 ) 2 z πu y z q
m
u1 —Z1 高度处的平均风速（m/s） Z1—风速仪的高度； ；m—指数；
气体扩散浓度计算模型介绍
常见的泄露源: 常见的泄露源: 爆炸形成瞬时泄露——烟团 爆炸形成瞬时泄露 烟团
扩散过程研究
不同性质气体在不同条件下表现出不同 的特征 观察者对过程特征的选取
重气扩散过程
四个阶段 ★初始阶段：物质从容器泄漏出，形成气云后在本身的惯性力和外界风速的作用下，上升变形； 初始阶段： 初始阶段 物质从容器泄漏出，形成气云后在本身的惯性力和外界风速的作用下，上升变形； ★重力沉降阶段和空气卷吸阶段：当气云初始动量消失后，重力占主导地位。由于云团与周围空气 重力沉降阶段和空气卷吸阶段： 重力沉降阶段和空气卷吸阶段 当气云初始动量消失后，重力占主导地位。 间的密度差，导致重气塌陷，沿地表面拓展，引起云团厚度的降低和径向尺寸的增大， 间的密度差，导致重气塌陷，沿地表面拓展，引起云团厚度的降低和径向尺寸的增大，而在大气湍 流的作用下外界空气进入云团，即空气卷吸，云团被稀释， 流的作用下外界空气进入云团，即空气卷吸，云团被稀释，同时由于初始泄漏云团与周围环境的温 度差异而进行热量交换； 度差异而进行热量交换； ★非重气扩散转变：随着云团的稀释冲淡，重气效应逐渐消失，重气扩散转变为非重气扩散； 非重气扩散转变： 非重气扩散转变 随着云团的稀释冲淡，重气效应逐渐消失，重气扩散转变为非重气扩散； ★大气湍流扩散阶段(被动扩散)：即大气湍流对云团的扩散起支配作用。 大气湍流扩散阶段( 大气湍流扩散阶段 被动扩散) 即大气湍流对云团的扩散起支配作用。
气体扩散浓度计算模型介绍
华东理工大学 沈艳涛
2006.8.31
第一部分 扩散过程与模型分类介绍
相关背景——污染性泄露 污染性泄露 相关背景
大气污染性泄露的形式： 大气污染性泄露的形式：
– 自然方面：火山喷发的有害气体，某些物质自 自然方面：火山喷发的有害气体， 燃或在一定条件下产生的有毒气体， 燃或在一定条件下产生的有毒气体，环境微生 物产生的某些气体 – 日常生活方面：生活用煤产生的含氮硫氧气体 日常生活方面： – 石化燃料动力的交通车辆产生的尾气将在一定 气候下生成光化学雾 – 工业用气体的泄漏，特别是化学工业用到的大 工业用气体的泄漏， 量的有毒有害， 量的有毒有害，易燃易爆的气体 – 其他方面产生的一些气体及烟尘
大气污染控制工程课件大气扩散浓度估计模式
x＜10Hs △H=0.362 QH1/3x2/3u-1
x＞10Hs △H =1.55 QH1/3 Hs 2/3 u-1 当QH＜21000 kW时,
x＜3x* △H =0.362 QH1/3x1/3 u-1 x＞3x* △H =0.332 QH3/5Hs 2/5
x* = 0.33 QH2/5 Hs 5/3 u -6/5 x*：大气湍流特征距离 x＞x* 时， 大气湍流对烟 气抬升起主要作用。
2
Q
2 u y z
exp[( y2
2
2 y
(z H)2
2
2 z
)]
P点的实际污染物浓度应为实源和像源作用之和，即
ρ =ρ 1+ρ 2
(x, y, z, H)
Q
y2
(z H)2
(z H)2
exp[( ){exp[
] exp[
]}
2 u y z
2
2 y
H2
2
2 z
)
(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。
(x,0,0, H )
Q
u y z
exp(
H2
2
2 z
)
(3)地面最大浓度(地面轴线最大浓度)模式
σy和σz是(x距,0离,0x,的H函) 数，u而Q且y随z exx的p增(大2H而2z2增) 大。
高斯公式要求u≥1m/s, 当u＜1m/s时就不用高斯模 式而用其它模式处理。
变量 实际计算时风速如何取 ? 烟流抬升相对稳定后 整个烟云垂直范围内的平均风速。
六、高斯模式使用条件
x＞10Hs △H =1.55 QH1/3 Hs 2/3 u-1 当QH＜21000 kW时,
x＜3x* △H =0.362 QH1/3x1/3 u-1 x＞3x* △H =0.332 QH3/5Hs 2/5
x* = 0.33 QH2/5 Hs 5/3 u -6/5 x*：大气湍流特征距离 x＞x* 时， 大气湍流对烟 气抬升起主要作用。
2
Q
2 u y z
exp[( y2
2
2 y
(z H)2
2
2 z
)]
P点的实际污染物浓度应为实源和像源作用之和，即
ρ =ρ 1+ρ 2
(x, y, z, H)
Q
y2
(z H)2
(z H)2
exp[( ){exp[
] exp[
]}
2 u y z
2
2 y
H2
2
2 z
)
(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。
(x,0,0, H )
Q
u y z
exp(
H2
2
2 z
)
(3)地面最大浓度(地面轴线最大浓度)模式
σy和σz是(x距,0离,0x,的H函) 数，u而Q且y随z exx的p增(大2H而2z2增) 大。
高斯公式要求u≥1m/s, 当u＜1m/s时就不用高斯模 式而用其它模式处理。
变量 实际计算时风速如何取 ? 烟流抬升相对稳定后 整个烟云垂直范围内的平均风速。
六、高斯模式使用条件
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。
气体扩散浓度计算模型介绍ppt课件
24
模型验证情况
ⅡT Heavy Gas Models瞬时泄漏扩散模 型对Thorney Island Tests系列试验下风 向不同距离的泄漏物质最大浓度进行了模 拟验证，ⅡT Heavy Gas Models连续泄 漏扩散模型对Maplin Sands Tests系列试 验下风向不同距离的泄漏物质最大浓度进 行了模拟验证，两个试验的模拟结果都是 较好的，基本上反映了重气的扩散情形。
的密度差，导致重气塌陷，沿地表面拓展，引起云团厚度的降低和径向尺寸的增大，而在大气湍流的
作用下外界空气进入云团，即空气卷吸，云团被稀释，同时由于初始泄漏云团与周围环境的温度差异
而进行热量交换；
★非重气扩散转变：随着云团的稀释冲淡，重气效应逐渐消失，重气扩散转变为非重气扩散；
★大气湍流扩散阶段(被动扩散)：即大气湍流对云团的扩散起支配作用。
4
常见的泄露形式: 管道破损后的连续喷射——烟羽
5
常见的泄露源: 爆炸形成瞬时泄露——烟团
6
扩散过程研究
不同性质气体在不同条件下表现出不同 的特征
观察者对过程特征的选取
7
重气扩散过程
四个阶段
★初始阶段：物质从容器泄漏出，形成气云后在本身的惯性力和外界风速的作用下，上升变形；
★重力沉降阶段和空气卷吸阶段：当气云初始动量消失后，重力占主导地位。由于云团与周围空气间
11
气体泄漏扩散研究方法
试验法
风洞实验法
试验法
模型法
试验数据
问题特点
比例
验证
模型
特征提取与模化
风洞实验
12
气体扩散浓度计算模型分类
重气泄漏扩散的数值模拟方法依据各自的 建模原理以及复杂程度可分为五类 :
模型验证情况
ⅡT Heavy Gas Models瞬时泄漏扩散模 型对Thorney Island Tests系列试验下风 向不同距离的泄漏物质最大浓度进行了模 拟验证，ⅡT Heavy Gas Models连续泄 漏扩散模型对Maplin Sands Tests系列试 验下风向不同距离的泄漏物质最大浓度进 行了模拟验证，两个试验的模拟结果都是 较好的，基本上反映了重气的扩散情形。
的密度差，导致重气塌陷，沿地表面拓展，引起云团厚度的降低和径向尺寸的增大，而在大气湍流的
作用下外界空气进入云团，即空气卷吸，云团被稀释，同时由于初始泄漏云团与周围环境的温度差异
而进行热量交换；
★非重气扩散转变：随着云团的稀释冲淡，重气效应逐渐消失，重气扩散转变为非重气扩散；
★大气湍流扩散阶段(被动扩散)：即大气湍流对云团的扩散起支配作用。
4
常见的泄露形式: 管道破损后的连续喷射——烟羽
5
常见的泄露源: 爆炸形成瞬时泄露——烟团
6
扩散过程研究
不同性质气体在不同条件下表现出不同 的特征
观察者对过程特征的选取
7
重气扩散过程
四个阶段
★初始阶段：物质从容器泄漏出，形成气云后在本身的惯性力和外界风速的作用下，上升变形；
★重力沉降阶段和空气卷吸阶段：当气云初始动量消失后，重力占主导地位。由于云团与周围空气间
11
气体泄漏扩散研究方法
试验法
风洞实验法
试验法
模型法
试验数据
问题特点
比例
验证
模型
特征提取与模化
风洞实验
12
气体扩散浓度计算模型分类
重气泄漏扩散的数值模拟方法依据各自的 建模原理以及复杂程度可分为五类 :
空气污染学-第四章-高斯扩散基本公式ppt课件.ppt
26
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 y0 z0 。 这样，可得高架源
地面浓度为
qx, y,0; H
QA
u y y0
z
exp
Байду номын сангаас
1
2
y2
y y0
2
exp
1 2
H
2 A
2 z
27
在应用上式时,常采用经验方法给出初始扩散参
Q
1 y2 z2
q(x,
y,
z)
2 u y z
exp[(
2
(
2 y
2 z
)]
4
物理意义
Q：源强，点、面、线、体源，影响直接、明显，影响大
大气稀释因子：
q(x, y, z) 1
u y z
代表了不同气象条件和地形条件下物质散布的程度及其随空 间距离的变化
正态分布形式项：在正态分布情况下，分布形式的影响不 敏感
连续线源等价于连续点源沿着线源长度范围的积 分，其浓度场是线上无数点源浓度贡献之和
视线源为无
数点源组成
18
对于直线型的线源，可直接积分求出；对于很不 规则的线源，只能用数值求和的方法解决
点源计算一般取x轴与风向一致，线源计算时需考 虑风向与其交角以及线源的长度
19
1 无限长线源
➢ 风向与其正交
16
（2） 若 y与 z之比是变化的
xm [ c2
H
]1/ g
1 p
g
1
(
p
(
)
1 2
p 2g
)
qm
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 y0 z0 。 这样，可得高架源
地面浓度为
qx, y,0; H
QA
u y y0
z
exp
Байду номын сангаас
1
2
y2
y y0
2
exp
1 2
H
2 A
2 z
27
在应用上式时,常采用经验方法给出初始扩散参
Q
1 y2 z2
q(x,
y,
z)
2 u y z
exp[(
2
(
2 y
2 z
)]
4
物理意义
Q：源强，点、面、线、体源，影响直接、明显，影响大
大气稀释因子：
q(x, y, z) 1
u y z
代表了不同气象条件和地形条件下物质散布的程度及其随空 间距离的变化
正态分布形式项：在正态分布情况下，分布形式的影响不 敏感
连续线源等价于连续点源沿着线源长度范围的积 分，其浓度场是线上无数点源浓度贡献之和
视线源为无
数点源组成
18
对于直线型的线源，可直接积分求出；对于很不 规则的线源，只能用数值求和的方法解决
点源计算一般取x轴与风向一致，线源计算时需考 虑风向与其交角以及线源的长度
19
1 无限长线源
➢ 风向与其正交
16
（2） 若 y与 z之比是变化的
xm [ c2
H
]1/ g
1 p
g
1
(
p
(
)
1 2
p 2g
)
qm
空气污染学高斯扩散基本公式课件
05
高斯扩散模型与其他模型的 比较
与其它空气质量模型的比较
模型选择依据
高斯扩散模型在空气污染学中应用广泛，选择该模型主要基 于其简单易懂、易于计算的特点。与其它复杂的空气质量模 型相比，高斯扩散模型能够提供快速且准确的污染物浓度预测。
适用范围
高斯扩散模型适用于中低强度、平稳气象条件下的污染物扩 散。对于强风、湍流等复杂气象条件，可能需要更复杂的模型。
由于气象条件在空间和时间上都 是变化的，因此使用高斯扩散模 型计算出的结果与实际结果存在
误差。
湍流的影响
由于模型假设大气流动为层流，忽 略了湍流的影响，这也会导致计算 结果与实际结果存在误差。
障碍物的影响
由于模型中假设下风向没有障碍物， 而实际情况中下风向往往存在障碍 物，这也会导致计算结果与实际结 果存在误差。
公式的应用场景
01
02
03
点源污染
适用于单个污染源产生的 污染物扩散情况，如烟囱 排放。
线源污染
适用于较长线状污染源产 生的污染物扩散情况，如 道路交通排放。
面源污染
适用于较大面积的污染源 产生的污染物扩散情况， 如农田施肥。
03
高斯扩散模型的应用实例
实例一：城市空气质量预测
总结词
利用高斯扩散模型预测城市空气质量，需要考虑气象 条件、地形地貌、污染物排放等多种因素。
详细描述
在城市环境中，由于建筑物密集、气象条件复杂，污染 物在大气中的扩散受到多种因素的影响。高斯扩散模型 能够综合考虑这些因素，对城市空气质量进行较为准确 的预测。例如，在预测PM2.5浓度时，需要考虑风向、 风速、温度、湿度等气象条件，以及地形地貌特征，如 山脉、河流等对气流的影响。同时，还需要考虑城市中 不同功能区的污染物排放情况，如工业区、商业区、居 民区的排放差异。
大气浓度扩散估算模式课件
排污许可证管理
03
依据核定的排放总量，发放排污许可证，对排污单位实施许可
管理，确保污染物排放符合总量控制要求。
空气质量预报与预警
气象资料分析
收集历史气象资料，分析气象要素与污染物扩散的关系，建立气 象条件数据库。
模式预测
利用大气浓度扩散估算模式，结合实时的气象数据，对未来一定 时间内的空气质量进行预测。
THANKS
感谢观看
模型建立
结合工业园区内的生产工艺、排放源强、地形地貌等信息，构建污染物扩散模型，考虑 气象条件、地形和局地小气候等因素对污染物扩散的影响。
结果分析
分析不同排放情景下，园区周边环境中的污染物浓度分布，评估园区对周边环境的污染 影响程度，为工业园区的规划和管理提供科学依据。
大气污染联防联控模拟案例
案例概述
应用
用于模拟和分析湍流状态下的大气污染物扩散过程，有助于更好地理 解污染物的扩散机制。
污染物扩散模型
定义
污染物扩散模型是用来模拟和预测污染物在大气中扩散的数学模型。
原理
通过建立数学方程来描述污染物的扩散过程，利用数值方法求解方 程，得到污染物浓度的空间分布和时间变化。
应用
广泛应用于大气污染防治、环境影响评价和城市规划等领域，为决 策者提供科学依据。
扩散和传输过程。
未来展望
随着科技的不断进步和应用需求 的提高，大气浓度扩散估算模式 将继续发展，考虑更多的影响因 素和复杂条件，提高模拟精度和
实用性。
02
大气浓度扩散估算模式的理论基 础
大气对流扩散理论
定义
应用
大气对流扩散理论是研究在大气流动 过程中，污染物如何在大气中传播、 扩散和稀释的理论。
高斯扩散模型PPT课件
高斯模式是一类简单实用的大气扩散模式。在均 匀、定常的湍流大气中污染物浓度满足正态分布， 由此可导出一系列高斯型扩散公式。
1
（一） 高斯模式的坐标系
右手坐标系 （食指—x轴；中指—y轴；拇指—z轴），
原点：为无界点源或地面源的排放点，或 者高架源排放点在地面上的投影点；x为 主风向；y为横风向；z为垂直向
8
地面浓度模式：取z＝0代入上式，得
c
q
πu y
z
exp(
y2
2
2 y
) exp(
H2
2
2 z
)
分别将x=500m，y=50m，Q=90mg/s， u=5m/s，δy＝18.1m，δz＝35.3m， He=60m 代入公式，得到所求浓度为
4.643×10-5mg/m3.
)]
6
相当于无界源的2倍（镜像垂直于地面，源强加倍）
2020/1/1
7
例题：
1、设有某污染源由烟囱排入大气的SO2 源强为90mg/s，有效源高为60m，烟囱 出口处平均风速为5m/s，当时气象条件 下，正下风向500m 处的δy＝18.1m， δz＝35.3m，计算x=500m，y=50m 处 的SO2 浓度。
有界大气扩散：高架源须考虑到地面对扩散的影响。
按全反射原理，可用 “像源法”处理
4
（1）实源贡献：P点在以像源为原点的坐标系中的
实源的垂贡直献坐标为（z-H）
q
y2 (z H )2
c( x,
y, zC, H实)
2πu
y z
exp[(
2
2 y
2
2 y
)]
源的（贡c垂2(）x献直,虚坐y,源z标C,贡虚H为献)（：z2+PπH点u）q在y以z像ex源p[为(原2y点2y2的坐( z标2系Hz2中)2的)]
1
（一） 高斯模式的坐标系
右手坐标系 （食指—x轴；中指—y轴；拇指—z轴），
原点：为无界点源或地面源的排放点，或 者高架源排放点在地面上的投影点；x为 主风向；y为横风向；z为垂直向
8
地面浓度模式：取z＝0代入上式，得
c
q
πu y
z
exp(
y2
2
2 y
) exp(
H2
2
2 z
)
分别将x=500m，y=50m，Q=90mg/s， u=5m/s，δy＝18.1m，δz＝35.3m， He=60m 代入公式，得到所求浓度为
4.643×10-5mg/m3.
)]
6
相当于无界源的2倍（镜像垂直于地面，源强加倍）
2020/1/1
7
例题：
1、设有某污染源由烟囱排入大气的SO2 源强为90mg/s，有效源高为60m，烟囱 出口处平均风速为5m/s，当时气象条件 下，正下风向500m 处的δy＝18.1m， δz＝35.3m，计算x=500m，y=50m 处 的SO2 浓度。
有界大气扩散：高架源须考虑到地面对扩散的影响。
按全反射原理，可用 “像源法”处理
4
（1）实源贡献：P点在以像源为原点的坐标系中的
实源的垂贡直献坐标为（z-H）
q
y2 (z H )2
c( x,
y, zC, H实)
2πu
y z
exp[(
2
2 y
2
2 y
)]
源的（贡c垂2(）x献直,虚坐y,源z标C,贡虚H为献)（：z2+PπH点u）q在y以z像ex源p[为(原2y点2y2的坐( z标2系Hz2中)2的)]
新版扩散系数计算课件.doc
-9
251.348×10
-992.1甘油200.825×10
-975.1甘氨酸251.055×10
辛酸钠258.75×10-10166.2
牛血清清蛋白256.81×10-1167500
-11
-11
尿素酶254.01×10
203.46×10
482700
-11361800大豆蛋白202.91×10
-1197400脂（肪）氧合酶205.29×10
用同一符号Ｄ表示，即DABDBAD。
表７－１给出了某些二元气体在常压下（
5
1.01310Pa）的扩散系数。
对于二元气体扩散系数的估算，通常用较简单的由富勒（Fuller）等提出的公式：
D
1.75
0.0101T
11
MM
AB
1/31/32
P[(v)(v)]
AB
（７－１９）
式中，D－Ａ、B二元气体的扩散系数，
7.2.2扩散系数
费克定律中的扩散系数Ｄ代表单位浓度梯度下的扩散通量，它表达某个组分在介质中扩
散的快慢，是物质的一种传递性质。
一、气体中的扩散系数
气体中的扩散系数与系统、温度和压力有关，其量级为
52
10m/s。通常对于二元气体
Ａ、B的相互扩散，Ａ在B中的扩散系数和B在A中的扩散系数相等，因此可略去下标而
乙烷C2H6148.3甲醇CH40118氮气N289.8
丙烷C3H8203乙醇C2H60167.1一氧化氮NO57.7
正丁烷C4H10255正丙醇C3H80219二氧化氮NO2167.8
正己烷C6H14370异丙醇C3H80220氧化二氮N2O97.4
乙烯C2H4130.4丙酮C3H60209二氧化硫S02122.2
251.348×10
-992.1甘油200.825×10
-975.1甘氨酸251.055×10
辛酸钠258.75×10-10166.2
牛血清清蛋白256.81×10-1167500
-11
-11
尿素酶254.01×10
203.46×10
482700
-11361800大豆蛋白202.91×10
-1197400脂（肪）氧合酶205.29×10
用同一符号Ｄ表示，即DABDBAD。
表７－１给出了某些二元气体在常压下（
5
1.01310Pa）的扩散系数。
对于二元气体扩散系数的估算，通常用较简单的由富勒（Fuller）等提出的公式：
D
1.75
0.0101T
11
MM
AB
1/31/32
P[(v)(v)]
AB
（７－１９）
式中，D－Ａ、B二元气体的扩散系数，
7.2.2扩散系数
费克定律中的扩散系数Ｄ代表单位浓度梯度下的扩散通量，它表达某个组分在介质中扩
散的快慢，是物质的一种传递性质。
一、气体中的扩散系数
气体中的扩散系数与系统、温度和压力有关，其量级为
52
10m/s。通常对于二元气体
Ａ、B的相互扩散，Ａ在B中的扩散系数和B在A中的扩散系数相等，因此可略去下标而
乙烷C2H6148.3甲醇CH40118氮气N289.8
丙烷C3H8203乙醇C2H60167.1一氧化氮NO57.7
正丁烷C4H10255正丙醇C3H80219二氧化氮NO2167.8
正己烷C6H14370异丙醇C3H80220氧化二氮N2O97.4
乙烯C2H4130.4丙酮C3H60209二氧化硫S02122.2
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
箱模型实例（by Van Ulden，1970）
对于重气瞬时泄漏形成的云团，一般把箱模型看 作为一个圆柱形，如Van Ulden（1970年）提出 将重气烟团当作一个初始体积为V0，初始高度为 H0，初始半径为R0的圆柱形，高度和半径随时间 变化，与被动扩散的高斯模型相比，主要改进是 考虑到云团的重力沉降现象，即在重力作用下， 云团下沉，半径R增加，同时高度H减小。
水
0.0003
3150~ 8700 瞬时 沙土 0.005～0.018
4800
460 沙土 0.01
大气稳定等级
扩散最远距离 /m
试验时间
C~E 140～800
1982年
C~D 300～400
1983年
D~E 80 1985年
D 3000 1987年
D 460～650 1984年
D~F 500～800 1985年
模型特点与适用
该模型比较简单，属于经验模型，外 延性较差，可以用于确定工厂警戒线 处产生主要影响的基本物理因素。
德国的VDI模型也采用了与BM模型类 似的处理方法。
B&M模型表达式
C Cm 0 ＝fc（ V ucx0） 1 2 ， g0’ uV5 2c01 2
...........连 .. 续
箱模型其他研究情况介绍
Manju（1995）在总结以前学者的研究基础上， 开发了ⅡT Heavy Gas Models模型，可以用于 模拟重气瞬时泄漏扩散和连续泄漏扩散。
扩散模型包括了重力沉降、空气卷吸、云团受热 和向非重气云团过渡。
对扩散过程中的重力沉降系数、顶部卷吸系数和 侧面卷吸系数的取值进行了分析比较，提出了建 议取值，并提出利用云团密度与周围空气密度差 小于0.001Kg/m3来判断云团是否过渡为非重气 云团。
气体泄漏扩散研究方法
试验法
风洞实验法
试验法
模型法
试验数据
问题特点
比例
验证
模型
特征提取与模化
风洞实验
气体扩散浓度计算模型分类
重气泄漏扩散的数值模拟方法依据各自的 建模原理以及复杂程度可分为五类 :
– 第一类：唯像模型 – 第二类：箱及相似模型 – 第三类 浅层模式模型 – 第四类：三维模式模型 – 第五类 随机游走模式模型
浅层模式模型适用性
常用于非互溶的流体中
此类模型有：
SHALLOW（Webber等） TWODEE（Hankin和Britter） DISPLAY1, DISPLAY2（würtz等） 等等
第四类：三维模式模型
该模型采用计算流体力学（CFD）方法模 拟重气得到三维非定常态湍流流动过程。 这种数值方法是通过建立各种条件下的基 本守恒方程（包括质量、动量、能量及组 分等），结合一些初始条件和边界条件， 运用数值计算理论和方法，求解Navier－ Stokes方程，实现预报真实过程各种场的 分布。
DEGADIS模型是在HEGADAS模型基础上作的改 进，是美国海岸警卫队和气体研究院开发的。
相似模型特点与适用
箱及相似模型具有概念清晰、计算量 较小等优点，可为危险评价、应急救 援、制定控制措施等提供指导。但其 自身也存在着局限性，如假定速度和 浓度的相似分布，模拟的精度较差， 重气云团向非重气云团过渡也存在着 很大的不确定性。
PANWAR 和M. P. SINGH） CHARM、ELOE模型（Eidsvik） 等等
第三类 浅层模式模型
浅层模式模型，是对重气扩散的控制方程 加以简化来描述其物理过程，是对于三维 模式模型和简单箱模型的折衷。它是基于 浅层理论（浅水近似）推广得到的，模型 采用了厚度平均变量来描述流场特征，有 利于考虑复杂地形的重气扩散情况。
模型常使用的相关假定
(1)危险性气体初始泄漏时，其外形呈正圆柱形 ( H＝2R)或在某规则区域正态分布； (2)初始时刻云团内部的浓度、温度呈均匀分布； (3)扩散过程中不考虑云团内部温度的变化，忽略热
传递、热对流及热辐射； (4)泄漏气体是理想气体，遵守理想气体状态方程； (5)在水平方向，大气扩散系数呈各向同性； (6)整个扩散过程中风速的大小、方向保持不变； (7)地面对泄漏气体不吸收； (8)整个过程中不发生任何化学反应等。
已开发的相似模型简介
SAFER、TRACE模型 （在Kaiser和Walker提出模型的基础上开发的） CONSEQ、PHAST、WHAZAN、SAFETI模型 （在Cox和Carpenter提出模型的基础上开发的） DENZ、DRIFT、CIGALE 2、SLOPEFMI模型 （在Fryer和Kaiser提出模型的基础上开发的） HEGADAS、HEGABOX、HGSYSTEM模型（Colenbrander ⅡT HEAVY GAS MODELS模型（MANJU MOHAN , T. S.
验证试验
名称 项目
试验次数 试验介质 泄放形态
Burro
Coyote
Desert Tortoise
Goldfish
Maplin Sands
8
3
4
3
12
LNG
LNG
NH3
HF
LNG
沸点重气 沸点重气 二相重气 二相重气 沸点重气
Thorney island (瞬时)
9
氟里昂氮气
气体重气
Thorney island (连续)
气体扩散浓度计算模型介绍
华东理工大学 沈艳涛
2006.8.31
第一部分 扩散过程与模型分类介绍
相关背景——污染性泄露
大气污染性泄露的形式：
– 自然方面：火山喷发的有害气体，某些物质自 燃或在一定条件下产生的有毒气体，环境微生 物产生的某些气体
– 日常生活方面：生活用煤产生的含氮硫氧气体 – 石化燃料动力的交通车辆产生的尾气将在一定
模型验证情况
ⅡT Heavy Gas Models瞬时泄漏扩散模 型对Thorney Island Tests系列试验下风 向不同距离的泄漏物质最大浓度进行了模 拟验证，ⅡT Heavy Gas Models连续泄 漏扩散模型对Maplin Sands Tests系列试 验下风向不同距离的泄漏物质最大浓度进 行了模拟验证，两个试验的模拟结果都是 较好的，基本上反映了重气的扩散情形。
g0’－为初始的折算重力项，g0’＝g(ρ0-ρa)/ρa，ρ0，ρa分别 为初始气云密度和外界空气密度；
fc,fi－普遍化无因次函数。
第二类：箱及相似模型
箱模型和相似模型都是假定浓度、温 度等在任何下风向横截面均满足一个 简单分布，箱模型假定浓度、稳定等 在箱内是均匀分布的，其它区域为0； 而相似模型则假定模型内符合相似分 布（如高斯分布）等简单形状。
模型假定高为H、宽为2L的矩形截面，原先半径 和高度随时间变化的微分方程变成半宽和高度随 下风距离变化的方程，原先径向重力扩散速度变 成了侧向重力扩散速度。
箱模型：重性气云早期扩展
扩散的过程中还考虑到周边空气的卷吸。早期的 研究者在Van Ulden的重气云实验基础上，提出 空气由模型的顶部卷吸进来是占主导作用的，随 着更深入的认识，很多研究者，如Hanna & Drivas和Mcquaid都一致认为空气是从模型的顶 部和侧面同时卷吸进来的，卷吸的速度受 Richardson、纵向湍流速度、大气稳定度、风速、 摩擦风速等影响。由于不同的箱模型采用了不同 的空气卷吸参数，从而导致了不同的模式计算结 果的差别是很大的。
C Cm 0＝ fi V x i01 3， g0’ u V 2i01 3 ...............瞬 ....时 .
Cm，C0－分别为气云横截面上的平均浓度、初始浓度，kg·m-3； Vc0－为连续烟流释放的初始气云体积流量，m3·s-1； Vi0－为瞬时烟团释放的初始气云体积，m3； u－为10m高处的风速，m·s-1；
箱模型实例（by Van Ulden，1970）
1
Uf ddRtkg(ra)H2
ρr，ρa－为气云的“参考”密度和空气密度，kg·m-3； K－为常数。
箱模型对重气研究基本假定
对于重气连续泄漏形成的烟羽，一般把箱模型看 作一个矩形，如Jagger在Fryer & Kaiser提出的 烟团模型DENZ的基础上，开发了相应的烟流模 型CRUNCH，用来模拟稳态连续泄漏。2Fra bibliotek氟里昂氮气
气体重气
泄放总量/kg
泄放时间/s 泄放表面 表面粗糙度R
10700~ 17300 79～190
水
0.0002
6500~ 12700 65～98
水
0.0002
10000~ 36800
35000~ 38000
126～381 125～360
沙土
沙土
0.003
0.003
1000~ 6600 60～360
浅层模式模型思想
该模型需要计算气云的宽度和高度，是拟三维的。 侧风浓度分布应用相似分布确定，气云与环境大 气的混合运用卷吸概念处理。不少专家对浅层模 型进行了进一步开发，Wheatley & Webber对 卷吸和热量传递的浅层模型进行了推导。Errnak 等将浅层模型发展为SLAB模型，包括求解质量、 组分、下风动量、侧风动量和能量的侧风平均守 恒方程，以及气云宽度方程和理想气体状况方程。
第一类：唯像模型
唯像模型是由一系列图表或简单关系式来 描述扩散行为的。
Britter and McQuaid在重气扩散手册中 推荐了一套简单而实用的方程式和列线图， 称之为B&M模型，他们是收集了许多重气 扩散的实验室和现场实验的研究结果，以 无因次的形式将数据连线并绘制成与数据 匹配的曲线或列线图。