大气污染控制学 (9)

（4-16）
式中：vs—烟气出口流速，m/s； D—烟囱出口内径，m；
u —烟囱出口处的平均风速，m/s；
Ts—烟囱出口处的烟气温度，K； Ta—环境大气温度，K； QH—烟气的热释放率，kW； 式（4-16）适用于中性大气条件。
6
2、布里格斯（Briggs）公式 用因次分析方法导出的用实测资料推算的常数项。计算值与实测值 比较接近，应用较广。下面给出适用于不稳定和中性大气条件下的计算 公式： 当 QH 21000kW 时： x<10Hs x>10Hs
三、高架连续点源扩散模式
（4-6）
3
高架连续点源的扩散问题，必须考虑地面对扩散的影响。按全反射 原理，用“像源法”来处理这一问题。 如图 4-3 所示，可以把 P 点的污染物浓度看成两部分的贡献之和： 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） 。 实源的贡献：P 点在以实源为原点的坐标系中的垂直坐标（距烟流 中心线的垂直距离）为（z-H） 。当不考虑地面影响时，它在 P 点所造成 的污染物浓度按（4-6）计算，即为：
H H1 (H 2 H1 )
QH 1700 400
（4-25）
7
H1
2(1.5vs D 0.01QH ) 0.048(QH 1700) （4-26） u u
Δ H2 是按（4-22）计算的抬升高度。 （3）QH≤17000kW 或Δ T<35K 时
H 2(1.5vs D 0.01QH ) u
1
Q y 2 ( z H )2 exp[( 2 )] 2 y 2 z2 2 u y z
像源的贡献：P 点在以像源为原点的坐标系中的垂直坐标（距烟流 中心线的垂直距离）为（z+H） 。当不考虑地面影响时，它在 P 点所造成 的污染物浓度按（4-6）计算，即为：
Q y 2 ( z H )2 1 exp[( 2 )] 2 y 2 z2 2 u y z
2
（3） 源强是连续均匀的； （4） 在扩散过程中污染物质的质量是守恒的； 二、无界空间连续点源扩散模式 由假设（1）可以写出下风向任一点（x，y，z）的污染物平均浓度 的分布函数：
( x, y, z ) A( x)e ay eby
2
2
（4-1）
由概率统计理论可以写出方差的表达式：
2 2 y dy 2 0 z dz 2 0 , z y 0 dy 0 dz
（4-9）
3、地面最大浓度（即地面轴线最大浓度）模式： 地面最大浓度及其出现距离的计算公式：
max
2Q z uH 2 e y
（4-10）
z
x xmax

H 2
（4-11）
四、地面连续点源扩散模式 地面连续点源扩散模式可由高架连续点源模式（4-7）令其有效源高 H=0 而得到，即
( x, y, 0, H )
( H vt x u ) 2 (1 )Q y2 exp( 2 ) exp[ ] 2 y 2 z2 2 u y z
（4-13）
vt
2 dppg
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式中： ——颗粒的地面反射系数，按表 4-1 查取；
vt ——颗粒的重力沉降速度，m/s；
a
1 பைடு நூலகம்
2 y
,b
1 2 z2
（4-4）
将式（4-1）和（4-4）代入式（4-3） ，积分后得
A x
Q 2 u y z
（4-5）
再将式（4-4）和（4-5）代入式（4-1）中，便得到无界空间连续点 源扩散的高斯模式：
Q y2 z2 ( x, y , z ) exp[ ( 2 )] 2 y 2 z2 2 u y z
（4）当 10m 高处的年平均风速小于或等于 1.5m/s 时：
1 H 5.5QH 4 (
（4-27）
dTa 0.0098) 3 8 dTZ
（4-28）
式中：
dTa 为排放源高度以上气温直减率，K/m，取值不得小 dTZ
于 0.01 K/m。 例 4-1，掌握烟气抬升高度及有效源高的计算； 二、扩散参数的确定 应用大气扩散模式估算的污染物浓度，在有效源高确定后，还必须 解决扩散参数 y 和 x 的确定问题。扩散参数可以现场测定，也可以风 洞模拟实验确定，还可以根据实测和实验数据归纳整理出来的经验公式 或图表来估算。 1、P-G 扩散曲线法（Pasquill-Gifford） （1）P-G 扩散曲线法的要点： 仅需常规气象观测资料就可以估算 y 和 x 的方法，作成图表的形 式。 这种方法首先根据太阳辐射情况（云量、云状和日照）和距离地面 10m 高处的风速 u10 将大气的扩散稀释能力分为 A-F 六个稳定度级别。 然后根据大量扩散实验数据和理论上的考虑，用曲线来表示每一个稳定 度级别的 y 和 x 随下风距离的变化； （2）P-G 扩散曲线法的应用 1）根据常规气象资料确定稳定度级别。
n H n0QH1 H sn2 u 1
（4-22） （4-23）
QH 0.35Pa Qv
T Ts Ta
T Ts
（4-24）
式中： n0 、 n1 、 n2 ——系数，查表 4-2 选取；
Pa ——大气压力，hPa，取临近气象站年平均值；
Qv——实际排烟量，m3/s； （2）17000kW<QH<21000kW 时：
( x, y, z , 0)
Q
u y z
exp[ (
y2 z2 )] 2 2 y 2 z2
（4-12）
比较（4-6）和（4-12）可发现，地面连续点源造成的污染物浓度恰 好是无界空间连续点源所造成的浓度的两倍。 五、颗粒物扩散模式 对于排气筒排放的粒径小于 15 微米的颗粒物， 其地面浓度可按前述 的气体扩散模式计算。对于大于 15 微米的颗粒物，由于具有明显的重力 沉降作用，将使浓度分布有所改变，可以按倾斜烟流模式计算地面浓度：
产生烟气抬升有两方面的原因：一是烟囱出口烟气具有一定的初始 动量；二是由于烟温高于周围气温而产生一定的浮力。初始动量的大小 决定于烟气出口流速和烟囱出口内径，而浮力大小则主要决定于烟气与 周围大气之间的温差。 下面介绍几种常用的烟气抬升高度计算公式： 1、霍兰德（Holland）公式
H
vs D T T 1 (1.5 2.7 s a D) (1.5vs D 9.6 103 QH ) Ts u u
由假设（4）可以写出源强的积分式：

（4-2）
Q


u dydz
（4-3）
式中： y ` z ——污染物在 y、z 方向分布的标准差，m；
——任一点处污染物的浓度，g/m3；
u ——平均风速，m/s；
Q——源强，g/s； 由上面四个方程组成的方程组，其中可以测量或计算的已知量有源 强 Q、平均风速 u 、标准差 y ` z ，未知量有浓度 、待定函数 A（x） 、 待定系数 a、b。因此方程组可以求解。 将式（4-1）代入式（4-2）中，积分后得
dp——颗粒直径，m；
p ——颗粒密度，kg/m3；
5
——空气粘度， Pa s ；
g——重力加速度，m/s2； 4.3 污染物浓度的估算 目的要求：掌握烟气抬升高度的计算方法，了解扩散参数的确定， 从而进行污染物浓度的估算； 重点：烟气抬升高度的计算方法； 难点：利用各种扩散模式进行污染物浓度的估算； 授课方式：讲授 一、烟气抬升高度的计算 连续点源的排放大部分是采用烟囱排放的。具有一定速度的热烟气 从烟囱出口排出后，可以上升到很高的高度。这相当于增加了烟囱的几 何高度。因此，烟囱的有效高度 H 应为烟囱的几何高度 Hs 与烟气抬升 高度Δ H 之和，即 H=Hs+Δ H （4-15）
( x, y, 0, H )
Q y2 H2 exp( 2 ) exp( 2 ) 2 y 2 z 2 u y z
（4-8）
2、地面轴线浓度模式：轴线 x 上具有最大浓度值，向两侧（y 方向） 逐渐减小。
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( x, 0, 0, H )
Q H2 exp( 2 ) 2 z 2 u y z
第四章 大气扩散浓度估算模式
4.1 湍流扩散的基本理论 目的要求：了解湍流的概念及分类； 重点：湍流的分类； 授课方式：讲授 一、湍流概念 1、概念 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 摆动就是湍流作用的结果； 2、分类 （1）按照湍流形成原因可分为两种湍流： 热力湍流：由于垂直方向温度分布不均匀引起的，其强度主要取决 于大气稳定度； 机械湍流：由于垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度引起的，其 强度主要取决于风速梯度和地面粗糙度； 风和湍流是决定污染物在大气中扩散稀释的最直接最本质的因素， 风速越大，湍流越强，污染物扩散速度越快，污染物的浓度就越低；其 他一切气象因素都是通过风和湍流的作用来影响扩散稀释的； 二、湍流扩散理论 大气扩散的基本问题，是研究湍流与烟流传播和物质浓度衰减的关 系问题。目前处理这类问题有三种广泛应用的理论：梯度输送理论、湍 流统计理论和相似理论； 1、梯度输送理论 梯度输送理论是通过菲克扩散理论的类比建立起来的。 湍流梯度输送理论进一步假定，由大气湍流引起的某物质的扩散， 类似于分子扩散，并可用同样的分子扩散方程描述；
3 H 0.332QH 5 H s2 5
5 6
2 x* 0.33QH 5 H s3 5 u
3、中国国家标准中规定的公式 我 国 的 《 制 定 地 方 大 气 污 染 物 排 放 标 准 的 技 术 方 法 》 GB/T （ 13201-91）中对烟气抬升高度计算公式作了相关规定， （1）当 QH≥21000kW 和Δ T≥35K 时：