大气污染控制工程-第四章-大气污染物扩散模式

| z xxcmax
H 2
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
例题：某火电厂的有效烟囱高度198m，烟囱口处平均风速
5m/s，SO2排放速率180g/s，试计算： （1）白天阴天SO2的地面轴线最大浓度及其出现的距离； （2）在x= xcmax ，y＝500m处地面浓度。
算）
y
1xa1 , z
xa2 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提至B级，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， z
不变， y2
y1
(
2
1
)
q
1,2 —取样时间
q—时间稀释指数
位于北纬40°、东经120°的某城市远郊区(丘陵)有一火 力发电厂，烟囱高度120m, 烟囱口径3.0m，排放SO2的 源强为800kg／h，排气温度413K，烟气出口速度18m／ s。当地大气压为990hPa。8月中旬某日17点（北京时间） 云量5／4，气温303K，地面10m高处风速2.8m／s。试 计算有效源高。
第二节 高斯扩散模式
1. 高斯模式的有关假定
坐标系
坐标系取排放点（无界源、地面源或高架源排放点）在地 面的投影点为原点，主风向为x轴，y轴在水平面内垂直于x 轴，正方向在x轴的左侧，z轴垂直于水平面，向上为正， 即右手坐标系。
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．扩散中污染物的质量是守恒的（不考虑转化）
(1)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
大气分成A－F共六个稳定度等级
（云、日照、风速……）
x ~ y曲线（六条）（对应A、B……F稳定度级）
σy和σz随下风距离x的变化曲线
扩散参数的确定－P－G曲线法
P－G曲线的应用
A为强不稳定，B为不稳定， C为弱不稳定，D为中性，E
第四章 大气污染物扩散模式
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
第一节 湍流扩散的基本理论
1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
湍流扩散比分子扩散快105～106倍
3. xD x 2xD
x xD
x 2xD
内插（假定变化为线性），按z值插值
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4-36
p
q
F ( x, y, 0, H )
1 exp( 1P2 )dP
2π
2
2π uhf yf
exp(
y2
2
2 yf
解： 1．确定稳定度
由表表145-－711 查得δ=14°，并由式(415-—2959)计
算太阳高度角 h0，即 h0=arcsin[(sin40°sin14°+cos40°cos14°cos(15×17+120-300)o )＝20.36°
根据 h0＝20.36°及云量 5／4，查表表415-－5 9 得太阳辐射等级为+1，又根 据太阳辐射等级及地面风速 2.8m／s，查表表145-－610 得当地当时的大气稳定度为
C 类。
2．校正风速
查表表315-－3 2，得 C 类稳定度的风指数 m＝0.高处风速：
u
u10
(
HS 10
)m
2.8(120) 0.20 10
4.6(m / s)
3．计算有效源高
先算排烟量（Qv）和排热率（QH）:
Qv
d 2 4
Us
3.14 3.02 4
ucdydz
（4-3）
未知数：浓度c，待定函数A(x)，待定系数a,b（
1 2
2
）
积分，可以解出四个未知数：得到高斯模式
c( x,
y, z)
q
2πu
y z
exp[(
y2
2
2 y
z2
2
2 z
)]
3.高架连续点源扩散模式
镜像全反射---->像源法
实源： c(x, y, z, Hz-H z)
像源： c(x, y, z, Hz+Hz)
c( x,
y,
z,
H
)
q 2πu
y
z
exp(
y2
2
2 y
){exp[
(z H )2
2
2 y
]
exp[
(z H
2
2 z
)2
]}
5．颗粒物扩散模式
粒径小于15μm的颗粒物可按气体扩散模式计算 大于15μm的颗粒物具有重力沉降作用：倾斜烟流模式
c( x,
y, 0,
H
)
(1 a)q
2πu y z
exp(
x 3x *
H
=0.332QH
3/5
H
2/5 s
x*=0.33QH3/5
H 3/5 s
6 / 5
u
1．烟气抬升高度的计算
92页例4-1
（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 2100kW 和 (Ts Ta ) 35K 时
（4-22）
315
2
)
0.027 (mg
/
m3
)
扩散参数的确定－(2)中国国家标准规定的方法
稳定度分类方法
改进的P－T法 (Turner)
太阳高度角 （式4-29，地理纬度，倾角
云量
辐射等级
稳定度
（加地面风速）
表4-7 ）
扩散参数的确定－中国国家标准规定的方法
扩散参数的选取
扩散参数的表达式为（取样时间为0.5h，按表4-8查
1．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
vs D u
(1.5 2.7 Ts Ta Ts
D)
1 u
(1.5vs D
9.6 103QH )
➢Holland公式比较保守，特别在烟囱高、热释放率比较强的情 况下偏差较大。
),
P (hf H ) / z
yf
2.15 y H tg15o
2.15
y
H 8
熏烟型扩散模式
4-36
逆温层消失到烟囱的有效高度处 hf=H,可认为烟流一半向下混合
F (x, y,0, H ) 2
q
2π uhf yf
exp(
y2
2
2 yf
q
πu y z
exp[ (H
2nD
2
2 z
)2
]
封闭型扩散模式
计算简化：
1.当 x xD（尚未到封闭阶段）
z
D 2
.1
H 5
（烟流半宽度）
查查有P关－图G表曲线 xD
4-9式计算 地面轴线浓度
2.当 x 2 xD，zc(向x, 浓y) 度混2π合uqD均 y 匀exp，(zy2分y向2y2布浓) 函度分数布为仍D1 为4-正03D D16态dz分 1布
y2
2
2 y
) exp[
(H
vt x
2
2 z
/
u)2
]
vt
d
2 p
p
g
18
颗粒的重力沉降速度
地面反射系数α
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
有效源高 H Hs H
Hs ――烟囱几何高度
H ――抬升高度
烟气抬升原因：
初始动量： 速度、烟囱内径 烟温度大于环境温度产生浮力
C (6000,0,0;198) m a x
2Q euH 2
z y
2 180 1000 140 e 51982 315
0.096(mg / m3 )
x= xcm ，y=500m 处的地面浓度为
C(6000 ,500,0;198)
Cmax
exp[
y
2
/(2
2 y
)]
0.096
exp[
500
2
/(2
dc(x,0,0, H ) 0 d z
由此求得
cmax
2q z πuH 2e y
| H2 z xxcmax
4.地面连续点源扩散模式
地面源高斯模式（令H＝0）：
c( x,
y, z,0)
q
πu y z
exp[(
y2
2
2 y
z2
2
2 z
)]
相当于无界源的2倍（镜像垂直于地面，源强加倍）
高 架实际连浓续度点源浓度
根据常规资料确定稳定度级别 为弱稳定，F为稳定。A～B
表示按A、B级的数据内插。
扩散参数的确定－P－G曲线法
P－G曲线的应用
另外，英国气象局给出了表 4-4，用内插法可求出 y 和 z
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 和 H
1．烟气抬升高度的计算
（2）Briggs公式：适用不稳定及中性大气条件