《大氣環(huán)境影響二》PPT課件.ppt
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1,第五章大氣環(huán)境影響預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)（二）,湍流擴(kuò)散的基本理論有效煙囪高度的估算點(diǎn)源污染物環(huán)境濃度估算模式,2,第四節(jié)湍流擴(kuò)散的基本理論,一、湍流的基本概念1概念：在低層大氣中，空氣的運(yùn)動(dòng)由一個(gè)接一個(gè)的迅速的陣風(fēng)起伏所組成，大小與方向隨時(shí)都在變化，運(yùn)動(dòng)很不規(guī)則，我們把這種不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)稱為大氣湍流大氣湍流與一般工程上遇到的湍流有明顯的不同。流體在管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，湍渦的大小是被限制著的。大氣中空氣的流動(dòng)則是沒有約束的。只要極小的平均風(fēng)速就會(huì)有很大的雷諾數(shù)；實(shí)際上可以認(rèn)為，低層大氣的流動(dòng)通常都是處于湍流狀態(tài)。形成和發(fā)展取決于兩種因素：動(dòng)力或機(jī)械的因素-機(jī)械湍流；熱力因素引起-熱力湍流；,3,2.大氣湍流運(yùn)動(dòng)的描述：統(tǒng)計(jì)理論描述，某種屬性的時(shí)間平均值可用下式表示：直角坐標(biāo)系中，任意瞬時(shí)速度湍流特性可以用湍流強(qiáng)度來表示湍流強(qiáng)度的定義,4,相對(duì)湍流強(qiáng)度,5,風(fēng)向擺動(dòng)可用風(fēng)向方位角的方差或標(biāo)準(zhǔn)差描述湍流運(yùn)動(dòng)的兩種描述方法歐拉法：連續(xù)介質(zhì)，整個(gè)流場(chǎng)中各個(gè)給定空間點(diǎn)不同質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)要素隨時(shí)間的變化－－簡(jiǎn)便拉格朗日法：典型流體質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)生命兩種湍流：鉛直方向氣溫分布不均產(chǎn)生的湍流-熱力湍流，主要取決于大氣穩(wěn)定度。鉛直方向風(fēng)速分布不均及地面粗造度產(chǎn)生的湍流，叫機(jī)械湍流。主要取決于風(fēng)速梯度和地面粗造度。湍流有極強(qiáng)的擴(kuò)散能力：比分子擴(kuò)散快105-106倍。與煙團(tuán)尺度相近，擴(kuò)散最好，太大-搬運(yùn)，太小—擴(kuò)散差。,6,二、湍流擴(kuò)散理論梯度輸送理論，統(tǒng)計(jì)擴(kuò)散理論，相似擴(kuò)散理論1梯度擴(kuò)散理論在湍流擴(kuò)散煙流中取微小體積元dxdydz,研究其中由于平均流動(dòng)和湍流擴(kuò)散發(fā)生的物質(zhì)交換情況。,7,單位時(shí)間內(nèi)沿x方向微元內(nèi)污染物的凈變化量為：同理，在y方向和z方向的凈變化量分別為：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)微元內(nèi)總的變化量為微元內(nèi)的污染物質(zhì)量為Cdxdydz,單位時(shí)間內(nèi)的變化量表現(xiàn)為為：,（5-1）,,8,據(jù)質(zhì)量守恒定律（5-1）=（5-2）：,,考慮到湍流引起的濃度和速度起伏，需將c=c+c’，u=u+u’，v=v+v’，w=w+w’等關(guān)系式代入（5-3），對(duì)兩邊取平均，整理后得到：,（5-3）,,湍流擴(kuò)散的梯度理論把湍流擴(kuò)散過程與分子擴(kuò)散過程類比，假定湍流脈動(dòng)的濃度通量正比于平均濃度梯度，即：,（5-4）,,,,,,9,將上式代入（5-4）中，得到湍流擴(kuò)散的微分方程：,取x軸與平均風(fēng)向一致，z軸鉛直向上，v=w=0,假定流場(chǎng)均勻，將平均濃度表示為c,則上式變?yōu)椋?（5-5）,,（5-6）,,有風(fēng)條件下連續(xù)點(diǎn)源的解：空間某固定點(diǎn)的濃度C不隨時(shí)間而變濃度僅是空間坐標(biāo)的函數(shù),10,X方向上的風(fēng)平流輸送引起的物質(zhì)質(zhì)量傳遞遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過擴(kuò)散作用方程（5-6）簡(jiǎn)化為：,邊界條件：x=y=z=0時(shí)，C→∞x,y,z→∞時(shí)，C→0,連續(xù)條件：假定污染物在擴(kuò)散過程中沒有衰減或增生,而保持恒定,于是通過下風(fēng)向任一y-z平面的污染物量等于源強(qiáng)Q,（5-7）,,11,在上述條件下有風(fēng)連續(xù)點(diǎn)源的解為：,式中：,式（5-30）是假定污染物在無限空間中擴(kuò)散，不受任何界面限制的條件下導(dǎo)出的，又稱為無界情況下的擴(kuò)散模式---無界空間連續(xù)點(diǎn)源高斯模式。,12,4高架連續(xù)點(diǎn)源高斯模式考慮地面影響像源法—全反射原理P點(diǎn)濃度由實(shí)源（0、0、H）和像源（0、0、-H）產(chǎn)生的濃度之和（1）高架連續(xù)點(diǎn)源高斯模式推導(dǎo)實(shí)源的作用：P點(diǎn)在以實(shí)源排放點(diǎn)（有效源高處）為原點(diǎn)的坐標(biāo)系中（無限空間）中的鉛直坐標(biāo)（距煙流中心線的鉛直距離）為（-(H-z)=z-H），不考慮地面影響時(shí)在P點(diǎn)產(chǎn)生的濃度按（5-30）計(jì)算。,（5-31）,,13,像源的作用：P點(diǎn)在以像源排放點(diǎn)（負(fù)的有效源高處）為原點(diǎn)的坐標(biāo)系（無限空間）中的鉛直坐標(biāo)（距像源產(chǎn)生的煙流中心線的鉛直距離）為（z+H），其在P點(diǎn)產(chǎn)生的濃度也按（5-30）計(jì)算。P點(diǎn)的實(shí)際濃度應(yīng)為實(shí)源和像源作用之和,（5-32）,（5-33）,14,地面濃度擴(kuò)散模式，z＝0時(shí)地面軸線濃度擴(kuò)散模式，z=0,y=0時(shí)地面最大濃度模式,（5-34）,（5-35）,x→大,,→大,→小,→大,,C-出現(xiàn)最大值,15,對(duì)x求導(dǎo),并令（5－35）＝0，計(jì)算最大落地濃度和距離,（5-36）,（5-37）,（5-38）,（5-39）,（5-40）,,,,,,化簡(jiǎn)為下列常用的形式：,16,,地面連續(xù)點(diǎn)源擴(kuò)散模式，H=05.煙流寬度和煙流高度煙流半寬y0的定義是沿y軸方向從濃度軸線（x軸線）到濃度下降為軸線濃度1/10的距離假定濃度分布符合正態(tài)分布,（5-42）,坐標(biāo)yi處濃度,,17,→,同理：,K理論把湍流擴(kuò)散比擬分子擴(kuò)散為缺乏嚴(yán)格物理依據(jù)的。湍流場(chǎng)均勻定常，實(shí)際大氣很難滿足；梯度理論僅是一種半經(jīng)驗(yàn)性的理論；現(xiàn)在使用的大多數(shù)大氣擴(kuò)散模式都是由其進(jìn)一步推導(dǎo)出,高斯模式的不足之處：,18,第五節(jié)有效煙囪高度的計(jì)算,一、有效源高定義從地面最大濃度計(jì)算模式（5-37）看出，地面最大濃度Cmax和有效源高H的平方成反比有效源高H等于煙囪實(shí)體高度Hs與煙流抬升高度△H之和。有風(fēng)時(shí)熱煙流的抬升大體分以下幾個(gè)階段：噴出階段；浮升階段；瓦解階段；變平價(jià)段,19,煙氣抬升的各個(gè)階段,20,二、煙流抬升高度公式HJ/T2.2-93《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則大氣環(huán)境》推薦公式：⑴有風(fēng)時(shí)，中性和不穩(wěn)定條件下煙氣抬升高度?H(m)①當(dāng)煙氣熱釋放率Qh大于或等于2100kJ/s，且煙氣溫度與環(huán)境溫度的差值?T大于或等于35k時(shí)：,,21,②當(dāng)1700kJ/s下載提示(請(qǐng)認(rèn)真閱讀)
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