《大氣環(huán)境學》煙氣抬升高度課件

1、第四節(jié) 煙氣抬升高度 Hs煙囪高度，m； H抬升高度，m.該處理方法對于近距離的擴散計算不太合理。計算范圍距煙囪較遠時，可忽略煙流高度隨距離的變化。 一、煙氣抬升理論動力抬升：煙氣具有噴出速度；熱力抬升：煙氣溫度高于周圍氣溫。 煙源的有效高度：第1頁，共20頁。二、煙氣抬升過程及其影響因素 1、煙氣抬升過程HsH變平階段噴出階段浮升階段瓦解階段HsHe煙云軸線圖4-9 煙氣的抬升過程 （1）噴出階段煙氣初始動量；（2）浮升階段溫差引起，是熱煙流抬升的主要階段；（3）瓦解階段環(huán)境湍流作用增強，外界湍渦侵入煙體；（4）變平階段抬升完全停止，煙流變平。第2頁，共20頁。2、煙流抬升影響因子（1）排放

2、源及煙氣本身的性質煙氣初始動量 煙囪出口直徑D；煙氣噴出速度Vs；浮力 (煙氣溫度Ts空氣溫度Ta)；（2）周圍大氣的性質平均風速，環(huán)境湍流強度，混合越快，H；穩(wěn)定層結，H；不穩(wěn)定層結，H；（3）下墊面性質 地面粗糙度 地面粗糙度，湍流強度，H； 復雜地形 局部熱力狀況；建筑物、地形障礙物等的空氣動力學效應。第3頁，共20頁。三、煙氣抬升公式1、Holland公式（1953）式中：Qh煙氣的熱釋放率，kJ/s； Vs煙氣出口速度，m/s； 煙囪出口處的平均風速，m/s； D煙囪出口內(nèi)直徑，m； Ta環(huán)境空氣溫度，K； Ts煙氣溫度，K。適用：中性大氣條件下，中小排放源和以動力抬升為主的煙流。修

3、正：不穩(wěn)定時，H增加1020；穩(wěn)定時，減少1020。第4頁，共20頁。2、Briggs公式 適用：大熱源排放的浮升煙流。 中性和不穩(wěn)定大氣條件下： 當Qh21000kW時： 當Qh21000kW時： 第5頁，共20頁。3、國家標準中的煙氣抬升公式 （1）有風時，中性和不穩(wěn)定條件 強熱源（Qh2100kJ/s 且 T35K）表4-8 系數(shù)n0、n1和n2的取值Qh/(kJ/s)地表狀況（平原）n0n1n2Qh21000農(nóng)村或城市遠郊區(qū)1.4271/32/3城市及近郊區(qū)1.3031/32/32100Qh21000且T35K農(nóng)村或城市遠郊區(qū)0.3323/52/5城市及近郊區(qū)0.2923/52/5煙氣

4、的熱釋放率，kW實際煙氣溫度下的排煙率，m3/s第6頁，共20頁。 中熱源（1700Qh2100kJ/s） H2強熱源公式計算結果。 弱熱源（Qh1700kJ/s 或 T35K）第7頁，共20頁。（2）有風時，穩(wěn)定條件 排氣筒幾何高度以上的環(huán)境溫度垂直變化率；（3）小風、靜風（ 1.5m/s） 取值宜小于0.01K/m。第8頁，共20頁。四、最高地面濃度Cm,abs與臨界風速 對Cm有雙重影響，在某一風速下會出現(xiàn)最高的地面最大濃度，此時的風速稱為臨界風速 ，亦稱危險風速。臨界風速定義：H = B/u （B為與風速無關的常數(shù)）第9頁，共20頁。第五章 特殊條件下的大氣擴散 第10頁，共20頁。一

5、、顆粒物擴散模式粒徑d15m Gauss模式d15m 傾斜煙羽模式（考慮重力沉降、地面反射）1、重力沉降經(jīng)修正后的有效源高： VsHeHH圖5-1 傾斜煙羽模式處理示意圖 第11頁，共20頁。2、下墊面沉積d(m)1515303147487576100平均粒徑(m)/2238608510.80.50.30表5-1 地面反射系數(shù)粒徑越大，沉降越明顯，反射系數(shù)越小。綜合修正模式：地面濃度：第12頁，共20頁。二、封閉型擴散 封閉型擴散：低層為中性或不穩(wěn)定大氣，高空存在上部逆溫層，污染物被限制在地面和逆溫層底之間擴散。 模式處理：像源法，將地面和逆溫層底均視為全反射鏡面，污染物濃度即為一個實源和無窮

6、多個像源的濃度貢獻之和。o式中：D逆溫層底高度，即混合層高度，m； n煙流反射次數(shù)，一般取n=35。地面濃度：地面軸線濃度： 將所有實、虛源的作用相加，在垂直方向上有：第13頁，共20頁。598411076302DH圖5-2 封閉型擴散示意圖編號（源）源的處理Z0Z-Z00實源HZ-H10經(jīng)地反射（虛源）-HZ+H20經(jīng)頂反(D-H)+D=2D-H-2D+(Z+H)31經(jīng)頂反2D+H-2D+(Z-H)42經(jīng)地反（同-2）-2D+H2D+(Z-H)53經(jīng)地反（同-3）-2D-H2D+(Z+H)64經(jīng)頂反4D-H-4D+(Z+H)75經(jīng)頂反4D+H-4D+(Z-H)86經(jīng)地反-4D+H4D+(Z-

7、H)97經(jīng)地反-4D-H4D+(Z+H)108經(jīng)頂反6D-H-6D+(Z+H)表5-2 多次反射過程中的實源及虛源處理表5-3 實源及虛源的歸納處理0 0D+(Z-H)1 0D+(Z+H)3 -2D+(Z-H)4 2D+(Z-H)2 -2D+(Z+H)5 2D+(Z+H)7 -4D+(Z-H)8 4D+(Z-H)6 -4D+(Z+H)9 4D+(Z+H)10 -6D+(Z+H)13 6D+(Z+H)2nD+(Z-H) n=-+2nD+(Z+H) n=-+上部逆溫層中性/不穩(wěn)定層第14頁，共20頁。實際計算中，用簡化的經(jīng)驗法計算。 近距離（XXD） 煙流的垂直擴散尚未達到逆溫層底，無需考慮反射。

8、 XD煙流上邊緣延伸至逆溫層底高度時的下風向水平距離。 中距離 XDX2XD 取x=xD和x=2xD兩者濃度內(nèi)插值。注意：不穩(wěn)定時，Xu2XD合理，中性和穩(wěn)定時，Xu應當更遠些。 遠距離（XXu） Xu鉛直方向濃度分布轉變?yōu)榫鶆蚍植嫉乃骄嚯x。一般取Xu2XD。第15頁，共20頁。三、熏煙型擴散（漫煙型） 晴夜微風條件下，形成貼地逆溫層，太陽升起后，逆溫層自下而上逐漸消失，原先在夜間排入穩(wěn)定氣層中的污染物迅速向下擴散，造成地面高濃度。此現(xiàn)象稱為熏煙型擴散。 熏煙屬常見的不利氣象條件之一。一般發(fā)生在清晨和上午，持續(xù)時間為0.52hr。建立模式時需考慮的因素：1、混合層內(nèi)垂直向均勻混合 設逐漸增厚

9、的混合層高度為hi，煙流層頂高度hf。 當逆溫消失到煙流上邊緣處時，此時，地面熏煙濃度達到極大值，所有污染物均向地面擴散混合。第16頁，共20頁。2、污染源強需作修正 當混合層消散到hi時，進入混合層部分的比例為：為正態(tài)分布函數(shù)，表示參與混合的煙氣所占的成數(shù)。地面濃度 當混合層消散到有效源高處，hiH時，地面濃度注意： 為穩(wěn)定氣層中的擴散參數(shù)， 為熏煙條件下的擴散參數(shù)。第17頁，共20頁。3、yf的修正 熏煙條件下的yf 比穩(wěn)定條件下向外擴展得更多，一般以H處的煙流邊緣向外擴展15來近似。式中：y為原穩(wěn)定條件下（E、F類）的擴散參數(shù)。不穩(wěn)定層15H2.15y+ Htg15Hf=H+2.15z穩(wěn)

10、定層2.15y2.15z圖5-4 熏煙擴散模式中yf的修正（橫截面圖）第18頁，共20頁。四、封閉山谷中的擴散模式1、山谷一側為陡峭山壁 假定峭壁對煙流起全反射作用，若取y軸指向側壁，則：2、山谷兩側均為陡峭山壁 橫風向經(jīng)峭壁多次反射，在距離污染源一段距離后，可認為濃度在橫風向接近均勻分布，而垂直向仍為正態(tài)分布。式中：W山谷的平均寬度，m。這一距離可根據(jù) 求取，如何求？此即為擴散開始受到狹谷兩壁影響的距離。L高架源離開峭壁的垂直距離，m。 第19頁，共20頁。2、修正的山地大氣擴散模式 （1）NOAA模式（美國國家大氣海洋局） 中性和不穩(wěn)定時 假定煙流中心線與地面始終平行，相當于有效源高不變，地面濃度公式不