第六章泄漏源2

第六章泄漏源以及擴(kuò)散模式

releaseanddispersionmodels重大事故的發(fā)生，使人們強(qiáng)調(diào)應(yīng)急計(jì)劃的重要性，以及將工廠設(shè)計(jì)成毒物釋放發(fā)生最少和事故后果最小化的重要性。毒物釋放模型常被用來評(píng)估釋放對(duì)工廠和社會(huì)環(huán)境的影響；好的安全計(jì)劃應(yīng)能在事故發(fā)生前確定問題所在?；瘜W(xué)工程師必須了解讀無釋放的所有可能性情況，以避免釋放情況的存在；以及如果發(fā)生毒物釋放，能減少其影響，這就需要毒物釋放模型；毒物釋放和擴(kuò)散是后果模擬的重要部分，毒物釋放模型描述了后果模擬的前三步：1)確定泄漏事件：過程中何種情況能夠?qū)е箩尫?2)建立源模型：描述物質(zhì)是怎樣釋放的以及釋放的速率？3)采用擴(kuò)散模型估算下風(fēng)向有毒物質(zhì)的濃度。2.擴(kuò)散模式2.1擴(kuò)散影響因素

釋放發(fā)生后，空氣中的毒物被風(fēng)以煙羽方式、云團(tuán)方式帶走，有毒物質(zhì)的最大濃度是在釋放處。眾多因素影響有毒物質(zhì)在大氣中的擴(kuò)散：?風(fēng)速；?大氣穩(wěn)定度；?地面條件（建筑物、水、樹）；?釋放距離地面高度；?物質(zhì)釋放的初始動(dòng)量和浮力。擴(kuò)散的要素風(fēng)：平流輸送為主，風(fēng)大則湍流大；湍流：擴(kuò)散比分子擴(kuò)散快105～106倍。湍流：除在水平方向運(yùn)動(dòng)外，還會(huì)由上、下、左、右方向的亂運(yùn)動(dòng)，風(fēng)的這種特性和擺動(dòng)稱為大氣湍流。（有點(diǎn)象分子的熱運(yùn)動(dòng)），或者說湍流是大氣的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)

。大氣穩(wěn)定度（atmosphericstability）1)空氣在上升過程中的絕熱變化是大氣中降溫最快的過程；2)上升過程中的絕熱變化會(huì)導(dǎo)致水汽的凝結(jié)，這是大氣中云、霧、雨、雪形成的最重要的原因；3)因此，判斷大氣中是否會(huì)產(chǎn)生云霧，主要就是看大氣中是否會(huì)產(chǎn)生上升運(yùn)動(dòng)；判斷空氣是否會(huì)產(chǎn)生上升運(yùn)動(dòng)，就要看空氣在鉛直方向上位置穩(wěn)定的程度，即大氣穩(wěn)定度。大氣穩(wěn)定度是指氣塊受任意方向擾動(dòng)后，返回或遠(yuǎn)離原平衡位置的趨勢(shì)和程度。它表示在大氣層中的個(gè)別空氣塊是否安于原在的層次，是否易于發(fā)生垂直運(yùn)動(dòng)，即是否易于發(fā)生對(duì)流。假如有一團(tuán)空氣受到對(duì)流沖擊力的作用，產(chǎn)生了向上或向下的運(yùn)動(dòng)，那末就可能出現(xiàn)三種情況：1)如果空氣團(tuán)受力移動(dòng)后，逐漸減速，并有返回原來高度的趨勢(shì)，這時(shí)的氣層，對(duì)于該空氣團(tuán)而言是穩(wěn)定的(stable)

；2)如空氣團(tuán)一離開原位就逐漸加速運(yùn)動(dòng)，并有遠(yuǎn)離起始高度的趨勢(shì)，這時(shí)的氣層，對(duì)于該空氣團(tuán)而言是不穩(wěn)定的(unstable)；3)如空氣團(tuán)被推到某一高度后，既不加速也不減速，這時(shí)的氣層，對(duì)于該空氣團(tuán)而言是中性氣層(neutral)。大氣穩(wěn)定度對(duì)煙流擴(kuò)散有很大的影響，不同穩(wěn)定度導(dǎo)致從煙囪排出的煙羽形狀不同。下面是與穩(wěn)定度有關(guān)的五種典型煙流：高斯模式的有關(guān)假定坐標(biāo)系原點(diǎn)為高架點(diǎn)源排放點(diǎn)在地面的投影點(diǎn)，x軸正方向?yàn)槠骄L(fēng)向，y為橫風(fēng)向，在水平面上垂直于x軸，z軸垂直于水平面xoy，向上為正向。四點(diǎn)假設(shè)

a．污染物濃度在y、z風(fēng)向上分布為正態(tài)分布b．全部高度風(fēng)速均勻穩(wěn)定c．源強(qiáng)是連續(xù)均勻穩(wěn)定的d．?dāng)U散中污染物是守恒的（不考慮轉(zhuǎn)化）

2.2湍流擴(kuò)散微分方程與擴(kuò)散模型高斯擴(kuò)散模式的坐標(biāo)系經(jīng)常用到的中等浮力擴(kuò)散模型：煙羽模型和煙團(tuán)模型。煙羽模型描述來自連續(xù)源釋放物質(zhì)的穩(wěn)態(tài)濃度，煙團(tuán)模型描述一定量的物質(zhì)釋放后的暫時(shí)濃度。有典型10種情況：無風(fēng)情況下的穩(wěn)態(tài)連續(xù)點(diǎn)源釋放；無風(fēng)時(shí)的煙團(tuán)；無風(fēng)情況下的非穩(wěn)態(tài)連續(xù)點(diǎn)源釋放；有風(fēng)情況下的穩(wěn)態(tài)連續(xù)點(diǎn)源釋放；無風(fēng)時(shí)的煙團(tuán)，渦流擴(kuò)散率是方向的函數(shù)；有風(fēng)情況下的穩(wěn)態(tài)連續(xù)點(diǎn)源釋放，渦流擴(kuò)散率是方向的函數(shù)；有風(fēng)時(shí)的煙團(tuán)；釋放源在地面上的無風(fēng)時(shí)的煙團(tuán)；釋放源在地面上的穩(wěn)態(tài)煙團(tuán)；連續(xù)的穩(wěn)態(tài)源。釋放源在地面上方H高度。上述10種情況都依賴于指定的渦流擴(kuò)散度K值，通常情況下K值很難確定。Pasquill重新得到了情況1到10的方程，這些方程以及相應(yīng)的擴(kuò)散系數(shù)就是眾所周知的Pasquill-Gifford模型。課本上分別對(duì)應(yīng)：煙團(tuán)瞬時(shí)地面點(diǎn)源模型，坐標(biāo)系固定在釋放點(diǎn)，風(fēng)速u恒定，風(fēng)向僅沿x方向；位于地面H高處瞬時(shí)點(diǎn)源的煙團(tuán)，坐標(biāo)系位于地面并隨煙團(tuán)移動(dòng)；地面上連續(xù)穩(wěn)態(tài)源的煙羽，風(fēng)向x軸，風(fēng)速u恒定；位于地面H高處連續(xù)穩(wěn)態(tài)源的煙羽，風(fēng)向x軸，風(fēng)速u恒定。評(píng)述：對(duì)于煙羽，最大濃度通常在釋放點(diǎn)處。如果釋放在高于地平面地方，那么最大濃度出現(xiàn)在釋放處的下風(fēng)向上的某一點(diǎn)。對(duì)于煙團(tuán)，最大濃度通常在煙團(tuán)的中心。如果釋放在高于地平面地方，煙團(tuán)中心平行于地面移動(dòng)，那么最大濃度直接位于煙團(tuán)中心的下方。如果天氣條件未知或者不能確定，可以進(jìn)行某些假設(shè)，得到一個(gè)最壞情形的結(jié)果，即估算一個(gè)最大濃度。Pasquill-Gifford擴(kuò)散或者高斯擴(kuò)散方程，僅應(yīng)用于氣體的中等浮力的擴(kuò)散。在擴(kuò)散過程中，湍流混合是擴(kuò)散的主要特征。他僅對(duì)距離釋放源在0.1~100km范圍內(nèi)的距離有效。由于Pasquill-Gifford擴(kuò)散預(yù)測(cè)的濃度是時(shí)間的平均值。因此，局部濃度的時(shí)間值有可能超過所預(yù)測(cè)值。P－G曲線法

Pasquill在1961年推薦一種僅需要常規(guī)氣象觀測(cè)資料就能估算σy，σz的方法，Gifford進(jìn)一步將它制成應(yīng)用更方便的圖表。應(yīng)用觀測(cè)到的風(fēng)速、云量、云狀和日照等天氣資料，將大氣擴(kuò)散稀釋能力分為6個(gè)等級(jí)：A—極不穩(wěn)定，B—不穩(wěn)定，C—弱不穩(wěn)定，D—中性，E—弱穩(wěn)定，F(xiàn)—穩(wěn)定。若穩(wěn)定級(jí)別為A～B，則表示按A、B級(jí)的數(shù)據(jù)內(nèi)插。該法的要點(diǎn)：首先根據(jù)Pasquill劃分大氣穩(wěn)定度的方法來確定大氣穩(wěn)定度級(jí)別；然后從圖中查得（或表用內(nèi)插法求出）對(duì)應(yīng)的擴(kuò)散參數(shù)σy和σz；最后將σy、σz代入前面介紹的一系列擴(kuò)散模式中，就可估計(jì)出各種情況下的濃度值。擴(kuò)散參數(shù)是表征湍流擴(kuò)散劇烈程度的物理量，是影響污染物濃度的重要參數(shù)。擴(kuò)散參數(shù)的確定根據(jù)常規(guī)資料確定穩(wěn)定度級(jí)別;利用擴(kuò)散參數(shù)確定水平和垂直方向上的標(biāo)準(zhǔn)差;濃度估算.P－G曲線的應(yīng)用利用擴(kuò)散曲線確定和Pasquill-