ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ УСЛОВИИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ, Вертикальное рассеивание примеси в пространстве - Экологическая экспертиза энергетических средств

Вертикальное рассеивание примеси в пространстве

При моделировании процесс переноса примеси концентрации веществ в пространстве рассматривается как совокупность случайных величин, поэтому показателями распределения примеси служат обычные статистические характеристики случайных величин, используемые в климатологии. Для исследования процесса переноса примеси в окружающей среде удобнее использовать модель Эйлера, которая представляет движение частицы как совокупность радиус-векторов ее скорости.

Таким образом, для использования полуэмпирического уравнения турбулентной диффузии примеси необходимо знать профили скорости ветра U(z) и коэффициент вертикальной турбулентной диффузии D(z). Все эти величины в атмосфере являются функциями высоты и устойчивости. Устойчивость приземного и пограничного слоя атмосферы определяется по метеорологическим измерениям. Эти измерения позволяют определить устойчивость нижнего слоя атмосферы по скорости ветра на флюгере и характеристики инсоляции (солнечного излучения).

Считая, что основное движение жидкости однородно в направлении осей координат Х, у, уравнение турбулентной диффузии запишется в виде:

Где Uz - скорость гравитационного оседания; Ux, Uy - скорость распространения примеси в горизонтальных направлениях; Dx, Dy, Dz - коэффициенты турбулентной диффузии, - коэффициент определяющий изменение концентраций за счет превращения примеси.

Пусть в безграничном, однородном стационарном потоке, который движется со скоростью U, в точке (0, у0, z0) расположен источник примеси, концентрация которой Q. В случае стационарного рассеивания примеси, диффузией вдоль потока обычно пренебрегают по сравнению с переносом примеси в этом направлении:

.

Тогда в стационарном и однородном по осям Х и У потоке, вдоль шероховатой стенки, то есть при отсутствии изменения концентрации примеси вдоль оси У: Uy = 0, и при условии пассивной примеси, уравнение 2.1 приобретет вид:

,

- таким образом получена полуэмпирическая модель Вертикального рассеивания примеси.

В полупространстве X > 0 образуется факел, представляющий собой зону, загрязненную примесью. Предположим, что концентрация примеси в факеле распределена по нормальному закону. Тогда величина 2(х) при Х = U , является дисперсией этого закона и для концентрации Q, средней за большой промежуток времени, в случае равноправия координат У и Z решением уравнения 2.2 является выражение:

, 2 = 2 k

Где величина Х = U , определяет разбавление примеси за счет скорости потока относительно источника, K - коэффициент диффузии, Q определяется на основе численного решения стационарного полуэмпирического уравнения турбулентной диффузии от линейного источника.

Для оценки диффузии примеси в пространстве используют степенную интерполяцию профиля ветра вида (u)z = U1 (z/z1)m, показатель степени M определяется в зависимости от характера вертикальной устойчивости (скорости ветра). Для выбранных значений Z используют формулу:

,

Где Z1 = 1 м, Z0 - шероховатость поверхности земли, U1 - скорость ветра на высоте 1 м, выбирается по климатическим справочникам (табл. 1).

Для практических расчетов построены аппроксимирующие формулы:

, ,

Где ХМ - расстояние, на котором наблюдается максимальная концентрация QM, = H / z, Н - высота выброса примеси.

Для диапазона 0,4 8 можно использовать приближенные соотношения:

,

, ,

См - максимальное значение примеси при наиболее неблагоприятных условиях и определяется по формуле:

,

Где коэффициент А, характеризующий неблагоприятные конвективные условия, скорость ветра, неблагоприятную для рассеивания выбросов данного источника, приподнятые инверсии непосредственно над источником выбросов, штилевые зоны и туманы; М - масса вредного вещества выбрасываемого в атмосферу; F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосфере, г/с; M и N - коэффициенты, учитывающие условия выхода примеси, зависящие от стратификации и других факторов состояния атмосферы; Н - высота выброса над уровнем подстилающей поверхности, м; - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности; T - разница температур примеси и окружающего воздуха Q1 - расход примеси, м3/с.

Для рассматриваемой энергоустановки масса вредных веществ выбрасываемых в атмосферу определяется одним из 13 (8) режимов, так как основная часть графика нагрузки энергоустановки соответствует работе ее в стационарных условиях на режиме номинальной мощности. Таким образом, значения Gi (Табл.) - выброс рассматриваемых компонентов в г/ч, рассчитанные по формулам 1.2 - 1.17 для режима 75 % номинальной мощности двигателя определяют массовый выброс Мi компонентов с отработавшими газами энергоустановки по формуле:

,

Где Gi, H - масса выброса вредного вещества на номинальном режиме, г/ч.

Выбросы примеси энергетической установки имеют температуру значительно выше температуры окружающей среды, то есть являются горячими выбросами, в этом случае, при определении Н - Высоты выброса необходимо учитывать начальный подъем примеси Н, м, определяющийся ее скоростью выхода V, м/с и перегревом Т относительно окружающего воздуха Токр, С, а также радиусом устья трубы R0, М.

Тогда Н представляет сумму начального подъема примеси Н и геометрической высоты источника Ни:

Н = Н + Ни,

,

Где Uф - скорость ветра на уровне флюгера м/с, то есть Zф = 10 м; V - скорость выхода примеси из трубы, м/с; T - разница температур примеси и окружающего воздуха, 0С.

Q1 - Расход примеси, м3/с, равен суммарному расходу топлива и воздуха энергоустановки:

,

Где Ст - плотность топлива, в расчетах можно принять равной Ст = 740 кг/м3 и СВ - плотность воздуха, кг/м3;(табл. 4); GT, GB - расход топлива и воздуха на номинальном режиме работы двигателя, кг/ч (таблица исходных данных).

Коэффициент А Для Центральной части Европейской территории РФ коэффициент равен А = 120; для Северной - и Северо - Западной части, Среднего Поволжья, Урала А = 160; для района Сибири и Дальнего Востока - А = 200.

Безразмерный коэффициент F для газообразных веществ и мелкодисперсных аэрозолей равен F = 1, для пыли и золы F = 2 ... 3.

Безразмерный коэффициент обычно в приближенных расчетах принимается равным 1 или задается из условия расположения предприятия.

Безразмерный коэффициент M определяется по формуле:

,

В которой параметр F определяется по формуле:

,

,

Где Dи - диаметр источника выброса, м.

Значение безразмерного коэффициента N определяется по формулам:

При Vm 0,3 n = 3

При 0,3 < Vm 2

При Vm > 2 n = 1,

Где величина Vm определяется расходом газо-воздушной смеси Q1 в устье источника выброса, м/с:

.

Похожие статьи




ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ПРИ УСЛОВИИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ, Вертикальное рассеивание примеси в пространстве - Экологическая экспертиза энергетических средств

Предыдущая | Следующая