第一节 大气污染物的扩散 一、湍流与湍流扩散理论 1. 湍流 低层大气中的风向是不断地变化，上下左右出现摆动；同时，风速也是时强时弱，形成迅速的阵风起伏。风的这种强度与方向随时间不规则的变化形成的空气运动称为大气湍流。湍流运动是由无数结构紧密的流体微团——湍涡组成，其特征量的时间与空间分布都具有随机性，但它们的统计平均值仍然遵循一定的规律。大气湍流的流动特征尺度一般取离地面的高度，比流体在管道内流动时要大得多，湍涡的大小及其发展基本不受空间的限制，因此在较小的平均风速下就能有很高的雷诺数，从而达到湍流状态。所以近地层的大气始终处于湍流状态，尤其在大气边界层内，气流受下垫面影响，湍流运动更为剧烈。大气湍流造成流场各部分强烈混合，能使 局 部的污染气体或 微粒 迅速扩散。烟 团在大气的湍流混合作 用 下，由湍涡不断把 烟 气推 向周 围 空气中，同时又 将 周 围 的空气卷 入 烟 团，从而形成烟 气的快 速扩散稀 释 过 程 。 烟 气在大气中的扩散特征取决 于是否 存 在湍流以及湍涡的尺度(直 径 )，如 图 5－ 7 所示 。图5－ 7（ a） 为无湍流时，烟 团仅 仅 依 靠 分子扩散使 烟 团长 大，烟 团的扩散速率 非 常 缓 慢 ，其扩散速率 比湍流扩散小 5～ 6 个 数量级 ；图 5－ 7（ b） 为烟 团在远 小于其尺度的湍涡中扩散，由于烟 团边缘 受到小湍涡的扰 动，逐 渐 与周 边空气混合而缓 慢 膨 胀 ，浓 度逐 渐 降 低，烟 流几 乎 呈 直 线 向下风运动；图5－ 7（ c） 为烟 团在与其尺度接 近的湍涡中扩散，在湍涡的切 入 卷 出作 用 下烟 团被 迅速撕 裂 ，大幅 度变形，横 截面快 速膨 胀 ，因而扩散较快 ，烟 流呈 小摆幅 曲 线 向下风运动；图5－ 7（ d） 为烟 团在远 大于其尺度的湍涡中扩散，烟 团受大湍涡的卷 吸 扰 动影响较弱，其本身 膨 胀 有限，烟 团在大湍涡的夹 带 下作 较大摆幅 的蛇 形曲 线 运动。实 际 上烟 云 的扩散过 程 通 常 不是仅 由上述 单 一情 况 所完 成，因为大气中同时并 存 的湍涡具有各种不同的尺度。 根 据 湍流的形成与发展趋 势 ，大气湍流可 分为机械 湍流和 热 力 湍流两 种形式 。机械 湍流是因地面的摩 擦 力 使 风在垂 直 方向产 生 速度梯 度，或 者 由于地面障 碍 物(如...
