大气污染控制学 (9)VIP免费

第四章大气扩散浓度估算模式4.1湍流扩散的基本理论目的要求：了解湍流的概念及分类；重点：湍流的分类；授课方式：讲授一、湍流概念1、概念大气的无规则运动称为大气湍流。风速的脉动（或涨落）和风向的摆动就是湍流作用的结果；2、分类（1）按照湍流形成原因可分为两种湍流：热力湍流：由于垂直方向温度分布不均匀引起的，其强度主要取决于大气稳定度；机械湍流：由于垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度引起的，其强度主要取决于风速梯度和地面粗糙度；风和湍流是决定污染物在大气中扩散稀释的最直接最本质的因素，风速越大，湍流越强，污染物扩散速度越快，污染物的浓度就越低；其他一切气象因素都是通过风和湍流的作用来影响扩散稀释的；二、湍流扩散理论大气扩散的基本问题，是研究湍流与烟流传播和物质浓度衰减的关系问题。目前处理这类问题有三种广泛应用的理论：梯度输送理论、湍流统计理论和相似理论；1、梯度输送理论梯度输送理论是通过菲克扩散理论的类比建立起来的。湍流梯度输送理论进一步假定，由大气湍流引起的某物质的扩散，类似于分子扩散，并可用同样的分子扩散方程描述；【扩散的概念：当物质内有梯度（化学位、浓度、应力梯度等）存在时，由于物质的热运动而导致质点的定向迁移过程；扩散是一种传质过程；扩散的本质是质点的热运动；菲克第一定律：在扩散过程中，单位时间通过单位横截面积的质点数目J正比于扩散质点的浓度梯度；】2、湍流统计理论泰勒应用统计学方法研究湍流扩散问题，提出了著名的泰勒公式。图4-1，从污染源排放出的粒子在风沿着x方向吹的湍流大气中扩散的情况；假定大气湍流场是均匀、定常的，从原点放出的一个粒子的位置用y表示，则y随时间而变化，但其平均值为零。如果从原点放出很多粒子，则在x轴上粒子的浓度最高，浓度分布以x轴为对称轴，并符合正态分布。萨顿应用泰勒公式提出了解决污染物在大气中扩散的实用模式。高斯应用湍流统计理论得到了正态分布假设下的扩散模式，即通常所说的高斯模式。高斯模式是目前应用较广的模式。4.2高斯扩散模式目的要求：理解无界空间连续点源扩散模式及地面连续点源扩散模式；理解并掌握高斯模式的有关假定，高架连续点源扩散模式及相关计算公式；重点：高架连续点源扩散模式及相关计算公式；难点：镜像法推导高架连续点源高斯模式；授课方式：讲授一、高斯模式的有关假定1、坐标系高斯模式的坐标系如图4-2所示，其原点为排放点（无界点源或地面源）或高架源排放点在地面的投影点，x轴正向为平均风向，y轴在水平面上垂直于x轴，正向在x轴的左侧，z轴垂直于水平面xoy，向上为正向，即为右手坐标系。在这种坐标系中，烟流中心线或与x轴重合，或在xoy面的投影为x轴。2、四点假设大量的实验和理论研究证明，特别是对于连续点源的平均烟流，其浓度分布是符合正态分布的。因此做如下假设：（1）污染物浓度在y、z轴上的分布符合高斯分布（正态分布）；（2）在全部空间中风速是均匀的、稳定的；（3）源强是连续均匀的；（4）在扩散过程中污染物质的质量是守恒的；二、无界空间连续点源扩散模式由假设（1）可以写出下风向任一点（x，y，z）的污染物平均浓度的分布函数：（4-1）由概率统计理论可以写出方差的表达式：（4-2）由假设（4）可以写出源强的积分式：（4-3）式中：——污染物在y、z方向分布的标准差，m；——任一点处污染物的浓度，g/m3；——平均风速，m/s；Q——源强，g/s；由上面四个方程组成的方程组，其中可以测量或计算的已知量有源强Q、平均风速、标准差，未知量有浓度、待定函数A（x）、待定系数a、b。因此方程组可以求解。将式（4-1）代入式（4-2）中，积分后得（4-4）将式（4-1）和（4-4）代入式（4-3），积分后得（4-5）再将式（4-4）和（4-5）代入式（4-1）中，便得到无界空间连续点源扩散的高斯模式：（4-6）三、高架连续点源扩散模式高架连续点源的扩散问题，必须考虑地面对扩散的影响。按全反射原理，用“像源法”来处理这一问题。如图4-3所示，可以把P点的污染物浓度看成两部分的贡献之和：一部分是不存在地面时P点所具有的污染物浓度；另一部分是由于地面反射作用所增加的污染物浓度...