Tính toán khuếch tán nguồn điểm cao

TÍNH TOỄN KHU CH TỄN CH T Ơ NHI M TỪ CỄC NGU N ĐI M CAO N I DUNG 3.1 Phân lọi ngu n th̉i 3.2 Phương trình vi phân b̉n đ tính n ng độ ch t nhi m MTKK 3.3 Tính tốn phân b n ng độ ch t ô nhi m theo mô hình Gauss 3.4 Chi u cao hi u qủ c a ng kh́i 3.1 Phân lọi ngu n th̉i Phân lọi ngu n th̉i  Ngu n m: ống khói, ống xả khí  Chất nhiễm từ điểm miệng ống khói, miệng ống x khí  Ngu n đư ng: cửa mái gió nhà cơng nghiệp, ơtơ nối chạy đường  Chất nhiễm bốc vào khí thành vệt dài  Ngu n mặt: bãi chứa vật liệu có bốc bụi, bốc khí độc hại  chất ô nhiễm bốc vào khí từ bề mặt có diện tích rộng Ngu n m  Ngu n m cao: • Là nguồn có d ng ống khói, đứng độc lập chỗ trống khơng bị chướng ng i vật đồi núi hay nhà cửa che chắn xung quanh đứng quần thể cơng trình độ cao vượt ngồi vùng bóng khí động vật cản cơng trình nhà cửa xung quanh gây • Thơng thường ống khói có độ cao ≥ 2,5 lần chiều cao chướng ng i vật công trình lân cận  xem nguồn điểm cao  Ngu n m th p: • Ngược lại với điều vừa nêu ta có nguồn điểm thấp 3.2 Phương trình vi phân b̉n đ tính n ng độ ch t nhi m MTKK (tham khảo tài liệu) Phương trình vi phân c a trình khu ch tán (TI P) Các trường hợp khu ch tán m t chi u, hai chi u ba chi u (ti p)  Đối với toán chiều: Q C(x) = πτ k  Đối với toán chiều: Q C(x,y) = τ k ExP [- πτ k k  Đối với toán chiều: Q C(x,y,z) = ExP [- πτ kk k ExP [- ] τ k τ k (3.9) + ] k + k + (3.10) k ] (3.11) Với Q lượng phát thải chất ô nhĩm nguồn điểm tức thời (g kg) M t s k t lu n  Nồng độ ô nhĩm tỉ lệ thuận bậc với cường độ phát thải  Sự pha lỗng khí thải cách hịa trộn thêm khơng khí vào khí thải khơng có tác dụng đáng kể đến việc giảm nồng độ chất nhĩm mặt đất • Thêm khơng khí để pha lỗng khí thải  làm tăng chiều cao hiệu qu ống khói vận tốc khí miệng ống khói tăng  Điều có ý nghĩa vận tốc gió bé • Khi pha lỗng khí thải nhiệt độ giảm  độ nâng cao luồng khói nhiệt gi m • Tóm lại, pha lỗng có tác dụng trực tiếp đến gi m nồng độ chất ô nhiễm luồng khói vùng gần ống khói  Chi u cao hi u qủ c a ng kh́i g m thành phần : chiều cao hình học h, độ nâng luồng khói vận tốc ∆hv độ nâng luồng khói chênh lệch nhiệt độ ∆ht : H = h + ∆hv + ∆ht M t s k t lu n (TI P)  Khi độ cao hiệu ống khói tương đương  nồng độ nhiễm cuối hướng gió tỉ lệ nghịch với vận tốc gió  Vận tốc gió tăng gấp nồng độ nhĩm mặt đất giảm khoảng 1,5 lần  Các công thức xác định nồng độ mặt đất thu với giả thiết mặt đất phẳng  nh hưởng địa hình khơng phẳng kể đến hệ số hiệu chỉnh độ cao hiệu qu ống khói  Vị trí mặt đất có nồng độ cực đại Cmax hàm số độ ổn định khí • Trong điều kiện khơng ổn định  vị trí có Cmax nằm gần ống khói • Khi khí ổn định  vị trí có Cmax nằm xa ống khói B̉ng 3.3 - Các h s a, b, c, d công thức 3.38 Cấp ổn định x ≤ km x ≥ km a b c d b c d A 213 440,8 1,941 9,27 459,7 2,094 -9,6 B 156 106,6 1,149 3,3 108,2 1,098 2,0 C 104 61 0,911 61 0,911 D 68 33,2 0,725 -1,7 44,5 0,516 -13 E 50,5 22,8 0,678 -1,3 55,4 0,305 -34 F 34 14,35 0,740 -0,35 62,6 0,180 -48,6  Tính tốn σy σz theo công thức (3.38) cho kết sát với số liệu tra biểu đồ với cấp ổn định D, E, F Tuy nhiên số trường hợp có sai số lớn Ví dụ cấp ổn định B x = km sai số -60% Các cấp ổn định c a kh́  Theo Pasquill Gifford cấp ổn định khí có liên quan chặt chẽ tới biến thiên nhiệt độ khơng khí theo độ cao  Tùy theo chiều hướng mức độ thay đổi nhiệt độ theo chiều cao ta có trường hợp: đẳng nhiệt, đo n nhiệt, siêu đo n nhiệt nghịch nhiệt (hình 3.11)  Sự biến thiên nhiệt độ theo chiều cao phụ thuộc vào yếu tố thời tiết xạ mặt trời ban ngày, độ mây ban đêm, vận tốc gió,…  b̉ng 3.4 c p ̉n định c a khí quy n ph thuộc vào y u t khí hậu khác Pasquill đ xu t ứng với đường cong σy σz biểu đồ hình 3.9 3.10 Các cấp ổn định c a kh́ (ti p) Các cấp ổn định c a kh́ (ti p) Bảng 3.4 Xác định cấp ổn định khí theo Pasquill Ṃnh Vừa Yu 10m, m/s Đ mây ban đêm M ng đ quang đ mây ≥ 4/8 mây ≤ 3/8 E F D E D D D D Các cấp ổn định A, B,…, F tương ứng với ký hiệu biểu đồ 3.9 3.10 Độ mây xác định t̉ lệ vùng trời bị mây phủ so với toàn bầu trời nhìn thấy đường chân trời Bức xạ mặt trời mạnh ứng với trường hợp nắng gắt vào buổi trưa mùa hè Bức xạ mặt trời yếu ứng với trường hợp nắng vào buổi trưa mùa đơng Điều kiện trung tính áp dụng cho trường hợp trời nhiều mây ban ngày ban đêm Vào ban đêm gió yếu (< m/s) trời trong, điều kiện hình thành nhiều sương giá, lan tỏa theo chiều đứng nhỏ rõ rệt so với cấp F, bảng 3.4 để trống không xác định cấp ổn định luồng khói có khả di chuyển theo hướng định Đối với cấp ổn định trung gian A – B, B – C,…các hệ số σy σz lấy giá trị trung bình cấp tương ứng Các cấp ổn định c a kh́ (ti p)  Sự phân cấp độ ổn định khí theo Pasquill cịn cụ thể hóa phụ thuộc theo độ cao mặt trời (hώ), lượng mây tầng thấp, tầng cao tổng cộng (nt, nc, no) có mặt lớp tuyết phủ số yếu tố khác cơng trình nghiêm cứu Tunner, Ulig,… B̉ng 3.5 Phân cấp ổn định kh́ theo đ cao mặt trời đ mây Ban ngày vgió (m/s) 600 1–2 3 h  = 15 ÷ 600 1–2 2–3 3–4 h  < 150 Ngày đêm nt = ÷ 10 2–3 3 4 4 4 Ban đêm no = ÷ no ≤ nc = ÷ 10 5–6 6–7 4 4 BÀI T P (tương ṭ v́ d 3.4.1/tr 88, Ô nhi m không kh́ xử lỦ kh́ th̉i ậ T p 1) Tính tốn nồng độ chất nhĩm Cx mặt đất vị trí cách nguồn thải x = km nằm trục gió qua nguồn & nồng độ cực đại mặt đất Cmax theo công thức tính tốn Pasquill Gifford (mơ hình Gauss), biết:  Chiều cao hiệu nguồn thải H = 80 m  Tải lượng chất ô nhĩm M = 450 g/s  Vận tốc gió trung bình u = 4,5 m/s u cầu tính tốn cho trường hợp sau: a Khí khơng ổn định vừa (cấp ổn định B) b Khí có mức ổn định trung tính (cấp ổn định D) c Khí ổn định vừa (cấp ổn định F) Nhận xét kết tính tốn Cx Cmax cho trường hợp 3.4 CHI U CAO HI U QUẢ C A NG KHÓI 27 CHI U CAO HI U QUẢ C A • Tại miệng ống khói, nhờ vận tốc phụt, luồng khói có động ban đầu làm cho có xu hướng bốc thẳng đứng lên • Mặt khác, nhiệt độ khói cao nhiệt độ khơng khí xung quanh  luồng khói chịu tác dụng lực chênh lệch nhiệt độ gây • Cùng với lực nâng, luồng khói chịu tác dụng lực gió nằm ngang  đỉnh cao luồng khói nằm cách ống khói khoảng cách định xi theo chiều gió • Khi đạt độ cao ấy, tức động ban đầu luồng khói bị triệt tiêu nhiệt độ khói trở nên cân với nhiệt độ khí kết q trình hịa trộn khơng khí xung quanh  luồng khói giữ phương nằm ngang song song với chiều gió NG KHĨI Các cơng thức t́nh tốn đ nâng cao trung bình c a luồng khói • Công thức c a Davidson W.F (tham khảo tài lịu) • Cơng thức c a Bosanquet ậ Garey Halton (tham khảo tài lịu) • Cơng thức c a Holland (tham khảo tài lịu) • Cơng thức Briggs G.A Cơng thức Briggs G.A • Các phương pháp xác định độ nâng luồng khói điều kiện khí ổn định hồn tồn đáp ứng yêu cầu có sở lý thuyết rõ ràng tiến hành quan trắc, đo đạc thực tế tương đối đơn giản để bổ sung cho lý thuyết • Trong điều kiện ổn định, giai đoạn đầu phát triển luồng khói tác dụng lực  độ rối bên luồng chiếm ưu so với độ rối không khí xung quanh • Tuy nhiên, điều kiện trung tính khơng ổn định khí  luồng khói uốn lượn cuối đạt độ cao mà độ rối bên ngồi trở nên đáng kể so với độ rối bên luồng, lúc luồng khói ngừng phát triển  Trường hợp phức tạp cho công việc nghiên cứu quan sát, nhiên lại trường hợp phổ biến Công thức Briggs G.A (ti p) Briggs (1975) nghiên cứu đưa công thức sau áp dụng cho điều kịn có tác dụng lực chủ yếu (ứng với cấp ổn định từ A ÷ D) ,m (3.55) Trong đó:  F - lực ban đầu luồng khói xác định theo công thức: , m4/ s3 (3.56)     g – gia tốc trọng trường, m/s2 ω – vận tốc ban đầu luồng khói miệng ống khói, m/s D – đường kính miệng ống khói, m Tkhói & Txq: nhiệt độ tuyệt đối luồng khói & khơng khí xung quanh, K  u – vận tốc gió, m/s  xf – khoảng cách từ nguồn đến điểm kết thúc độ nâng cao trung bình luồng khói: • Khi F < 55 m4/s3 xf = 50F0,625 • Khi F ≥ 55 m4/s3 xf = 120F0,4 Cơng thức Briggs G.A (ti p)  Riêng với cấp trung t́nh c a kh́ (cấp ổn định D), Briggs cịn đưa cơng thức: ,m (3.57) Trong đó: - gọi vận tốc ma sát • Đối với mặt đất phẳng có thảm cỏ trồng trọt nông nghiệp  u* = 0,6 – 0,7 m/s • h – chiều cao thực tế ống khói, m Cơng thức Briggs G.A (ti p)  Trường hợp có nghịch nhi t, cơng thức Briggs có dạng : (3.58)  Khi trời đứng gió, độ nâng cao luồng khói xác định theo cơng thức: (3.59) Công thức Briggs G.A (ti p) Trường hợp tác dụng lực chủ yếu (ứng với cấp ổn định E, F: khí ổn định): F Δh = 2,6 u / m Trong đó:  F - lực ban đầu luồng khói xác định theo công thức (3.56), m4/ s3  u – vận tốc gió, m/s  S – thơng số ổn định khí xác định sau S= g Ə q Ə • Cấp ổn định E: ƏT/Əz = 0,02 K/m • Cấp ổn định F: ƏT/Əz = 0,035 K/m CHI U CAO HI U QUẢ C A H = h + Δh Trong đó:  H: Chiều cao hiệu ống khói, (m)  h: Chiều cao thực tế ống khói, (m)  Δh: độ nâng cao trung bình luồng khói, (m) NG KHĨI ... có độ cao ≥ 2,5 lần chiều cao chướng ng i vật cơng trình lân cận  xem nguồn điểm cao  Ngu n m th p: • Ngược lại với điều vừa nêu ta có nguồn điểm thấp 3.2 Phương trình vi phân b̉n đ tính n... c a mơ hình Gauss sở (TI P) N ng độ t̉ng cộng tính đực t̀ (3.30) (3.31) là: (3.32)  Đây cơng thức tính tốn khuếch tán chất nhiễm từ nguồn điểm cao liên tục h̀ng ś theo mô hình Gauss mà cịn... x, ta tính tốn khoảng cách xM từ (3.35), sau tính σy phụ thuộc vào x M biểu đồ hình 3.9 bảng 3.2 thay vào (3.34) ta có: (3.36) H s khu ch tán σy σz  Để áp dụng cơng thức tính tốn khuếch tán theo