trình bày bài toán về sự khếch tán trong không khí
GVHD: PGS.TS Trương Tích Thiện SVTH: Võ Kiên Truân 29 Luận văn tốt nghiệp 4.1 Bài toán 1: Tính nồng độ phân bố khí thải tại các vò trí dọc theo hướng gió thổi (trục x). Với các thông số: chiều cao hình học ống khói (h) 68,58 m; đường kính ống khói (D) 3,81 m; tải lượng phát thải (M) 47.25 g/s; vận tốc gió tham khảo (tại độ cao 10m) 2,5 m/s; vận tốc thoát ra của khí thải (u_kt) 12,2 m/s; nhiệt độ khí thải (T_kt) 394.3 ; nhiệt độ môi trường (T_mt) 291.48 ; áp suất khí quyển 1000 mbar. Ở bài toán này, tôi dùng chương trình Matlab để giải theo phương pháp Gauss – được trình bày trong chương Cơ sở tính toán. 4.1.1 Bài toán 1a: Tính nồng độ phát thải dọc theo hướng gió thổi (x, y=0, z=0) Biểu đồ 4.1a. Nồng độ phát thải theo phương x (khu vực đô thò) Biểu đồ 4.1b. Nồng độ phát thải theo phương x (khu vực nông thôn) GVHD: PGS.TS Trương Tích Thiện SVTH: Võ Kiên Truân 30 Luận văn tốt nghiệp 4.1.2 Bài toán 1b: Tính nồng độ phát thải tại mặt đất (x,y,z=0) Cấp Khu vực đô thò Khu vực nông thôn A B C GVHD: PGS.TS Trương Tích Thiện SVTH: Võ Kiên Truân 31 Luận văn tốt nghiệp D E F Biểu đồ 4.2. Nồng độ phát thải tại mặt đất, Đô thò – Nông thôn Nhận xét: Nồng độ cực tại trong cả hai trường hợp trên đều nhỏ hơn nồng độ tối đa cho phép ( - TCVN 5937 – 2005). Bằng cách vẽ biểu đồ theo công thức Gauss, giúp người kỹ sư có thể có cái nhìn tổng quát về sự phân bố chất ô nhiễm sau nguồn phát thải (theo hướng gió), vò trí và giá trò nồng độ đại để có thể đánh giá tác động của nguồn thải đến khu dân cư lân cận. Tuy nhiên, phương pháp xác đònh theo mô hình Gauss có hạn chế: phương pháp lập các đường cong phân bố chất ô nhiễm không thể phục vụ cho việc tính toán nhanh tại hiện trường. GVHD: PGS.TS Trương Tích Thiện SVTH: Võ Kiên Truân 32 Luận văn tốt nghiệp 4.2 Bài toán 2: Đánh giá vùng ảnh hưởng của hiện tượng bóng rợp khí động Như đã trình bày trong chương Cơ sở tính toán , hiện tượng bóng rợp khí động xuất hiện phía trước, trên và sau các công trình xây dựng, tại đây nồng độ chất ô nhiễm tăng lên khá cao. Đo đó, trong tính toán (nhất là tại các ống khói thấp, nằm gần khu dân cư) cần phải lưu tâm đến vấn đề này. Trong phần này, tác giả xem xét các dạng sau: Hình dạng, kích thước công trình. Vò trí của điểm phát thải. Đòa hình đồi núi – thung lũng. 4.2.1 Hình dạng – kích thước công trình: Trong phần này, ta khảo sát 3 mô hình với kích thước, hình dạng công trình khác nhau. Các điều kiện biên và môi trường là như nhau: nhiệt độ môi trường (23 ), vận tốc gió (9 m/s, tại độ cao 10m), kích thước miền khảo sát là 2000m x 500m. Ba mô hình được khảo sát như sau: Mô hình 2a Mô hình 2b Mô hình 2c GVHD: PGS.TS Trương Tích Thiện SVTH: Võ Kiên Truân 33 Luận văn tốt nghiệp Đầu tiên ta khảo sát mô hình tòa nhà đầu rộng (theo hướng gió), kích thước tòa nhà là 400m x 100m Hình 4.1a. Mô hình 2a – cụm tòa nhà với tòa nhà đầu rộng Kết quả biểu thò phân bố của vận tốc gió Hình 4.1b. Sự phân bố vận tốc theo phương x – Mô hình 2a GVHD: PGS.TS Trương Tích Thiện SVTH: Võ Kiên Truân 34 Luận văn tốt nghiệp Hình 4.1c. Vectơ vận tốc theo phương x – Mô hình 2a Với kích thước tòa nhà đầu (400 x 100 m), và khoảng cách giữa 2 tòa nhà là 500m thì vùng bóng rợp khí động khá lớn, bao phủ vùng không gian phía trước, phía trên tòa nhà đầu và giữa hai tòa nhà. Ta tiến hành giảm kích thước tòa nhà đầu (200 x 100m) để thấy sự khác biệt. Hình 4.2a. Mô hình 2b – cụm tòa nhà với tòa nhà đầu hẹp GVHD: PGS.TS Trương Tích Thiện SVTH: Võ Kiên Truân 35 Luận văn tốt nghiệp Kết quả biểu thò phân bố vận tốc: Hình 4.2b. Sự phân bố vận tốc theo phương x – Mô hình 2b Hình 4.2c. Vectơ vận tốc theo phương x – Mô hình 2b Ta thấy rằng, kích thước vùng bóng rợp khí động giảm đáng kể khi giảm kích thước tòa đầu (theo chiều gió). GVHD: PGS.TS Trương Tích Thiện SVTH: Võ Kiên Truân 36 Luận văn tốt nghiệp Ta tiến hành xem xét thêm trường hợp công trình có dạng hình chóp có chiều cao 100m. Hình 4.3a. Mô hình 2c – Tòa nhà có dạng hình chóp Kết quả biểu thò phân bố vận tốc: Hình 4.3b. Sự phân bố vận tốc theo phương x – Mô hình 2c GVHD: PGS.TS Trương Tích Thiện SVTH: Võ Kiên Truân 37 Luận văn tốt nghiệp Hình 4.3c. Vectơ vận tốc theo phương x – Mô hình 2c Với tòa nhà dạng hình chóp, kích thước vùng bóng rợp khí động là khá nhỏ, nên sẽ không có ảnh hưởng lớn đến quá trình khuếch tán chất thải. Vì vậy, kích thước vùng bóng rợp khí động phụ thuộc vào dạng hình học công trình, kích thước công trình (vật cản) tại mặt đất. GVHD: PGS.TS Trương Tích Thiện SVTH: Võ Kiên Truân 38 Luận văn tốt nghiệp 4.2.2 Điểm phát thải nằm ngoài vùng bóng rợp khí động: Để thấy rõ hơn ảnh hưởng của hiện tượng bóng rợp khí động, ta tiến hành so sánh 2 mô hình sau: Hình 4.4. Mô hình 3a - tòa nhà rộng Hình 4.5. Mô hình 3b - tòa nhà hẹp Trong cả 2 mô hình trên, ống khói có chiều cao 2 m (tính từ mặt trên tòa nhà), đường kính 0,6 m. Nhiệt độ khói thải tại miệng ống khói là 100 , vận tốc khói thải là 5 m/s, vận tốc gió là 2 m/s (đo tại độ cao 10m), nhiệt độ môi trường là 25 , chất phát thải là , các thông số đặc tính lưu chất (độ nhớt, khối lượng riêng) lấy tại nhiệt độ 273 (tra cứu trong phần help của phần mềm Ansys). Kết quả xuất ra là nhiệt độ và khối lượng riêng lấy theo thời gian 5s, 10s, 20s, 30s, 40s tương ứng với từng mô hình. Bảng 4.1a. Bảng so sánh nhiệt độ, mô hình 3a – 3b Mô hình 2d Mô hình 2e [...]... nghiệp 56 4.4 Bài toán 4: chất phát thải là khí (nặng hơn không khí) Ở các bài toán 2 và 3, chất phát thải là chất khí (nhẹ hơn không khí) nên chất thải có xu hướng chuyển động lên trên Trong phần này, ta thay thế bằng chất khí để nghiên cứu quá trình khuếch tán Dùng mô hình 6 (hình 4.8) với cùng điều kiện môi trường, vận tốc gió, nhiệt độ chất thải tại miệng ống khói Quá trình khuếch tán khí như sau:... xét: Ở mô hình này, vùng chòu ô nhiễm nặng nhất không phải là công trình phía sau ống khói (theo hướng gió thổi) mà là sườn núi phía trước ống khói Khói thải không thoát lên trên mà chuyển động trong thung lũng Khi xây dựng nguồn thải trong thung lũng gặp rất nhiều bất lợi, chiều cao ống khói khá cao nhưng khả năng khuếch tán khí thì không hiệu quả Vì vậy, trong thiết kế, quy hoạch các khu công nghiệp... phần mềm Ansys) Vùng bóng rợp khí động do công trình gây ra: Hình 4.6b Sự phân bố vận tốc theo phương x – Mô hình 4 GVHD: PGS.TS Trương Tích Thiện SVTH: Võ Kiên Truân Luận văn tốt nghiệp 43 Theo như hình trên, ta thấy toàn bộ ống khói nằm trong khu vực bóng rợp khí động Đây là một điều không tốt trong việc khuếch tán chất thải đi xa nguồn thải Ta cùng xem xét quá trình khuếch tán chất thải theo thời gian... hiện tượng ô nhiễm cục bộ Ý nghóa: Bài toán phục vụ cho việc tính toán kích thước công trình, chiều cao ống khói ứng với các điều kiện xung quanh, tránh gây nên hiện tượng ô nhiễm cục bộ GVHD: PGS.TS Trương Tích Thiện SVTH: Võ Kiên Truân Luận văn tốt nghiệp 42 4.2.3 Điểm phát thải nằm trong vùng bóng rơp khí động: Trường hợp nguồn thải nằm hoàn toàn trong vùng bóng rợp khí động (do tòa nhà đầu – theo... tượng bóng rợp khí động Kích thước vùng bóng rợp khí động tác động lớn đến sự khuếch tán chất thải của nguồn thải điểm (nhất là nguồn điểm, thấp) Công trình (dưới chân ống khói) càng rộng thì nồng độ chất ô nhiễm cục bộ tại chân ống khói càng lớn Ngược lại, đối với công trình có kích thước nhỏ, chất ô nhiễm có khuynh hướng khuếch tán lên cao, nồng độ chất ô nhiễm phân bố đều trong mô trường, không gây nên... 35s Với 2 thông số đặc trưng là nhiệt độ và trọng lượng riêng Bảng 4.2 Bảng nhiệt độ – dung trọng trong mô hình 4 NHIỆT ĐỘ GVHD: PGS.TS Trương Tích Thiện DUNG TRỌNG SVTH: Võ Kiên Truân Luận văn tốt nghiệp 44 Nhận xét: Trong trường hợp này, trong 30 giây đầu quá trình khuếch tán, chất ô nhiễm không khuếch tán đi xa nguồn thải Thay vì chất thải chuyển động lên cao nhờ lực nâng (do vận tốc ban đầu của chất... chất ô nhiễm lại khuếch tán ngược hướng gió thổi Quá trình này làm cho khu vực chân ống khói có nồng độ chất ô nhiễm lớn Ý nghóa: Việc nhìn nhận vùng bóng rợp khí động và tác động của nó đến quá trình khuếch tán chất thải có ý nghóa quan trọng Giúp ta tránh được sai lầm trong việc xác đònh vò trí đặt ống khói hoặc kích thước công trình phía trước ống khói (theo hướng gió thổi) Bài toán này có thể mở rộng... riêng) lấy tại nhiệt độ 273 (tra cứu trong phần help của Ansys) Kết quả mô phỏng sự phân bố theo thời gian 10s, 30s, 100s, 110s, 150s, 170s, 210s, 250s, 280s: Hình 4.7b Sự phân bố NH3 – Mô hình 5, 10s sau khi phát thải GVHD: PGS.TS Trương Tích Thiện SVTH: Võ Kiên Truân Luận văn tốt nghiệp 46 Hình 4.7c Sự phân bố NH3 – Mô hình 5, 30s sau khi phát thải Hình 4.7d Sự phân bố NH3 – Mô hình 5, 100s sau khi... thải trong đòa hình thung lũng Đánh giá vùng chòu ô nhiễm lớn để tiến hành đo đạc (đối với các nguồn thải đã đưa vào hoạt động) GVHD: PGS.TS Trương Tích Thiện SVTH: Võ Kiên Truân Luận văn tốt nghiệp 50 4.3 Bài toán 3: Đánh giá ảnh hưởng của vận tốc gió Gió là yếu tố quan trọng giúp vận chuyển chất thải ra xa nguồn thải Tuy nhiên, không phải vận tốc gió càng lớn thì càng thuận lợi cho quá trình khuếch tán. .. 4.7e Sự phân bố NH3 – Mô hình 5, 110s sau khi phát thải Hình 4.7g Sự phân bố NH3 – Mô hình 5, 150s sau khi phát thải GVHD: PGS.TS Trương Tích Thiện SVTH: Võ Kiên Truân Luận văn tốt nghiệp 48 Hình 4.7h Sự phân bố NH3 – Mô hình 5, 170s sau khi phát thải Hình 4.7i Sự phân bố NH3 – Mô hình 5, 210s sau khi phát thải GVHD: PGS.TS Trương Tích Thiện SVTH: Võ Kiên Truân Luận văn tốt nghiệp 49 Hình 4.7k Sự phân