Метод, основанный на решении уравнения турбулентной диффузии

Работы по атмосферной диффузии, основанные на результатах интегрирования уравнения турбулентной диффузии атмосферных примесей, лежат в основе используемого в нашей стране нормативного документа ОНД-86 " Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий".

Основным показателем степени загрязнения воздуха промышленными предприятиями является максимально возможная концентрация примеси в приземном слое воздуха, обозначаемая как С_m. Поэтому решив уравнение турбулентной диффузии относительно С_m и введя для удобства пользователей коэффициенты, рассчитываемые по интерполяционным формулам, Берлянд получил следующие уравнения.

Итак при выброса нагретой ГВС из одиночного точечного источника с круглым устьем максимальное значение приземной концентрации ЗВ С_m (мг/м³) достигается при неблагоприятных метеоусловиях на расстоянии X_m от источника и определяется по формуле:

(12)

М - массовый поток выброса, г/с.

А - коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы и определяющий условия рассеивания ЗВ. С учетом результатов экспериментальных исследований рассеяния ЗВ в различных районах СНГ коэффициент А принят:

240 - для субтропической зоны Средней Азии;

200 - для Казахстана, нижнего поволжья, Кавказа, Молдовы, Сибири, Дальнего Востока;

160 - для Севера и Северо-запада ЕТС, Среднего Поволжья, Урала и Украины;

120 - для центральной части ЕТС.

F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания ЗВ в воздухе. для газообразных веществ и мелкодисперсных аэрозолей, скорость оседания которых практически равна 0, F принимается равным 1; для аэрозолей при степени очистки выбросов ³ 90% равным 2; при степени очистки от 75 до 90% F = 2, 5; < 75% и при отсутствии очистки F = 3.

h - высота источника выброса над уровнем земли, м. Подъем факела учтен в самой формуле (12), поэтому в нее подставляется геометрическая высота источника. Для наземных источников при расчетах по формуле (12) принимается h = 2 м (в отличие от формулы Сеттона, где для наземного источника h может быть равна 0).

h - безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности. В случае ровной местности с перепадом высот не более 50 м на 1 км h = 1.

DТ - разность между температурой ГВС и окружающего воздуха, ^оС.

V - расход ГВС, м³/с. Рассчитывается по формуле:

(13)

где D - диаметр устья источника, м;

w_o - линейная скорость выхода ГВС.

m и n - коэффициенты, учитывающие условия выхода ГВС из устья источника. Они определяются в зависимости от вспомогательных параметров f и V_m, используемых при нахождении опасной скорости ветра:

для нагретых источников (14)

(15)

При f < 100 (16)

при f ³ 100 (17)

Иногда m находят графически в зависимости от f.

Для нахождения n используют формулы:

n = 1 при V_m > 2 (18)

при 0, 3 < V_m £ 2 (19)

n = 3 при V_m £ 0, 3 (20)

Расстояние X_m (м) от источника выбросов, на котором приземная концентрация при неблагоприятных метеоусловиях достигает максимального значения С_m (мг/м³), находят по формуле (21):

(21)

где безразмерный коэффициент d находят по формулам:

при V_m £ 0, 5 (22)

при 0, 5 < V_m £ 2 (23)

при V_m > 2 (24)

Частным случаем рассмотренной формулы для расчета С_m является формула для расчета рассеяния холодных выбросов:

(25)

причем n определяется по тем же формулам (18-20), что и для нагретых выбросов с той лишь разницей, что V_m рассчитывают по формуле:

(26)

При этом параметр d, необходимый для расчета Х_m находят:

d = 5, 7 при V_m £ 0, 5 (27)

d = 11, 4 V_m при 0, 5 < V_m £ 2 (28)

d = 16, 1 при V_m > 2 (29)

Хотя в рассматриваемых формулах и не фигурирует скорость ветра, расчет производится для неблагоприятных, с точки зрения, рассеяния ЗВ метеоусловиях, т.е. при опасной скорости ветра (в отличие от метода Сеттона, где расчетной считается скорость ветра 1м/с).

При любой другой скорости ветра U, отличающейся от опасной Um, максимальное значение приземной концентрации ЗВ (С_mu) рассчитывают с учетом поправки r:

(30)

где r зависит от отношения U/um:

при U/um £ 1 (31)

при U/um > 1 (32)

Расстояние до точки, где наблюдается максимальная приземная концентрация ЗВ при скорости ветра U, рассчитывают с учетом поправки р:

(33)

р = 3 при U/um £ 0, 25 (34)

при 0, 25 < U/um £ 1 (35)

при U/um > 1 (36)

Метод позволяет рассчитать приземную концентрацию примеси в атмосфере по оси факела на различных расстояниях X от источника выброса:

С(X, 0, 0)=S₁C_m (37)

где S₁ зависит от отношения X/X_m:

при Х/Х_m £ 1 (38)

при 1 < Х/Х_m £ 8 (39)

при Х/Х_m > 8

и F £ 1, 5 (40)

при Х/Х_m > 8

и F > 1, 5 (41)

Для низких и наземных источников (h < 10м) при значениях X < X_m величина S₁ заменяется на S*₁, зависящую от X/X_m и от h:

при 2 £ h < 10 (42)

Значение приземной концентрации ЗВ в атмосфере на расстоянии Y по перпендикуляру к оси факела выброса определяется по формуле:

С(X, Y, 0) = S₂C(X, 0, 0) (43)

где безразмерный коэффициент S₂ рассчитывается в зависимости от скорости ветра и отношения Y/X:

(44)

 

Особенности метода Берлянда

1. Метод дает сопоставимые с наблюдаемыми значения концентраций для мощных источников: w_o > 15 м/с; V_ГВС > 45000 м³/час.

2. Метод предназначен главным образом для расчета приземных концентраций ЗВ в двухметровом слое над поверхностью земли. Однако с помощью определенных поправок можно рассчитывать и вертикальное распределение концентраций.

3. Расчет производится для неблагоприятных метеоусловий, а следовательно для опасной скорости ветра.

4. В формулы (12) и (25) подставляется геометрическая высота трубы h, т.к. подъем факела учтен при выводе формулы.

5. Расчетами по методу Берлянда и методу Сеттона определяются разовые концентрации, относящиеся к 20-30-минутному интервалу осреднения. Оценка опасности загрязнения атмосферы по рассчитанным значениям концентраций ЗВ выполняется поэтому путем их сопоставления с максимально разовыми ПДК. Следовательно при проектировании предприятий, при расчете ПДВ следует учитывать условие:

С_m £ ПДК_мр (45)

Для веществ, для которых установлены только среднесуточные ПДК, используется приближенное соотношение между максимальными значениями разовых и среднегодовых концентраций, поэтому в соответствии с гигиеническими требованиями должно выполняться условие:

0, 1 С_m £ ПДК_cc (46)

 

Метод суперпозиции

При наличии нескольких источников расчет выполняется на основе суперпозиции полей концентраций от отдельных источников. Сложность в том, что разные источники имеют разную опасную скорость ветра.

В простейшем случае при U_m = const.

Если расстояние между трубами не превышает более чем в 3-4 раза их среднюю высоту, то можно принять, что источники находятся в одной точке. Если при этом выброс распределяется равномерно на N труб одинаковой высоты и диаметра, то значение С_m находят по формуле:

(47)

где - суммарный объем выходящих газов.

Для этого случая вспомогательный параметр V_m рассчитывают по формуле:

(48)

В остальном схема расчета аналогична рассмотренной выше для точечного источника.

Для источников с разной опасной скоростью ветра наибольшая концентрация примерно соответствует так называемой средневзвешенной опасной скорости ветра U_mc, которая находится по уравнению:

(49)

где N - число источников.

В данном случае достаточно сначала определить для каждого источника наибольшую концентрацию С_mu и расстояние X_mu, на котором она наблюдается при скорости ветра U = U_mc. Затем, если источники расположены близко друг к другу или группируются вдоль некоторой линии, то суммарную концентрацию от всех источников в рассматриваемых точках находят графическим сложением. С этой целью для каждого источника строятся кривые изменения концентрации с расстоянием, рассчитанные для U_mc. Все кривые наносят на один график, а затем для каждого расстояния Х складываются ординаты кривых и находится суммарная концентрация. Расчеты показывают, что положение общего максимума обычно совпадает с точкой X_mu для одного из источников (обычно наиболее мощного).

В некоторых случаях, когда опасная скорость ветра для отдельных наиболее мощных источников U_mi значительно отличается от средневзвешенной U_mc, расчеты ведутся как для U_mc, так и для других скоростей ветра, как правило равных U_mi. Это позволяет уточнить расчеты в окрестностях источников со скоростями U_mi, избежав при этом расчетов для неопределенно большого числа значений скоростей ветра.

В общем случае, когда источники не могут быть сведены в точку или на прямую линию, рассчитываются поля концентраций от каждого источника в узлах некоторой достаточно густой сетки точек (при каком-либо направлении ветра) с учетом падения концентраций в перпендикулярном ветру направлении Y. Далее производится сложение полей концентраций, создаваемых всеми источниками, путем суммирования расчетных концентраций в узлах сетки.

Очевидно, что следует учесть различные направления ветра, поскольку в зависимости от них изменяется относительное расположение источников и по-разному склаюываются создаваемые ими концентрации. Очевидно, что такие вычисления даже для небольшого числа точек трудоемки и могут быть надежно выполнены лишь на ЭВМ.

В ряде случаев расчеты можно упростить за счет того, что концентрации в поперечном к ветру направлении убывают значительно быстрее, чем вдоль ветра. Поэтому в целях определения наибольшей суммарной концентрации достаточно рассмотреть только те направления ветра, которые проходят через пары основных источников. При этом в каждом направлении нужно, в первую очередь, производить вычисления в точках, соответствующих максимумам концентраций от наиболее мощных источников. Если расчет необходимо произвести в направлении ветра, перпендикулярном линии, соединяющей основные источники, то расчет, в первую очередь производят под факелом основного по мощности выброса источника, учитывая вклады всех других.

 

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться: