Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Распространение в атмосфере газообразных выбросов тепловых электрических станций. 6
1.1. Загрязнение атмосферы выбросами тепловых электрических станций 6
1.2. Экологическое состояние воздушного бассейна на территории республики Татарстан
1.3. Дымовые трубы ТЭС 17
1.4.Диффузия загрязняющих выбросов в атмосфере 19
1.5. Основные типы математических моделей распространения загрязнений в атмосфере. 32
Глава 2. Моделирование профиля скорости ветра и вертикального распределения коэффициента турбулентной диффузии 44
2.1. Аппроксимация профиля скорости ветра при решении задач распространении выбросов 44
2.2. Моделирование вертикального распределения коэффициента турбулентной диффузии при решении задач распространения выбросов 59
Глава 3. Моделирование начального подъема выбросов тепловых электрических станций 63
3.1. Расчет траектории струи нагретого газа при истечении в движущийся газовый поток ...63
3.2. Расчет динамического подъема выбросов в пограничном слое атмосферы 72
3.3. Расчет теплового подъема выбросов в пограничном слое атмосферы 81
3.4. Совместный расчет динамического и теплового подъема, 92
Глава 4. Расчет пространственного распределения концентрации выбросов тепловых электрических станций в атмосферу 96
4.1. Математическая модель для расчета поля концентрации выбросов тепловых электрических станций в атмосферу 96
4.2. Разностные схемы для решения уравнения диффузии 99
4.3. Аналитические выражения для приземной концентрации выбросов 102
4.4. Построение гауссовой аппроксимации для пространственного распределения концентрации выбросов 109
4.5. Сравнение результатов расчета приземной концентрации с экспериментальными данными 116
4.6. Зависимость приземной концентрации от расстояния и скорости ветра 121
4.7. Зависимость приземной концентрации выбросов из труб Казанских ТЭЦ-1,ТЭЦ-2,ТЭЦ-3 от расстояния и скорости ветра 127
4.7.1. Распространение выбросов от Казанской ТЭЦ-1 127
4.7.2. Распространение выбросов от Казанской ТЭЦ-2 130
4.7.3. Распространение выбросов от Казанской ТЭЦ-3 133
Выводы 136
Литература 137
- Экологическое состояние воздушного бассейна на территории республики Татарстан
- Моделирование вертикального распределения коэффициента турбулентной диффузии при решении задач распространения выбросов
- Расчет динамического подъема выбросов в пограничном слое атмосферы
- Разностные схемы для решения уравнения диффузии
Введение к работе
Актуальность исследования. В настоящее время существует много различных моделей, позволяющих рассчитать распространение выбросов тепловых электрических станций в атмосфере. Большинство моделей в конечном итоге сводятся к каким-либо аналитическим выражениям или численным решениям, которые могут позволить рассчитать поля концентраций'выбросов в зависимости от параметров источника выбросов, метеорологических условий и подстилающей поверхности. Создание компьютерных программ, основанных на математических моделях, позволяет значительно упростить расчеты полей концентрации и поэтому является необходимым для предсказания загрязнения окружающей среды выбросами вредных веществ в атмосферу. За рубежом для расчета концентрации выбросов используют гауссовы модели, а для вычисления начального подъема применяют простые формулы, основанные на экспериментальных данных. В нашей стране для расчета распределения концентрации выбросов используется нормативная методика ОНД-86, позволяющая адекватно предсказать распределение приземной концентрации выбросов для умеренно неустойчивого состояния атмосферы, и не учитывающая такие существенные факторы, как класс устойчивости атмосферы и шероховатость подстилающей поверхности, расположение источника выбросов в пограничном слое атмосферы (ПСА). Поэтому создание математической модели, учитывающей перечисленные факторы, является актуальным.
Целью работы является разработка математической модели для описания распространения в атмосфере выбросов из труб энергетических предприятий. Работа включает создание методик расчета концентрации газообразных выбросов и создание соответствующих программ для ЭВМ. В качестве составной части работы выступает задача создания модели начального подъема выбросов в ПСА.
Научная новизна полученных в работе результатов:
построены аппроксимации профиля скорости вера в пограничном слое атмосферы;
получены аналитические выражения для траектории и высоты динамического и теплового начального подъема выбросов в. пограничном слое атмосферы, учитывающие изменение скорости ветра с высотой;
получены аналитические решения для траектории струи нагретого газа при истечении в движущийся газовой поток;
разработана математическая модель начального подъема выбросов в пограничном слое атмосферы с учетом совместности динамического и теплового подъема; ' " ' ,
на основе предложенных выражений для аппроксимации профиля скорости ветра и модели начального подъема построена математийЖяжттидиш ран странсния выбросов от высотного точечного источники в 11^^
атмосферы, учитывающая метеорологические условия и параметры источника выбросов.
Достоверность результатов работы обеспечивается использованием математических моделей, отражающих реальный характер исследуемых процессов, математически корректной постановкой решаемых задач, удовлетворительным согласованием полученных зависимостей и расчетных значений с имеющимися в литературе экспериментальными данными и результатами других авторов.
Практическая значимость. Разработана математическая модель, позволяющая рассчитывать поле концентраций выбросов для различных параметров источника выбросов, метеорологических условий и шероховатости подстилающей поверхности, реализованная в виде комплекса компьютерных программ. Для Казанских ТЭЦ-1, ТЭЦ-2, ТЭЦ-3 получены значения максимальной приземной концентрации диоксидов серы и азота на заданном расстоянии от источника и значения скорости ветра, при которой достигаются эти значения. Результаты работы включены в лекционные курсы для студентов направления «Теплоэнергетика».
Личный вклад автора заключается в создании математической модели и методики расчета распространения выбросов ТЭС в атмосфере и проведении параметрических исследований.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на VI Научно-практической конференции молодых ученых и специалистов РТ (Казань, 2001 г.), Российской научно-практической конференции «Энергосбережение, экология, эффективность» (Ижевск, 2002 г.), 4-ой Российской научно-технической конференции «Энергосбережение в городском хозяйстве, энергетике, промышленности» (Ульяновск, 2003 г.), Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы надежности технологических, энергетических и транспортных машин» (Самара, 2003 г.), IV международном симпозиуме «Ресурсоэффективность и энергосбережение в современных условиях хозяйствования» (Казань, 2003 г.)
Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 9 печатных работ.
Автор защищает разработанную математическую модель, методику расчета и результаты параметрических исследований распространения выбросов ТЭС в атмосфере.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, списка литературы (189 наименований) и содержит 154 страницы печатного текста, включая 15 таблиц и 72 рисунка.
Экологическое состояние воздушного бассейна на территории республики Татарстан
В 2001 г. промышленными; предприятиями республики; Татарстан выброшено в атмосферный воздух 292,91 тыс. т загрязняющих веществ [82] I (против 310,96 тыс. т в 2000 г.). Сокращение выбросов в атмосферу на 18,05 тыс. т, в том числе диоксида серы - на 10,1 тыс. т, оксидов азота - на 3,2 тыс. т, летучих органических соединений - на 2,8 тыс.т, углеводородов - 2,7 тыс. ти взвешенных веществ на 0,08 тыс. т, обусловлено выполнением ряда воздухоохранных мероприятий, а также снижением доли сжигания высокосернистого мазута на предприятиях топливно-энергетического комплекса. Только структурные подразделения; ПЭО «Татэнерго» в 2001 г. сократили использование мазута на 82,09 тыс. т по отношению к предыдущему году. Незначительное увеличение выбросов оксида углерода в 2001 г. на 0,335 тыс. т по сравнению с 2000 г. объясняется ростом объема производства на предприятиях машиностроительного комплекса.
На рис. 1.2.1 показана доля загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу от стационарных источников. Диаграмма на рис. 1.2.1 дает представление о распределении в 2001 г. выбросов в атмосферном воздухе отдельных загрязняющих веществ от стационарных источников. Основную долю в загрязнение атмосферного воздуха вносят углеводороды, включающие такие вещества, как предельные и непредельные углеводороды, бутилацетат, бутанол, этанол, изобутилен, изопрен и др., большая часть которых поступает в воздушный бассейн от источников загрязнения, расположенных на предприятиях топливной и нефтехимической промышленности (ОАО «Татнефть», ОАО «Нижнекамскнефтехим», ОАО «Казаньоргсинтез», ОАО «Тасма-Холдинг»).
По отношению к 2000 г. произошло незначительное снижение выбросов загрязняющих веществ на предприятиях топливного (на 1,83 тыс. т), теплоэнергетического (на 13,626 тыс. т), строительного (на 0,107 тыс. т), лесного и деревообрабатывающего (на 0,125 тыс. т) комплексов и некоторое увеличение на предприятиях машиностроительного комплекса (на 0,303 тыс. т), в пищевой отрасли (на 0,793 тыс. т), на предприятиях транспорта и связи (на 0,845 тыс. т).
Как видно из рис. 1.2.2, несмотря на принятый ряд мер по охране окружающей среды, теплоэнергетическая промышленность все же остается одним из основных источников загрязнения атмосферы. Выработка 1 млн. кВт-ч электроэнергии на ТЭЦ связана с выработкой 10 тонн золы и 15 тонн сернистого ангидрида. В процессе сжигания низкосортных углей и мазута происходит образование большого количества твердых частиц, углекислого газа и азота, пятиокиси ванадия, являющейся канцерогенным веществом первого класса опасности, а также выделение тяжелых металлов.
В ряде городов республики наметилась тенденция к увеличению выбросов в атмосферу загрязняющих веществ промышленными источниками и автотранспортом. Наибольший вклад в загрязнение атмосферы городов оксидами азота и диоксидами серы вносят объекты теплоэнергетики, а оксидами углерода - автотранспорт.
Дымовая труба является элементом технологического цикла ТЭС и предназначена для выброса дымовых газов в атмосферу. Дымовая; труба представляет собой сложное и дорогостоящее сооружение. Ее конструкция зависит от высоты, агрессивности дымовых газов, мощности электростанции, свойств золы и способа золоулавливания [141, 142]. Размеры дымовых труб по высоте и диаметру унифицированы. Высота труб берется из ряда: 120, 150, 180, 210, 240, 270, 300, 330, 360, 390; 420, 450 м; а диаметр устья составляет соответственно одно из следующих значений: 6; 7,2; 8,4; 9,6; 10,8; 12; 13,8 м:
Дымовая труба состоит из газоотводящего ствола или футеровки, несущей конструкции и фундамента. Оболочка воспринимает ветровые и весовые нагрузки и передает их на фундамент, газоотводящий ствол воспринимает воздействие агрессивной среды дымовых газов.
В качестве оболочки дымовых труб получила применение конструкция из монолитного железобетона, выполняемого как правило, конической формы с изменяющейся по высоте толщиной стенки и степенью армирования. Верхняя; часть трубы может на определенной части высоты выполняться цилиндрической формы. Внутренняя часть оболочек обычно гладкая, либо имеет уступы для укладки: футеровки из кирпича. Оболочка опирается; на: железобетонный фундамент, который может иметь несколько вариантов выполнения: сплошной, кольцевой и др.
Газоотводящий ствол может; выполняться по-разному. Чаще всего он непосредственно примыкает к внутренней поверхности оболочки и имеет также коническую форму. Для агрессивных газов (в случае сернистых топлив) — из кислотоупорного кирпича. Футеровку выполняют участками высотой 10 м, она опирается на кольцевые выступы оболочки (консоли). Для повышения надежности трубы при работе на агрессивных газах может выполняться вентилируемый зазор толщиной 200-400 мм между оболочкой и футеровкой. В него с помощью вентилятора подается воздух, нагретый в паровых калориферах до 60-80С. В подобных трубах осмотр и ремонт частей, соприкасающихся с дымовыми газами, в процессе эксплуатации невозможен без отключения связанных с ними паровых котлов Дымовые трубы с отдельным газоотводящим стволом имеют газоотводящий ствол цилиндрической; формы, между железобетонной оболочкой и газоотводящим стволом устраивается проходное обслуживаемое пространство. Это исключает возможность проникновения дымовых газов в железобетонную оболочку через газоотводящий ствол и дает возможность осмотра газоотводящего ствола и ремонта его с наружной стороны в процессе эксплуатации. Газоотводящий ствол должен обладать высокой коррозионной стойкостью и; газоплотностью, выдерживать заданную температуру дымовых газов, противостоять растрескиванию. Чаще всего газоотводящий ствол, выполняется из стали.
Многоствольная дымовая труба состоит из железобетонной: оболочки, внутри которой расположены металлические газоотводящие стволы с наружной теплоизоляцией. Между стволами предусматривают обслуживаемое пространство. Газоотводящие стволы могут быть подвесными и самонесущими. Многоствольные дымовые трубы могут иметь разное число стволов (обычно 2-6), а стволы - различную форму поперечного сечения. В многоствольной дымовой трубе каждый газоотводящий ствол может рассматриваться как самостоятельная дымовая труба, которую можно отключать и ремонтировать независимо от других стволов. При; этом условия обслуживания и ремонта будут лучше, чем для одноствольных труб.
Многоствольные трубы получили распространение на ТЭЦ, где каждый ствол обслуживает свою группу паровых или водогрейных котлов. Установка одной, многоствольной трубы на ТЭЦ удешевляет ее стоимость, при этом создается мощный дымовой факел, высоко поднимающийся над трубой.
Моделирование вертикального распределения коэффициента турбулентной диффузии при решении задач распространения выбросов
В теории стационарного и горизонтально однородного пограничного слоя атмосферы коэффициент турбулентной диффузии обычно представляется в виде k(z) = u Ak() (2.2.1) К сожалению, теория пограничного слоя атмосферы не позволяет достаточно точно определить, безразмерный профиль коэффициента турбулентной диффузии к ().
Имеющиеся экспериментальные данные показывают, что, какг правило, до некоторой высоты имеет место близкий к линейному рост коэффициента турбулентной диффузии, сменяющийся затем убыванием [94]. Поскольку характер этого убывания точно неизвестен, для задания вертикального коэффициента турбулентности широко используется приближение Юдина-Швеца [13], согласно которому коэффициент турбулентной, диффузии после участка линейного роста считается: постоянным. Зададим функцию к() в формуле (2.2.1) в виде k=dkC при Стах = 4 тах:При С Стах- (2-2-3)
Отличие выражения (2.2.3) от сходного выражения в [13] состоит в том,.что оно записано относительно безразмерных величин, кроме того, коэффициенты d% считаются зависящими от класса устойчивости атмосферы. Подставляя (2.2.3) в (2.2.1) получаем выражение к = d u z при z zmax, к - d uifzms при z zmax. (2.2.4) Можно отметить, что выражение (2.2.4) является комбинацией известных приближений Юдина-Швеца и Будыко [13, 43]. Значения коэффициентов d для каждого класса устойчивости атмосферы в [160] оценивались с помощью экспериментально полученных значений параметра вертикальной диффузии
Значения параметра вертикальной диффузии В для разных значений Ни разных классов устойчивости атмосферы приводятся в [43]. Отметим, что параметр d%- не зависит от Н, поэтому нахождение d сводится к; применению метода наименьших квадратов.
Физический смысл этого условия состоит в том, что высота излома коэффициента турбулентной диффузии zmax пропорциональна характерному масштабу пограничного слоя атмосферы X = %u tf В" [13] гтах интерпретируется, как высота приземного подслоя, а величина а полагается равной 0,05.
Отождествление высоты максимума коэффициента турбулентной диффузии с границей приземного подслоя представляется, на наш взгляд, неправомерным, поскольку приземный подслой составляет около 5 % ПСА [4], а максимум коэффициента турбулентной диффузии при сильной неустойчивости находится примерно на высоте z /2 (z , = Я - толщина пограничного слоя) и смещается в нижнюю часть ПСА при переходе к устойчивой; стратификации, достигая при умеренной устойчивости высоты (l/3-l/4)z.
Согласно (2.2.7) zmax/z меняется от 0,75 для 1 класса до 0,14 для 6 класса (для 4 класса zmax/z = 0,4125), что достаточно хорошо согласуется с оценкой этой величины в работах [51, 64]. Значения высоты пограничного слоя z , коэффициента турбулентной диффузии kj на высоте 1 м и его максимальные значения ктлх на высоте zmax вычисленные при ZQ= 0,2 м для шести классов устойчивости при средних значениях скорости ветра для этих классов її (из [4]), также содержатся в табл. 2.2.1. Из данных табл. 2.2.1 можно заключить, что при типичных скоростях ветра для 2, 3 и 4 классов устойчивости атмосферы начальный подъем и рассеивание выбросов ТЭС происходят в основном в пределах ПСА, тогда как для 1, 5 и 6 классов устойчивости атмосферы начальный подъем происходит вне пределов ПСА.
Задачи о вертикальном и горизонтальном истечении струи нагретого газа в сносящий поток представляют интерес в связи; с моделированием распространения выбросов энергетических предприятий. В настоящем разделе скорость сносящего потока и будем считать постоянной по высоте. В случае вертикального истечения для расчета концентраций загрязняющих атмосферу выбросов необходимо определить эффективную высоту источника выбросов Н [141, 144]. Начальный подъем; вызывается двумя причинами:, вертикальной скоростью дымовых: газов на срезе трубы (динамический подъем) и силами плавучести, возникающими, если температура дымовых газов превышает температуру окружающего воздуха (тепловой подъем).
Расчет динамического подъема выбросов в пограничном слое атмосферы
Рассмотрим случай холодных выбросов (температура выбрасываемых газов и окружающей атмосферы одинакова), когда имеется і только динамический подъем, а тепловой подъем отсутствует, В случае нагретых выбросов, обычно приближенно принимается, что динамический и тепловой подъем можно рассчитывать независимо.
Пусть стационарный точечный источник выбросов геометрической высоты h расположен в начале ортогональной системы координат, причем ось х ориентирована по направлению ветра в приземном слое, а ось z — вертикально вверх, значение z =0 соответствует срезу трубы.
В настоящей работе для профиля скорости в ПСА принимается аппроксимация (2.1.4). Дія обыкновенного дифференциального уравнения (3.2.1) с профилем скорости ветра (2.1.4) имеем очевидное граничное условие на срезе трубы z=0 при ;с=0. Легко убедиться, что поставленная краевая задача внутри ПСА для профиля скорости ветра (2.L4) имеет следующее аналитическое решение Использование аппроксимации (2.1.4) предполагает зависимость параметра or от класса устойчивости, скорости ветра и и шероховатости ZQ.
Соотношение (3.2.2) дает параметрическое уравнение траектории динамической составляющей начального подъема и позволяют по заданному значению z определить соответствующее значение координаты х. При а —О получаем из (3.2.2) известный параболический закон для траектории динамического подъема z хт.
Начальный подъем обычно считается завершенным, когда угол наклона траектории становится равен некоторой заданной величине, т.е. Координата z, соответствующая этой точке, условно принимается за начальный подъем ДА..
Анализ полученных формул показывает, что высота начального подъема будет максимальной, если подъем будет происходить в ПСА при й=0 (обозначим эту величину A/ Q), а наименьшей, если источник выбросов находится вне ПСА (обозначим эту величину ДЛ&).
Представляет интерес сравнение полученных зависимостей с известными формулами Берлянда, Бриггса и Холланда для вычисления динамического подъема дымового факела, полученными на основе обработки экспериментальных данных (эти формулы приведены в разделе 1.5).
Проще всего провести сравнение, используя явное выражение (3.2.6). Формулу Берлянда (3.2.12) можно рассматривать как предельный случай выражения (3.2.6) при сг=0. Выражения (3.2.13) и (3.2.15) дают аналогичные зависимости, отличающиеся лишь численными коэффициентами. Отметим, что в (3.2.13) и (3.2.15) при а Ф 0 начальный подъем Ah - h a. При а Ф 0 из (3.2.6) 1 следует Ah - FJp . При а = 0,5 соотношение (1.5.7) дает Ah - Fm , то есть имеем зависимость Ah от Fm, такую же, как в формуле Бригтса для сильно устойчивых состояний атмосферы (3.2.14). Зависимость показателя степени /?=l/(l+ct) выражений (3.2.3), (3.2.6) от скорости ветра «ю при разных значениях параметра шероховатости ZQ ДЛЯ 2, 3, и 4 класса устойчивости атмосферы показана на рис. 3.2.1-3.2.3 соответственно. На рис, 3.2.4 изображена зависимость величины /? от скорости ветра що ДЛЯ 2, 3,4, 5 классов устойчивости при шероховатости ZQ=0,4 М. Траектория центра дымового факела в случае чисто динамического подъема представлена на рис 3.2.5-3.2.7. Рассмотрим в качестве примера источник выбросов высотой А=240 м, скорость газов на срезе трубы WQ—20 м/с, радиус устья дымовой трубы о=3 м, шероховатость подстилающей поверхности z0=0,2 М, скорость ветра «ю=3 м/с. Расчеты проводились при tgj3o=0,\ и сд=5 (отметим, что при таком значении параметра сд и неустойчивой стратификации атмосферы уравнения для ДА (3.2.5) и формула Берлянда (3.2,12) дают близкие результаты).
Разностные схемы для решения уравнения диффузии
Параболическое уравнение (4.1.2) с граничными условиями (4; 1.3) и (4,1.4) решается с помощью двух разностных методов - схемы типа Кранка-Николсона и явной разностной схемы Дюфорта-Франкела [170].
Здесь Ax, Az.- шаг по л: и no z, соответственно; і - номер слоя пох, j номер слоя по z, j3\ = l-p 0,5 /3 1, {$ - параметр схемы. При 0 -1 имеем неявную схему первого порядка точности по х, при р = 0,5 получим схему Кранка-Николсона второго порядка точности по х. Схема (4.2.4) является трехслойной по і, то есть для начала счета следует иметь значения s на двух слоях х (для двухслойной схемы (4.2.1) следует иметь значение s только на одном предыдущем слое).
Непосредственное использование условия на верхней границе z = H\ s=0 вместо условия (4.1.4) может оказаться неудобным, поскольку приводит к тому, что, начиная с некоторого расстояния от источника, закон сохранения массы примеси перестает выполняться, так как верхняя граница расчетной области начинает играть роль поглощающей поверхности. Непосредственная реализация начального условия (4.1.3) в численном алгоритме представляет определенные затруднения, поэтому в некотором сечении х = XQ вблизи источника в настоящей работе в качестве начальных распределений s брались значения, рассчитанные по какой-либо гауссовой методике. Выбор этой гауссовой методики практически не сказывается на численном решении.
Сравнение численного и аналитического методов решения рассматриваемой краевой задачи показывает, что приведенные выше конечные соотношения в случае неустойчивой и нейтральной стратификации атмосферы можно рассматривать как аналитическое решение этой краевой задачи для приземной концентрации примеси. Для 2-4 классов устойчивости атмосферы относительное отличие численного решения и результатов расчета по аналитическим соотношениям обычно не превосходит 10-15 % и увеличивается при удалении от источника выбросов (так, для расстояний от источника порядка 30 км разница результатов расчета может достигнуть 30 %). При этом численное решение дает большие значения концентрации, нежели расчет по приведенным выше формулам.
Проведенный анализ показывает, что расхождение результатов расчета численным методом и по аналитическим формулам возрастает в тех случаях, когда начальный подъем выбросов происходит вне ПСА. Подобные ситуации реализуются прежде всего для 1, 5, 6 классов устойчивости атмосферы, когда скорость ветра обычно невелика и ПСА сравнительно тонкий. Изменение величины шероховатости подстилающей поверхности ZQ практически не влияет на отличие численного и аналитического решений. Можно сделать вывод, что аналитические соотношения для приземной концентрации лучше использовать при неустойчивой и нейтральной стратификации атмосферы и источнике выбросов в пределах ПСА.
Отметим, что известная методика Института экспериментальной метеорологии [43] для расчета приземной концентрации также основана на использовании выражения (4.3.1), при этом для каждого класса устойчивости атмосферы параметр вертикальной диффузии примеси В$ определяется из экспериментальных данных, тогда как подход настоящей: работы состоит в вычислении BQ по формулам (4.3.5). Отметим также, что соотношение (4.3.6) положено в. основу определения величины BQ В экспериментах на метеорологических мачтах, проведенных для легких частиц [43]. Результаты этих экспериментов дают для каждого класса устойчивости атмосферы зависимость В от высоты Н, осредненную по скорости ветра. Поэтому для сравнения с экспериментом была рассчитана зависимость В от Н для средней (для соответствующего класса устойчивости) скорости ветра. Рассчитанные в рамках предлагаемой; модели для аппроксимации скорости ветра, (2.1.4) значения параметра вертикальной диффузии В оказываются близкими к их экспериментальным значениям. На рис. 4.3.2 изображена зависимость В от высоты Я для 2,3 и 4 классов устойчивости атмосферы, полученная для средних значений скорости ветра для этих классов устойчивости при Z0«O,2 м, здесь же показаны соответствующие экспериментальные значения. Зависимость параметра вертикальной диффузии от высоты источника выброса Н. Цифры у кривых соответствуют классу устойчивости атмосферы; линии — расчет по предлагаемой модели, значки - данные эксперимента.
Подход к вычислению приземной концентрации настоящего раздела состоит в подстановке в (4.3.2) соответствующих выражений для профиля ветра и коэффициента турбулентной диффузии. В случае выражений для скорости ветра (3.1.3) и (3.1.4) интегралы вычисляются точно, а для «логарифмических» профилей (3.1.6) и (3.1.8) соответствующие определенные интегралы приходится рассчитывать по каким-либо квадратурным формулам.
Известно [141], что в распределении приземной концентрации по направлению ветра можно выделить участок, на котором дымовой факел еще не оказывает влияния на поверхность. Далее за этим участком происходит резкий рост приземной концентрации выбросов, приземная концентрация на некотором расстоянии от трубы хт достигает своего максимального значения qm, а затем происходит убывание.
Пространственное распределение концентрации выбросов (4.4.1), (4.4.5) (4.4.6) для источника выброса в ПСА и условий неустойчивой и нейтральной стратификации оказывается близким к результату расчета численным методом раздела 4.1. В качестве иллюстрации этого на рис 4.4.5-4,4.7 показано вертикальное распределение концентрации при различных расстояниях от источника выброса, полученное численным методом (линия 1), с помощью гауссовой аппроксимации (линия 2) и согласно (4.4.7) (линия 3). Высота источника выброса данного примера h = 240 м, скорость газов на срезе трубы WQ . = 20 м/с, радиус устья дымовой трубы RQ = 3 м, температура газов TQ =
К, температура окружающего воздуха Та = 300 К, скорость ветра К]0 = 5 м/с, шероховатость 0,2 м. Распределение приземной концентрации для этого варианта представлено на рис. 4.4.8, линии 1, 2, 3 соответственно - это расчет численным методом, с помощь помощью гауссовой аппроксимации и по аналитическим формулам раздела 4.3.
