Введение к работе
Актуальность проблемы. С развитием промышленности, несмотря на совершенствование способов очистки, увеличивается количество загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу в виде вентиляционных и технологических выбросов.
Из многочисленных загрязнителей атмосферы, по определению комитета экспертов ВОЗ ООН, основными являются взвешенные частицы, затем сернистые соединения, окислы азота, окись углерода и окси-данты. Взвешенные частицы составляют около 10% от общего выброса вредных веществ в атмосферу. Пылевой выброс только систем вентиляции в СССР превышает I млн. т. в год. По данным специалистов США рост количества пыли, образующейся в промышленности,составля-" ет 4$ ежегодно.
Радикальные меры защиты атмосферы от загрязнения взвешенными частицами состоят в применении такой технологии, которая исключает выделение их, или в изоляции и улавливании пыли в очистных установках. Однако, полная очистка выбросов от пыли связана с таким резким ростом затрат, который делает производство экономически невыгодным. Поэтому приходится считаться с выбросом аэрозолей промышленными предприятиями в атмосферу.
Знание закономерностей рассеивания вредных веществ в атмосфере дает возможность прогнозировать изменение степени загрязнения приземного слоя воздуха при строительстве новых и модернизации существующих предприятий, определять оптимальные требования к технологическим процессам, оборудованию и очистным установкам, рационально размещать здания и сооружения на промышленных площадках, рассчитывать необходимую высоту источников выбросов.
Наиболее разработанными в настоящее время являются вопросы распространения газовых загрязнителей. Зависимости, описывающие распространение в атмосфере газов и паров, применяют, как правило, и для расчетов рассеивания пылевых выбросов, что является приемлемым только для мелкодисперсных аэрозолей. В этой связи проблема комплексных исследований процесса рассеивания в приземном слое атмосферного воздуха аэрозолей, содержащих частицы различной величины, плотности и формы, является актуальной и представляет научный и практический интерес.
Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является создание научно обоснованного метода расчета распространения пылевых вентиляционных и технологических выбросов, который позволяет оценивать степень загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха над промплощадками и селитебными территориями.
Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие основные задачи:
исследовать аэродинамику застройки и установить зависимости, определяющие протяженность циркуляционных' зон, возникающих при обтекании зданий различной взаимной ориентации воздушный потоком произвольного направления;
получить математическое описание поля скоростей ветрового потока, набегающего на здание;
исследовать закономерности распространения взвешенных частиц различного размера, плотности и формы в турбулентном воздушном потоке как от низких, так и от высоких источников;
- разработать методику, позволяющую рассчитывать поля приземных концентраций пыли, содержащейся в вентиляционных и технологических выбросах.
Методика моделирования базировалась на анализе результатов имеющихся теоретических исследований и экспериментальных работ в аэродинамических трубах с учетом положений теории подобия и с применением методов математической статистики при обработке полученных данных. Для решения поставленных задач были использованы также методы численного моделирования. Численные эксперименты проведены на ЭВМ EC-I033.
Научная новизна работы заключается в том, что получены зависимости, позволяющие рассчитывать распределение приземных концентраций взвешенных частиц различной величины, плотности и формы за препятствиями, определять протяженность циркуляционных зон, возникающих около групп зданий разной высоты с различной взаимной ориент ацией фасадов при выбранном направлении ветрового потока.
Практическая ценность. На основе исследований предложен инженерный метод расчета распространения пылевых вентиляционных выбросов и определения степени загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха. Метод позволяет рассчитывать распределение приземных концентраций пыли по любому направлению, находить максимальные приземные концентрации и расстояния, на которых они наблюдаются, определять необходимую степень очистки выбросов, оптимальную высоту источников, величину предельно допустимого выброса, а также разрабатывать технические и организационные мероприятия по улучшению состояния воздушной среды.
Реализация и внедрение результатов работы. Результаты исследований были использованы в процессе разработки комплексных мероприятий по охране окружающей среды для Московского завода тракторных гидроагрегатов (1982 г.),
- б -
Лихославльского завода светотехнических изделий "Светотехника" (1987 г.), завода "Центролит" (г.Каунас, 1988 г.), Московского инструментального завода "Калибр" (1988 г.). Для создания математических моделей АСУ микроклиматом корпусов опытно-производственного завода НИПКИ "Терминал" (1988 г.) использованы результаты работы по исследованию аэродинамики групп зданий разной высоты. При выборе мест воздухозабора систем вентиляции была проведена оценка степени загрязнения воздушной среды над территорией промплощадки. Методика расчета протяженности циркуляционных зон, разработанная на основе исследований аэродинамики промышленных застроек, нашла применение при определении ветрового режима территорий, на которых размещаются здания и очистные сооружения, проектируемые Ыосводо-канал НИИ проектом.
На защиту выносятся: I) зависимости для расчета протяженности циркуляционных зон отдельно стоячего здания при различных направлениях ветрового потока; 2) зависимости и метод расчета протяженности циркуляционных зон для групп зданий разной высоты с различной взаимной ориентацией фасадов при произвольном направлении ветра; 3) метод расчета поля скоростей воздушного потока, обтекающего здание, в том числе и в зоне отрывного течения; 4) метод расчета траекторий движения взвешенных частиц различного размера, плотности и формы, а также рассеивания аэрозолей в турбулентном потоке, обтекающем препятствие; 5) зависимости, описывающие процесс распространения извещенных частиц как от низких, так и от высоких источников, учитывающие геометрические размеры здашій и источников; б) методика моделирования диффузии взвешенных частиц на аэродинамическом стенде; 7) инженерная методика расчета рассеивания пылевых вентиляционных выбросов и степени загрязнения приземного слоя атмосферного воздуха.
Апробация работы: Материалы диссертации докладывались и обсуждались: на У научно-технической и научно-методической конференции БТИСМ им. Гришманова (г.Белгород, 1981 г.); на ХУЛ научно-технической конференции по итогам научно-исследовательских работ института (МИСИ, Москва, 1983 г.); на ХУШ научно-технической конференции по итогам научно-исследовательских работ института (МИСИ, Москва, 1984 г.); на Всесоюзной научно-технической конференции (ВЦСПС, ВШКОТ, Ленинград, 1986 г.); на П международном симпозиуме "Строительная климатология ' 87" (Москва, 1987 г.).
Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 10 статьях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов по работе, списка использованной литературы из 195 наименований, в том числе 57 зарубежных, и 12 приложений. Работа содержит 287 страниц машинописного текста, включая 24 таблицы, 53 рисунка и приложения на IID страницах.
