第四章 大气第二节02.pptVIP

大气环境影响预测模型 河北科技大学环境学院 环境科学系 2003.10 (一)湍流扩散的基本概念 湍流或称紊流，是自然界广泛存在的一种流体流动。 通常将流体的极端无规则运动称为湍流。 大气的极端无规则运动称为大气湍流。 可以把大气湍流看成是有无数多个大小不同的湍涡（涡旋）构成的。 每一个湍涡都有自己的运动速度和方向。 (一)湍流扩散的基本概念 在气象观测中，风速的脉动（或涨落）和风向的摆动就是湍流作用的结果。我们可以把湍流运动看作随机运动，用统计理论描述它，某种属性的时间平均值可用下式表示： 式中：——风的任意一种属性，如风向、风速或它们的分量； T ——采样时间（数据测量的时间间隔）。 湍流特性可用湍流强度或标准差来描写，湍流强度有两种表示法. 一种是湍流强度（速度方差）， 一种是相对湍流强度。 在实际应用中，相对湍流强度应用较多，习惯上称它为湍流强度。 湍流强度（速度方差）的定义式为： (一)湍流扩散的基本概念 按照湍流形成的原因可分两种湍流。 热力湍流:由铅直方向温度分布的不均匀性产生的湍流，叫。它的强度主要取决于大气稳定度。 机械湍流:由铅垂方向风速分布的不均匀性及地面粗糙度产生的湍流。它的强度主要取决于风速梯度和地面粗糙度。 实际湍流是上述两种湍流的迭加。 湍流有极强的扩散能力。它比分子扩散快105—106倍。大气中污染物能被扩散，主要是湍流的贡献。和烟团尺度相仿的湍流，对烟团扩散能力最强；比烟团尺度大好多倍的大湍涡，对烟团起搬运作用，使烟流摆动，扩散作用不大；比烟团尺度小好多倍的小湍涡，对烟团的扩散能力较小。 (二)湍流扩散理论 湍流扩散理论有三种： 梯度输送理论、统计扩散理论、相似扩散理论。 湍流梯度输送理论 假定:食盐在其溶剂中的扩散定律与在导体中发生的热扩散相同。是一维的大气扩散方程式，是经典的热传导方程式： 点源扩散的高斯模式 坐标系 高斯模式的坐标系为：以排放点(无界点源或地面源)或高架源排放点在地面的投影点为原点，平均风向为x轴，y轴在水平面内垂直于x轴，y轴的正向在x轴的左侧，z轴垂直于水平面，向上为正向，即为右手坐标系。 在这种坐标系中，烟流中心或与x轴重合，或在xoy面的投影为x轴(高架点源) 。 高斯模式的四点假设 污染物浓度在空间中按高斯分布(正态分布)； 在整个空间中风速是均匀的、稳定的、风速大于1m/s； 源强是连续均匀的； 在扩散过程中污染物质量是守衡的。 无限空间连续点源的高斯模式 —污染物在y、z方向的标准差，m； ——平均风速，m/s； Q——源强，g/s。 高架连续点源高斯模式 考虑到地面对扩散的影响 把P点的污染物浓度看成是两部作用之和。一部分是不存在地面P点所具有的污染物浓度；另一部分是由于地面反射作用所增加的污染物浓度。这相当于不存在地面时由位置(O、O、H)的实源(无限空间连续点源)和位置在(O、O、-H)的像源(无限空间连续点源)在P点所造成的污染物浓度之和。 高架连续点源高斯模式 地面浓度扩散模式 是地面浓度而不是任意点的浓度。地面浓度模式可在z=0的情况下得到： 地面轴线浓度扩散模式 地面浓度是以x轴为对称的，x轴上具有最大值，向两侧（y方向）逐渐减小地面轴线浓度模式可在y=0的情况下得到： 地面最大浓度（地面轴线最大浓度）模式 地面连续点源扩散模式 地面连续点源扩散模式可由高架连续点源模式，令其有效源高H=0时得到 烟云有效高度的估算 地面最大污染物浓度Cm和有效源高的平方成反比，有效源高的正确确定对计算地面最大污染物浓度是十分重要的。 有效源高H等于烟囱实体高度Hs与烟流抬升高度ΔH之和。 产生烟流抬升的原因有两个： 一个是烟囱出口处的烟流具有一初始动量 二是由于烟流温度高于周围空气温度而产生的净浮力 烟流抬升高度公式 霍兰德公式采用了勒普由风洞实验得出的动力抬升公式，并增加了浮力抬升项，利用三个发电厂烟流上升轨迹的照片进行了校核，于1953年得出中性条件适用的公式 。 考虑到大气稳定度的影响，霍兰德建议：对不稳定大气，按计算出的ΔH再增大10%—20%；对稳定大气，按上式计算出的ΔH减少10%—20%。国内外学者都认为霍兰德公式保守，特别是对高烟囱强热源的计算结果过于偏低，对低矮的烟囱弱热源稍偏保守。 烟囱出口处烟气流速，m/s； 烟囱出口内径，m； 烟囱出口处平均风速，m/s； 烟囱出口处烟流的温度，K； 烟囱出口处环境大气温度，K； 当地大气压，Pa。 我国国家标准HJ/T2.2—93推荐的抬升公式 例 某