intTypePromotion=3

Bài giảng Mô hình hóa môi trường: Chương 3 - GV. Trương Thị Thu Hương

Chia sẻ: Ngọc Lựu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:22

0
162
lượt xem
31
download

Bài giảng Mô hình hóa môi trường: Chương 3 - GV. Trương Thị Thu Hương

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng Mô hình hóa môi trường - Chương 3: Mô hình hóa môi trường không khí trình bày đặc điểm cơ bản về thành phần và cấu trúc của khí quyển, các yếu tố khí tượng liên quan đến sự khuếch tán chất ô nhiễm trong khí quyển, quá trình khuếch tán chất ô nhiễm trong khí quyển, mô hình Guss tính toán lan truyền chất ô nhiễm trong không khí, mô hình Beruand tính toán lan truyền chất ô nhiễm trong khí quyển.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Mô hình hóa môi trường: Chương 3 - GV. Trương Thị Thu Hương

  1. 10-May-11 LOGO NỘI DUNG BÀI 3 1 ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN VỀ THÀNH PHẦN VÀ CẤU TRÚC CỦA KHÍ QUYỂN 2 CÁC YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG LIÊN QUAN ĐẾN SỰ KHUẾCH TÁN CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ QUYỂN Bài 3 3 QUÁ TRÌNH KHUẾCH TÁN CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ QUYỂN MÔ HÌNH HÓA www,themegallery,com 4 MÔ HÌNH GAUSS TÍNH TOÁN LAN TRUYỀN MÔI TRƯỜNG CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÔNG KHÍ MÔ HÌNH BERLIAND TÍNH TOÁN LAN TRUYỀN KHÔNG KHÍ 5 CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ QUYỂN Company Logo 1. ĐẶC ĐIỂM CƠ BẢN VỀ THÀNH PHẦN VÀ CẤU TRÚC CỦA KHÍ QUYỂN Thành phần các loại khí Cấu tạo của khí quyển 78% NI TƠ Các chất khí thường trực trong khí quyển: O2, N2, Ar, Ne, He, Kr, thời gian tồn lưu trong khoảng 103- LỚP KQ 107năm; BAO BỌC TRÁI ĐẤT Các chất khí biến thiên: CO2, CH4, H2, N2O, thời gian www,themegallery,com tồn lưu trong khoảng 5-100 năm; www,themegallery,com 21% OXY Các chất khí biến thiên mạnh: H2O, CO, O3, NO2, NH3, SO2, DMS, thời gian tồn lưu trong vài ngày Company Logo Company Logo 1 http://www.iesemhui.org
  2. 10-May-11 Tầng bên TÂNG ĐỐI LƯU TẦNG BÌNH LƯU TẦNG GIỮA ngoài trái đất là lớp tiếp giáp Độ cao 12-15km của khí quyển với mặt đất; dày trải rộng ở độ trên mặt đất, 10-12km ở các vĩ tầng bình lưu cao 50-55km độ trung bình và Tầng nhiệt chứa ozon đến 85km, quyển 16-18km ở các cực Là nơi phát sinh sự Có chứa một lượng nhỏ Nhiệt độ giảm từ Tầng trung bình www,themegallery,com www,themegallery,com xáo trộn không khí khí O3, 00C tới - 900C (Tầng giữa) theo chiều đứng, Nhiệt độ không khí dừng Tầng bình lưu lại không giảm nữa và Nhiệt độ giảm theo đến độ cao 20-25km lại chiều cao khoảng bắt đầu tăng, Tầng đối lưu 0,5 – 0,6 ºC/100 m Company Logo Tại độ cao 55 km đạt 00C Company Logo 2. CÁC YẾU TỐ KHÍ TƯỢNG LIÊN QUAN ĐẾN SỰ KHUẾCH TÁN CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ QUYỂN TẦNG NHIỆT QUYỂN 2.1. Nhiệt động học quá trình chuyển Là tầng trên cùng của khí quyển có lớp không động thẳng đứng của một khối khí khí loãng Một khối không khí bổ Nhiệt độ khí quyển tăng theo chiều cao và đạt sung bốc lên cao trong 1200 ºC ở độ cao 700 km, khí quyển theo phương thẳng đứng sẽ chịu tác Lớp khí rất loãng với mật độ phân tử khoảng động của một áp suất có 1013 phân tử/cm3; xu hướng giảm dần, khối khí sẽ dãn nở và nhiệt độ của nó hạ thấp, www,themegallery,com www,themegallery,com TẦNG BÊN NGOÀI TRÁI ĐẤT: Ngược lại, khi khối lượng trong phạm vi 10,000 km không khí đó hạ dần độ cao thì nó sẽ bị nén ép, áp suất tăng và kéo theo là nhiệt độ cũng tăng cao, Company Logo Company Logo 2 http://www.iesemhui.org
  3. 10-May-11 Đối với không khí khô Trong khí quyển người ta xem các quá trình dãn nở Định luật thứ nhất của nhiệt động học về bảo toàn năng hoặc nén ép đều xảy ra theo tính chất đoạn nhiệt lượng được thể hiện bằng biểu thức: (adiabatic) dQ = CvdT + pdv Từ phương trình trạng thái của khí lý tưởng pv = RT, lấy đạo Adiabatic (đoạn nhiệt): chỉ tính chất của môi trường hàm các Trong củacông v vàthức thaytrên: vào phương trình trên ta có: không khí khi sự trao đổi nhiệt của khối khí với môi − Q - lượng nhiệt, J; trường không đủ lớn để diễn ra sự cân bằng nhiệt − T - nhiệt độ tuyệt đối, K; − P - áp suất, Pa; ( dQ = Cv + R dT − ) RTdp nên có thể bỏ qua; p − V - thể tích riêng, thể tích của 1 đơn vị khối lượng chất khí ở điều kiện củađộchất đã cho, áp 3 Tỷsuất, nhiệt nhiệt khímở/kg, áp suất bằng hằng số Cp = (dQ/dT)p=const Gradient nhiệt độ đoạn nhiệt là độ hạ hoặc tăng www,themegallery,com www,themegallery,com − Cv,Cp - tỷ nhiệt của chất khí ở điều kiện đẳng tích và đẳng áp, J/kg,K, tức dp = 0 có thể rút ra được từ phương trình trên: Cp =Cv +R nhiệt độ của một khối không khí khi lên cao hoặc − R – hằng số chất khí, Pa,m3/kg,K, − Đối với không khí khô ta có: Cv = 718 J/kg,K; Cp = 1005 J/kg,K và xuống thấp RTdp dQ = C p dT − R = 287 Pa,m3/kg,K = 287 J/kg,K, (*) p Company Logo Company Logo Trong trường hợp khối không khí được vận chuyển theo phương thẳng Đối với khối không khí ẩm chưa bão hòa đứng thì hiệu quả của quá trình thay đổi áp suất và nhiệt độ là chiếm ưu thế, còn quá trình truyền nhiệt với môi trường xung quanh bằng dẫn nhiệt và bức Ta có phương trình về mối quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ của xạ là thứ yếu, Điều đó có nghĩa là khối không khí không được nung nóng chất khí ẩm trong quá trình đoạn nhiệt hoặc làm nguội từ các nguồn nhiệt bên ngoài, tức dQ = 0, dT  1 + ωM / M ω  dp R R dp = = Từ đó phương trình (*) sẽ trở thành phương trình đoạn nhiệt khi cho dQ triệt T  C p + ωCωp  p Cp p tiêu:   PT thể hiện mối quan hệ ω-là dung ẩm, Đó là lượng hơi nước tính bằng kilogam chứa trong khối không khí e dT R dp dp giữa áp suất và nhiệt độ ẩm có phần khô là 1 kg, ω = 0,622 kg/kg,K khô, = ≈ 0,286 của chất khí khô trong P-e T Cp p p quá trình đoạn nhiệt Cωp - tỷ nhiệt của hơi nước ở điều kiện đẳng áp: Cωp = 1,84 kJ/kg,K; Rω - hằng số chất khí của hơi nước: R - hằng số chất khí vạn năng của không khí R 0, 286 khô T2  P2  Cp P  M và Mω lần lượt là trọng lượng phân tử của không khí khô và của hơi nước: M =  ≈  2  T1  P1  = 29 và Mω = 18 kg/kmol,  P1  www,themegallery,com www,themegallery,com e - áp suất riêng (sức trương) của hơi nước trong khối khí ẩm, Có thể xem số đảo ngược của thành phần trong dấu ngoặc là tỷ PT trên cho phép ta xác định trị số thế năng nhiệt θ của không khí khô như là trị số R 0, 286 nhiệt đẳng áp của không khí ẩm C’ p  Cp  1000  nhiệt độ mà khối không khí sẽ nhận được θ = T  TC  = T   1 + 1,83ω khi nó chuyển động một cách đoạn nhiệt từ  p   p mbar  C' p = C p = Cp mức có áp suất p và nhiệt độ T đến mức áp suất tiêu chuẩn pTC =1000 mbar: Company Logo 1 + 1,61ω Company Logo 3 http://www.iesemhui.org
  4. 10-May-11 2.2. Sự thay đổi nhiệt độ theo chiều cao của khối Đối với khối không khí ẩm bão hòa khí trong quá trình dãn nở hoặc nén đoạn nhiệt Thông thường ω ≤(1÷2)10−2 nên C’p ≈ Cp Xét phương trình cơ bản của cơ học thủy tĩnh: Mối quan hệ giữa áp suất và nhiệt độ của chất khí ẩm bão hòa trong quá trình đoạn nhiệt  e  -ωs - dung ẩm của không khí ứng dp 1 + 5, 418.103 s  với trạng thái bão hòa = − ρg ρ - Khối lượng đơn vị khí dT R dp  pT R dp -r - nhiệt ẩn ngưng tụ (hoặc hóa dz g – gia tốc trọng trường =  = β' hơi), Ở nhiệt độ 00C r = 2500 T Cp p  3 de s  Cp p kJ/kg,  1 + 5, 47.10  pdT  -es - áp suất hơi nước bão hòa: e Đẳng thức này có nghĩa là khi lên cao thêm một đoạn ω = 0,622 s kg/kg,K khô dz thì áp suất sẽ giảm đi một đại lượng dp đúng bằng Đó là phương trình dãn nở đoạn nhiệt p - es  3 es  trọng lượng của khối khí (chất lỏng, chất rắn) có đáy là của không khí bão hòa, Phương trình này 1 + 5, 418.10 pT  1 đơn vị diện tích (1m2) và chiều cao là dz www,themegallery,com www,themegallery,com chỉ khác với phương trình đoạn nhiệt của β '=    3 de s  không khí khô bởi hệ số β’ mà β’ là hàm 1 + 5, 47.10 pdT  số của áp suất và nhiệt độ, β’ có trị số   Từ phương trình trạng thái khí lí tưởng pv = RT ⇒ nhỏ hơn đơn vị, 1 p Trong quá trình đoạn nhiệt ứng với một sự thay đổi nhất định nào đó của áp suất tương đối dp/p thì sự thay đổi tương đối dT/T của trường hợp ρ= = khí bão hòa nhỏ hơn với trường hợp khí khô, Company Logo v RT Company Logo dT R dp dp dp 1 p = ≈ 0,286 = − ρg ρ= = T Cp p p dz v RT Khi một khối không khí bão hòa bốc lên cao, xét các phương trình: dT R dp dp 1 p Γ=− dT = g = 9.81(m 2 / s ) 1J = 0.009760 C / m = β' = − ρg ρ= = dz C p 1005J/kg C kg.m 2 / s 0 T Cp p dz v RT = 9,76 ×10-3 K/m ≈ 1K/100m Γ- Gradian nhiệt độ hay độ giảm nhiệt độ của khối không dT g www,themegallery,com www,themegallery,com khí khô khi bốc lên cao trong điều kiện đoạn nhiệt (Dry Adiabatic Lapse Rate), Lấy gần đúng Γ≈1ºC/100m, Γ' = = .β '.10 2 , K/100m, 0 < Γ’
  5. 10-May-11 2.3. Sự phân bố nhiệt độ theo chiều cao của lớp không khí sát mặt đất dp = − ρg dp g Trị số Γ’ ứng với áp suất và nhiệt độ khác nhau, oK/100m dz =− dz (1) 1 p p RT Nhiệt ρ= = độ -30 v RT -20 -10 0 10 20 30 Áp suất (oC) (oC) (oC) (oC) (oC) (oC) (oC) Trong lớp khí quyển sát mặt đất sự thay đổi nhiệt độ theo chiều cao thường diễn ra theo qui luật hàm số bậc nhất, tức là : 1000 (mbar) 0,9 0,9 0,7 0,6 0,5 0,4 0,4 T2 = T1 − β (z2 − z1 ) dT = −βdz www,themegallery,com www,themegallery,com 500 (mbar) 0,9 0,8 0,6 0,5 0,4 0,3 0,3 (2) T2, T1 - nhiệt độ ở độ cao z1, z2 β - gradien nhiệt độ, K/m Company Logo Company Logo Như vậy, tùy theo sự phân bố nhiệt độ thực tế của không khí theo chiều cao mà β có những giá trị khác nhau và dẫn đến độ ổn định của khí quyển khác nhau như sau: Khí quyển không ổn định khi β> Γ g p1  T1  Rβ =  p2  T2  (1) + (2) • Khi nhiệt độ đột ngột tăng theo độ cao ta có β
  6. 10-May-11 Khí quyển trung tính khi β= Γ Như vậy, nếu sự phân bố nhiệt độ theo chiều cao có β > Γ tức Nếu một khối không khí ở vị trí ban đầu bất kỳ bị đẩy lên cao hoặc là độ giảm nhiệt độ theo chiều cao mạnh hơn so với độ giảm xuống thấp, nhiệt độ của nó sẽ nhanh chóng thay đổi theo quá trình nhiệt độ theo quá trình đoạn nhiệt ⇒ người ta gọi đó là phân bố đoạn nhiệt và luôn luôn cân bằng với nhiệt độ môi trường xung quanh, nhiệt độ “siêu đoạn nhiệt” khối lượng đơn vị của nó không nặng cũng không nhẹ hơn so với không khí xung quanh và do đó, nó sẽ chiếm vị trí cân bằng mới mà Trong điều kiện siêu đoạn nhiệt (β > Γ) mọi chuyển động thẳng không tiếp tục chuyển động theo lực đẩy ban đầu. đứng của một bộ phận không khí luôn luôn có kèm theo gia tốc www,themegallery,com www,themegallery,com Company Logo Company Logo Khí quyển ổn định hoặc “dưới đoạn nhiệt” Khí quyển trung tính khi β= Γ (tt) Trường hợp phân bố nhiệt độ theo chiều cao trùng với đoạn Khí quyển ổn định khi 0 < β< Γ nhiệt (β = Γ) ta có điều kiện khí quyển trung tính. Khi nhiệt độ giảm theo chiều cao dương nhưng nhỏ hơn so với Sự phân bố nhiệt độ theo chiều cao trùng với đường đoạn nhiệt. gradian nhiệt độ của quá trình đoạn nhiệt khô; Trong trường hợp này, khối lượng của khối khí cân bằng với Nếu khối khi bị đẩy không khí xung quanh và nó chiếm vị trí cân bằng mới. lên cao (hoặc xuống thấp) thì nhiệt độ của nó theo quá trình đoạn nhiệt sẽ nhỏ Trong điều kiện hơn (hoặc lớn hơn) trung tính sự so với nhiệt độ xung khuếch tán các quanh tức khối lượng www,themegallery,com www,themegallery,com chất ô nhiễm của nó nặng hơn không thuận lợi (hoặc nhẹ hơn) so với bằng điều kiện không khi xung quanh không ổn định. có xu hướng kéo khối không khí trở lại vị trí Company Logo ban đầu. Company Logo 6 http://www.iesemhui.org
  7. 10-May-11 Khí quyển ổn định khi β < 0 < Γ Tóm lại Giống như trường hợp trên nhưng độ ổn định của khí quyển còn cao hơn (lực kéo trở lại vị trí ban đầu mạnh hơn) β>Γ : khí quyển không ổn định; β= Γ : khí quyển trung tính; AB: đường đoạn nhiệt khô β< Γ: khí quyển ổn định từ vừa đến mạnh (kể cả khi β > 0 hoặc β< 0); www,themegallery,com www,themegallery,com CD: phân bố nhiệt độ không khí theo đường nghịch nhiệt; Γ’ thay cho Γ khi không khí bão hòa. Company Logo Company Logo • Fanning – Luồng khói hình quạt; • Fumigation– luồng khói “xông khói”; •Looping – luồng khói Hình dạng của uốn lượn; luồng khói • Coning – luồng khói hình nón; •Lofting – luồng khói www,themegallery,com www,themegallery,com khuếch tán mạng ở biên trên •Trapping –luồng khói Company Logo mắc kẹt; Company Logo 7 http://www.iesemhui.org
  8. 10-May-11 Hình dạng của luồng khói phụ thuộc vào Thường xảy ra trong điều kiện khí quyển ổn định với sự phân các cấp ổn định khác nhau của khí quyển bố chiều cao nghịch nhiệt kết Hình dạng và sự phân bố hợp với gió nhẹ. nồng độ của luồng khói phụ thuộc vào đặc tính Rối theo chiều đứng bị triệt tiêu, phân tầng của khí quyển. chỉ có phát triển theo chiều ngang. Khi khí quyển không ổn định mạnh, nghĩa là khi sự phân bố nhiệt độ theo chiều cao có dạng siêu •Xảy ra khi nghịch nhiệt từ miệng ống khói xuống mặt đất còn phía đoạn nhiệt, luồng khói sẽ trên ống khói vẫn có phân bố nhiệt độ bình thường (đoạn nhiệt, siêu Thường xảy ra vào ban ngày khi mặt trời đốt đoạn nhiệt); có dạng uốn lượn nóng mặt đất với cường độ bức xạ lớn • Chất ô nhiễm sẽ tích tụ ở Hình thành trong điều gần mép trên của lớp nghịch kiện trung tính hoặc www,themegallery,com www,themegallery,com nhiệt; gần trung tính, khi trời có mây che phủ làm • Trường hợp này có lợi về cho BXMT hướng vào mặt môi trường vì nồng độ ở trái đất vào ban ngày mặt đất được hạn chế ở hay bức xạ hồng ngoại mức thấp nhất. từ mặt đất vào ban đêm đều bị giảm;Company Logo Company Logo 3. QUÁ TRÌNH PHÁT TÁN CỦA CHẤT Ô NHIỄM •Ngược lại với TH trên:lớp nghịch nhiệt ở bên trên TRONG KHÍ QUYỂN lớp siêu đoạn nhiệt Định nghĩa • Luồng khói khuếch tán v Quá trình phát tán (phát thải) chất ô nhiễm là sự lan toả vào mạnh ở phía dưới khí quyển của các chất ô nhiễm từ các nguồn thải khác nhau • Thường xảy ra vào buổi sáng sớm Phân loại nguồn thải Cách 1: Trường hợp luồng khói bị mắc kẹt giữa hai lớp nghịch nhiệt nằm v Phát thải bề mặt (area source): đám cháy, bãi rác phía trên và phía dưới ống khói. v Nguồn thải đường (line source): đường giao thông v Nguồn điểm ( point source) : ống khói, www,themegallery,com www,themegallery,com Trong trường Cách 2: hợp này chất ô nhiễm rất khó v Nguồn thải cao: là nguồn thải qua ống khói cao có đường kính khuếch tán lên nhất định phía trên hay v Nguồn thải thấp: là nguồn thải qua cửa mái, lỗ thông gió…hay phia dưới. thải trực tiếp ra không khí từ các thiết bị ( sàng, cán…) Company Logo Company Logo 8 http://www.iesemhui.org
  9. 10-May-11 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN (tt) Phát thải (emission) LẮNG ĐỌNG ƯỚT (WET DEPOSITION) • Trong giai đoạn đầu tiên này, các chất ô nhiễm tỏa vào khí quyển từ • Lắng đọng ướt là một trong những cơ chế làm sạch khí các nguồn thải khác nhau. quyển hiệu quả nhất. • Phát thải bề mặt (area source): các nguồn thải thấp, đám cháy. • Tuy nhiên, trong khi khí quyển được làm sạch, đất có thể bị • Nguồn thải đường (line source): đường giao thông axit hoá do một số chất ô nhiễm và điều này có thể rất có hại • Các nguồn điểm (pointsource):ống khói. đối với một số khu vực nhạy cảm Quá trình tải - Advection • Chuyển động tả là sự di chuyển của khối khí trong khí quyển theo 1 LẮNG ĐỌNG KHÔ (DRY DEPOSITION) dòng và đi từ điểm này đến điểm khác. • Đối với một tạp chất di chuyển trong một khí quyển, sự tải là sản phẩm Lắng đọng khô của các chất ô nhiễm không khí (khí và các hạt) của vận tốc khối thể tích khí. là quá trình diễn ra trong quá trình lan truyền chất ô nhiễm • Tác nhân gây ra hiện tượng tải là gió. không khí; www,themegallery,com www,themegallery,com Cơ chế gây ra quá trình lắng đọng khô: Sự phân tán (dispersion) • Đối với các phân tử lớn:do lắng đọng của lực trọng trường; • Sự tương tác giữa khuếch tán rối với gradient vận tốc do lực dịch • Cây cối; chuyển trong khối khí tạo ra sự phân tán. • Quá trình hút hoặc phản ứng trên bề mặt trái đất • Sự di chuyển các tạp chất khí trong khí quyển trong trường hợp có gió (trên 1 m/s) chủ yếu bởi quá trình tải, nhưng sự di chuyển của tạp chất khí trong trường hợp gió lặng thường là do sự phân tán. Company Logo Company Logo Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phát tán (tt) Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phát tán Yếu tố về nguồn Yếu tố khí tượng Yếu tố về thủy văn địa hình Tải lượng chất ô Tốc độ gió Thung lũng nhiễm Nhiệt độ của không Núi đồi Tốc độ khí thải khí Sườn dốc Nhiệt độ của khí Độ ẩm của không Cây cối thải khí … Chiều cao của Bức xạ mặt trời www,themegallery,com www,themegallery,com nguồn thải Độ mây che phủ Đường kính đỉnh của nguồn Bản chất khí thải Company Logo Company Logo 9 http://www.iesemhui.org
  10. 10-May-11 Đường đi từ ống khói tới nơi tiếp nhận Quá trình khuếch tán Định luật Fick 1: Định luật Fick 2: Lượng vật Lượng Lượng chất tích tụ trong khối =Σ vật chất -Σ vật chất www,themegallery,com www,themegallery,com đi vào đi ra hình hộp ∂C ∂ 2C =D 2 ∂t ∂x Company Logo Company Logo Phương trình vi phân của quá trình khuếch tán Phương trình vi phân của quá trình khuếch tán (tt) Diễn giải phương trình vi phân trên, đầu tiên ta chọn điểm Trong trường hợp xem xét một dòng khí chảy rối, phương quan sát di động theo trục của luồng khói, đó là phương trình biểu diễn nồng độ chất ô nhiễm (khối lượng của chất pháp điểm quan sát Lagrange. Từ điểm quan sát này ta có đó trên đơn vị thể tích), tại một điểm có tọa độ x, y, z có cảm giác mặt đất chuyển động về phía ngược chiều gió. dạng như sau: z ∂C ∂  ∂C  ∂  ∂C  ∂  ∂C  =  kx  + ky  +  kz  ∂τ ∂x  ∂x  ∂y  ∂y  ∂z  ∂z  ∆z ∆h www,themegallery,com www,themegallery,com Trong đó: C- nồng độ chất ô nhiễm (g/m3); τ - thời gian (s); kx, ky, kz: lần lượt là hệ số khuếch tán theo phương x, y, z H y ∆x ∆y h (Trục x trùng với hướng gió) x x + ∆x x Company Logo Company Logo 10 http://www.iesemhui.org
  11. 10-May-11 Phương trình vi phân của quá trình khuếch tán (tt) Phương trình vi phân của quá trình khuếch tán (tt) Lượng vật chất tích tụ trong đơn vị thời gian là vi phân theo thời gian của lượng tích tụ, tức tích số của nồng độ và thể tích. Như Quan sát đầu gió của nguồn phát thải (ống khói) ta có thể giả vậy ta có: thuyết rằng: nồng độ ban đầu của chất ô nhiễm Co= 0 Quan sát ngay bên trên ống khói ta thấy nồng độ ở đó là cực đại, ∂ (C.V ) = V ∂C = ∆x∆y∆z ∂C Cường sau đó càng ra xa ống khói theo chiều gió, luồng khói càng nở rộng và nồng độ chất ô nhiễm càng giảm dần do có hiện tượng độ tích tụ = (1) ∂τ ∂τ ∂τ theo thời hòa trộn bởi khuếch tán rối gian Ta xét một khối nhỏ hình hộp có cạnh là ∆x, ∆y, ∆z ở gần trục của luồng Ở đây không có dòng khí chuyển động đi vào hay đi ra khỏi khói và thiết lập sự cân bằng vật chất xảy ra trong khối hình hộp này www,themegallery,com www,themegallery,com khối hình hộp vì khối hình hộp cùng với người quan sát chuyển động theo vận tốc cục bộ của gió. Tuy nhiên, ở đây vẫn xảy ra sự chuyển động của dòng vật chất đi qua sáu mặt của khối hình hộp, do có sự khuếch tán rối mà cường độ của nó có giá trị như sau Company Logo Company Logo Phương trình vi phân của quá trình khuếch tán (tt) Phương trình vi phân của quá trình khuếch tán (tt) Tương tự, ta có thể viết biểu thức đối với 4 mặt còn lại của khối Dòng vật chất do hòa trộn trên đơn vị ∂C hình hộp sau đó cộng lại và cân bằng với vế phải của đẳng thức diện tích của tiết diện xem xét trong = −k (1) ta có đơn vị thời gian ∂n  ∂C   ∂C   ∂C   ∂C   ∂C   ∂C  k- Hệ số khuếch tán rối; n- khoảng cách theo phương pháp tuyến của k  − k   k  −  k  k  − k  tiết diện xem xét ∂C  ∂x  tai x + ∆x  ∂x  tai x  ∂y  tai y + ∆y  ∂y  tai y  ∂z  tai z + ∆z  ∂z  tai z = + + ∂x ∆x ∆y ∆z (2) Áp dụng biểu thức trên đối với 2 mặt của hình hộp trực giao với  ∂C   ∂C  k  −k  chiều x ta có:  ∂ x  tai x + ∆ x  ∂ x  tai x ∂ 2C Mà lim =k ∆x ∂x 2 www,themegallery,com www,themegallery,com Lượng chất còn lại  ∂C   ∂C   ∆x → 0 trong khối hình hộp =  k  − k  ∆y∆z  ∂x  tai x  ∂x  tai x+ ∆x  do hòa trộn rối theo Tương tự đối với các số hạng thứ 2 và thứ 3 của phương trình (2), phương x ta có: ∂C ∂C ∂C ∂C 2 2 2 = k 2 +k 2 +k 2 Company Logo ∂τ ∂x ∂y ∂z Company Logo 11 http://www.iesemhui.org
  12. 10-May-11 Phương trình vi phân của quá trình khuếch tán (tt) Quá trình khuếch tán cũng tương tự như quá trình dẫn nhiệt Hệ số khuếch tán rối trong khí quyển theo các trong vật rắn, có thể diễn ra trong không gian một chiều, hai phương x, y, z là không giống nhau nên cần thêm chiều hay ba chiều. vào hệ số k ở phương trình trên các chỉ số x, y, z Q  1  x 2  ⇒ ta có phương trình vi phân của quá trình Đối với bài C( x ) = exp  −   2(πτ ) 2 k x 2  4τ  k x  1 1 toán một chiều khuếch tán: Q  1  x2 y 2  Đối với bài C( x, y ) =  −  +   ∂C ∂ 2C ∂ 2C ∂ 2C toán hai chiều 4(πτ )(k x k y ) 2 1 exp  4τ  k x k y   = kx 2 + ky 2 + kz 2 ∂τ ∂x ∂y ∂z www,themegallery,com www,themegallery,com Đối với bài toán ba chiều ta có: Q  1  x 2 y 2 z 2  C( x , y , z ) = exp −  + +  8(πτ ) (k x k y k z ) 3 1  4τ  k x k y k z    2 2 Company Logo Q là lượng phát thải chất ô nhiễm tại nguồn điểm tức thời Company Logo 4. MÔ HÌNH HÓA Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ THEO Phương trình cơ bản mô tả sự truyền tài và PHƯƠNG PHÁP GAUSS khuếch tán chất ô nhiễm (tt) 4.1. Phương trình cơ bản mô tả sự truyền Phương trình lan truyền chất với các giá trị trung bình tải và khuếch tán chất ô nhiễm của vận tốc gió và nồng độ chất có dạng như sau: Sự lan truyền chất ô nhiễm trong môi trường lỏng và khí được xác ∂C ∂C ∂C ∂C định bởi hai quá trình cơ bản: +U x +U y +Uz = + Chuyển động chuyển tải ∂t ∂x ∂y ∂z ∂  ∂C  ∂  ∂C  ∂  ∂C  + Sự khuếch tán rối  Kx  +  K y  +  Kz + S Bài toán lan truyền chất ∂x  ∂x  ∂y  ∂y  ∂z  ∂z  trong không khí được www,themegallery,com www,themegallery,com đưa về tìm kiếm nghiệm С, Ux, Uy, Uz là các giá trị trung bình của nồng độ và vận tốc gió theo của bài toán biên với các phương; Кi – hệ số khuếch tán rối (tương ứng với các trục tọa độ phương trình vi phân đạo – x, y, z), S – là hàm nguồn, mô tả tốc độ thay đổi của nồng độ thể hàm riêng cùng điều kiện tích do các biến đổi hóa học hay sự phân rã của các chất. ban đầu và điều kiện biên Chọn trục tọa độ trong mô hình xác định. khuếch tán Gauss Company Logo Company Logo 12 http://www.iesemhui.org
  13. 10-May-11 Phương trình cơ bản mô tả sự truyền tài và khuếch tán chất ô nhiễm (tt) Trục x trùng theo hướng gió nên thành phần Uy rất nhỏ, có thể Phương trình tổng quát xem Uy =0 Uz gồm thành phần thẳng đứng của vectơ vận tốc gió trung bình ∂C ∂C ∂  ∂C  ∂  ∂C  Ux − wz =  Ky  +  Kz  ∂z ∂y  ∂y  ∂z  và tốc độ chuyển động trung bình của chất ô nhiễm (1) • Trường hợp tạp chất nhẹ có thể coi Uz = 0 ∂x ∂z  • Trường hợp tạp chất nặng không thể bỏ qua vận tốc rơi và Uz chính là vận tốc lắng đọng w z là vận tốc rơi của chất ô nhiễm theo phương z ∂C Nguồn phát thải làm việc liên tục thường tồn tại trạng thái dừng Kz − C (b − w z ) = 0 với z = 0, ∂C ∂z Khi đó: =0 www,themegallery,com www,themegallery,com ∂t Để giải các phương trình trên cần phải biết các điều kiện biên. Với giả thiết chất ô nhiễm được bảo toàn trong phạm vi thời gian được xem xét khi đó có thể coi : S = 0 Có nghĩa là cần phải biết thông lượng hoặc nồng độ của dòng chất ô nhiễm tại tất cả các mặt phẳng giới Company Logo hạn miền đang xét Company Logo 4.2. Mô hình Gauss tính toán lan truyền Nguồn thải được xét trong mô hình hóa thường là các ống khói công chất ô nhiễm trong không khí nghiệp và được xem là nguồn điểm. Theo mô hình luồng khói của Pasquill và Gifford, lượng chất ô Giả sử có một nguồn thải điểm nằm tại tọa độ ( 0,0,H) , khi đó tại miền nhiễm trong luồng khói có thể xem là tổng hợp của vô số các khối tính toán điều kiện biên có dạng: М là công suất nguồn thải phụt tức thời. Các khối phụt đó được gió mang đi và dần dần nở x = 0 = Mδ ( y )δ ( z − H ) (lượng chất trên một đơn vị rộng ra khi ra xa ống khói UC thời gian), Các điều kiện biên tại vô cực so với nguồn có thể viết dựa trên thực tế là nồng độ tại các khoảng cách xa nguồn giảm xuống 0: C → 0, y → ∞, x → ∞, z → ∞ ∂C Điều kiện phản xạ hoàn toàn tại mặt đất Kz z =0 =0 www,themegallery,com www,themegallery,com ∂z Điều kiện ban đầu: t = 0, C(x,y,z) = 0, hay t =0, C(x,y,z) = Cn. Trong đó Cn là nồng độ nền. Company Logo Company Logo 13 http://www.iesemhui.org
  14. 10-May-11 4.2. Mô hình Gauss tính toán lan truyền 4.2. Mô hình Gauss tính toán lan truyền chất ô nhiễm trong không khí (tt) chất ô nhiễm trong không khí (tt) Lượng chất ô nhiễm trong từng lát mỏng của luồng khói được Mô hình này được áp dụng cho các nguồn thải điểm. xem là như nhau, do đó bài toán lan truyền chất ô nhiễm ở đây là Cơ sở của mô hình này là biểu thức đối với phân bố bài toán 2 chiều. chuẩn hay còn gọi là phân bố Gauss các chất ô nhiễm trong khí quyển. Nếu thiết lập sự cân bằng vật chất trong từng lát khói có bề dày 1m theo chiều x và các chiều y, z là vô cực khi các “lát” khói Dạng mô hình này thích hợp cả đối với những dự báo chuyển động cùng với vận tốc gió u thì thời gian để từng lát đi ngắn hạn lẫn dài hạn. qua khỏi ống khói là 1m/u và do đó lượng chất ô nhiễm chứa trong “lát” khói sẽ là Q= M x 1/u Xét mô hình Gauss trong trường hợp dự báo ngắn hạn. Vì vậy, từ công thức nghiệm của bài toán 2 chiều ta có: Từ phương trình tổng quát (1), phương trình Gauss được thực hiện với các giả thiết : www,themegallery,com www,themegallery,com M  1  y2 z 2   C = exp  −  +  • Nghiệm không phụ thuộc vào thời gian (các tham số phát thải là 4 π u τ (k y k z ) 2 không đổi)  4 τ  k y k z   1 • Vận tốc gió không đổi. • Hệ số khuếch tán không phụ thuộc vào tọa độ không gian. • Sự khuếch tán theo hướng x là nhỏ so với vận tốc lan truyền. Company Logo Company Logo 4.2. Mô hình Gauss tính toán lan truyền 4.2. Mô hình Gauss tính toán lan truyền chất ô nhiễm trong không khí (tt) chất ô nhiễm trong không khí (tt) ∂C ∂ 2C Từ nghiệm tổng quát Nghĩa là U x >> K x ∂x ∂x 2 M  1  y 2 z 2  C= 1 exp  −  +  Trong trường hợp này phương trình tổng quát có dạng: 4πuτ (k y k z ) 2  4τ k   y k z   ∂C ∂ 2C ∂ 2C x U = Ky 2 + Kz 2 Đặt δ y2 = 2K y x 2 2K z x ,δ z = và τ = ∂x ∂y ∂z U U u Với các điều kiện biên δy ,δz - được gọi là các hệ số khuếch tán theo phương ngang và phương đứng, có thứ nguyên là độ dài (do Ky , Kz– có thứ nguyên là m2/s) C ( x, y , z ) = 0 ⇒ biểu thức trên có thể viết dưới dạng = Mδ ( y )δ ( z − H ) www,themegallery,com www,themegallery,com UC   y2 z 2  C (x, y, z ) = M exp  −  2 + 2  x =0 (2) C → 0, y → ∞, x → ∞, z → ∞ 2πUδ y δ z   2δ y 2δ z  ∂C Kz z =0 = 0 ∂z Company Logo Công thức Gauss cơ sở Company Logo 14 http://www.iesemhui.org
  15. 10-May-11 Biểu thức trên gọi là mô hình Gauss bởi vì nó bao gồm hai Sự biến dạng của mô hình Gauss cơ sở hàm phân bố Gauss dưới đây : Trong trường hợp nguồn thải nằm cách mặt đất một độ cao H, có  y 2  tọa độ (0,0,H), khi đó công thức tính nồng độ sẽ là: f (y) = 1 exp − 2    y 2 (z − H )2   (2π ) 0 ,5 δ y  2δ y  C (x, y , z ) = M exp −  2 +  Đường cong Gauss thay 2πUδ y δ z   2δ y 2δ z2   đổi từ –∞ tới +∞ với giá trị cực đại đạt y=0. M  y2   (z − H )2  (3) = exp − 2  exp  −   2πUδ yδ z  2δ  2δ 2 1  y   z  (2π ) 0,5 δ y Mặt khác, tùy thuộc vào độ xa x, khi luồng khói nở rộng và chạm mặt đất thì mặt đất cản trở không cho luồng tiếp tục phát triển www,themegallery,com www,themegallery,com mà chiều hướng khuếch tán bị mặt đất phản xạ ngược trở lên như có nguồn ảo đối xứng qua mặt đất Là hệ số định chuẩn làm cho diện tích dưới đường cong bằng 1. Xét các điểm bất kỳ (A,B) được giả thiết như do 2 nguồn giống hệt nhau gây ra, trong đó có một nguồn thực và một nguồn ảo Company Logo đối xứng nhau qua mặt đất. Company Logo Sự biến dạng của mô hình Gauss cơ sở (tt) Sự biến dạng của mô hình Gauss cơ sở (tt) Nồng độ tại điểm đang xét do nguồn thực gây ra được tính bằng Khi tính toán nồng độ ô nhiễm trên mặt đất thì z=0, khi đó công thức (3), do nguồn ảo gây ra được tính theo công thức sau: công thức trên trở thành:  y2   ( z + H )2  C= M exp  − 2  exp  −  (4) M  y2   H2  2π uσ yσ z  2σ y   2σ z2  C= exp  − 2  exp  − 2    π uσ yσ z  2σ   y   2σ z  Nồng độ tổng cộng được tính từ các công thức (3) và (4) là Khi tính toán nồng độ ô nhiễm trên mặt đất dọc theo trục gió M  y 2    ( z − H )2   ( z + H ) 2   (trục x) thì y=0, khi đó ta có C= exp  − 2  exp  −  + exp −  2π uσ yσ z  2σ  2σ z2  2σ z2     www,themegallery,com www,themegallery,com  y   M  H2  C( x ) = exp  − 2  (5) Đây là công thức tính toán khuếch tán chất ô nhiễm từ nguồn điểm cao liên tục và hằng số theo “mô hình Gauss” đang được áp π uσ yσ z  2σ z  dụng phổ biến Company Logo Company Logo 15 http://www.iesemhui.org
  16. 10-May-11 Sự biến dạng của mô hình Gauss cơ sở (tt) Để tính nồng độ cực đại Cmax trên mặt đất, ta có thể Như đã biết, vận tốc gió thay đổi theo độ cao và người ta giả thiết rằng tỷ số σy/σz là không phụ thuộc vào x. thường đo vận tốc gió tại độ cao 10 m, nhưng lại cần vận tốc gió tại miệng ống khói.  Lúc đó, đạo hàm phương trình (5) theo σz ta có: p  z  u   , z < 200m u ( z ) =  10  10  H u .2 p , z 200m ≥ σ z (Cmax ) = (6)  10 2 Trong đó tham số p liên hệ với các lớp ổn định Pasquill – Hanna theo bảng sau: Khi biết mối quan hệ của σz phụ thuộc vào x ta có thể Cấp ổn định theo Điều kiện thành phố Điều kiện nông thôn tính khoảng cách xM từ (6), sau đó tính σy phụ thuộc Pasquill vào xM bằng bảng rồi thay vào (5) ta có A 0,15 0,07 www,themegallery,com www,themegallery,com B 0,15 0,07 C 0,20 0,10 2M 0 ,1656 M C max = = D 0,25 0,15 π 2 eu σ y H u σ yH E F 0,30 0,30 0,35 0,55 Company Logo Company Logo Các hệ số khuếch tán δy, δz Mô hình Gauss là mô hình được lý tưởng hóa với Công thức tính toán σy, và σz được Briggs G. lập ra đối với khoảng những giới hạn như : cách x từ 100- 10.000m thể hiện qua bảng sau: 1 1  2K y x  2  2K z x  2 1. Chỉ ứng dụng cho bề mặt phẳng và mở δ y =   , δ z =    u   u  2. Rất khó lưu ý tới hiệu ứng vật cản; Cấp ổn định σy (m) σz (m) theo Pasquill Vùng nông thôn 3. Các điều kiện khí tượng và điều kiện tại bề mặt đất A 0,22x (1+0,0001x)-1/2 0,20x là không đổi B 0,16x (1+0,0001x)-1/2 0,12x C 0,11x (1+0,0001x)-1/2 0,08x (1+0,0002x)-1/2 D 0,08x (1+0,0001x)-1/2 0,06x (1+0,00015x)-1/2 4. Chỉ áp dụng cho các chất khí có mật độ gần với E 0,06x (1+0,0001x)-1/2 0,03x (1+0,0003x)-1 www,themegallery,com www,themegallery,com F 0,04x (1+0,0001x)-1/2 0,016x (1+0,0003x)-1 mật độ không khí Khu vực thành phố A- B 0,32x (1+0,0004x)-1/2 0,24x (1+0,0001x)1/2 5. Chỉ áp dụng cho các trường hợp vận tốc gió uw ≥ 1 C 0,22x (1+0,0004x)-1/2 0,20x m/s. D 0,16x (1+0,0004x)-1/2 0,14x (1+0,0003x)-1/2 E-F 0,11x (1+0,0004x)-1/2 0,08x (1+0,00015x)-1/2 Company Logo Company Logo 16 http://www.iesemhui.org
  17. 10-May-11 CHIỀU CAO HIỆU QUẢ CỦA ỐNG KHÓI Công thức của Davidson W.F Dựa vào kết quả thực nghiệm của Bryant (1949), Davidson đã đưa ra công thức: A - rất không bền vững ω   ∆T  1, 4 B - không bền vững loại trung bình ∆h = D  1 +  C - không bền vững loại yếu v  Tkhói  D - trung hòa Công thức trên có thể phân biệt thành 2 phần ω  1, 4 E - bền vững yếu F - bền vững loại trung bình Thành phần độ nâng do vận tốc ∆hv = D  ban đầu của khói v www,themegallery,com www,themegallery,com  ω  ∆T 1, 4 Thành phần độ nâng do sức nổi gây ra bởi chênh lệch nhiệt độ ∆ht = D  .  v  Tkhói D- Đường kính miệng ống khói; ω- vận tốc ban đầu của luồng khói tại miệng ống khói; u- vận tốc gió; Tkhói- nhiệt độ tuyệt đối khói tại miệng ống Company Logo khói; ∆T- chênh lệch nhiệt độ giữa khói và không khí xung quanhCompany Logo CHIỀU CAO HIỆU QUẢ CỦA ỐNG KHÓI (tt) CHIỀU CAO HIỆU QUẢ CỦA ỐNG KHÓI (tt) Công thức Bosanquet- Carey- Halton Công thức của Holland ∆h = (1,5ω D + 4,1.10−5 Qh ) / u Các CT được xây dựng cho điều kiện trung tính của khí quyển Độ nâng cao do động năng ban đầu Qh = C p Lρ ∆t  ∆h  Sau đó, Moses và Carson đã phát triển công thức này để áp dụng ∆hv = ∆hv ,max 1 − 0,8 v , max  cho loại ống khói có chiều cao và công suất lớn, công thức có  x  ( ) dạng ∆h = a1ω D + a2Qh 2 / u 1 6,37 gL1∆T1 z Độ nâng cao do lực nổi ∆ht = www,themegallery,com www,themegallery,com u 3T1 Để áp dụng mô hình Gauss trong tính toán khuếch tán chất ô nhiễm, Holland đã đưa ra công thức sau để xác định độ nâng Độ nâng tổng cộng của luồng khói: ∆h = ∆hv + ∆ht cao của luồng khói ωDa  T −T  Chiều cao hiệu quả của ống khói: H = h + 0,75∆h ∆h = 1,5 + 2,68.10−3.P.D khoi xq  Company Logo u  Tkhoi  Company Logo 17 http://www.iesemhui.org
  18. 10-May-11 5. MÔ HÌNH BERLIAND TÍNH TOÁN LAN TRUYỀN CHẤT Ô NHIỄM TRONG KHÍ QUYỂN 5.1. Sự phân bố chất ô nhiễm và phương trình D- Đường kính miệng ống khói; toán học cơ bản P – áp suất khí quyển, milibar (1atm = 1013 mbar); Tkhoi, T xq – nhiệt độ của khí và không khí xung quanh, K Trị số trung bình của nồng độ chất ô a – là hệ số hiệu chỉnh nhiễm trong không Cấp A , B và C – nhận với hệ số 1.1 – 1.2; khí phân bố theo Cấp D, E, F – nhân hệ số 0.8 – 0.9 thời gian và không gian được mô tả qua ω- vận tốc ban đầu của luồng khói tại miệng ống khói; phương trình lan u- vận tốc gió; truyền, khuếch tán rối và biến đổi hóa www,themegallery,com www,themegallery,com học như sau: Sơ đồ khuếch tán luồng khí thải dọc theo chiều gió ∂C ∂C ∂C ∂C ∂  ∂C  ∂  ∂C  ∂  ∂C  + Vx + Vy + Vz =  Kx  + Ky  +  Kz  + αC − β C ∂t ∂x ∂y ∂z ∂x  ∂x  ∂y  ∂y  ∂z  ∂z  Company Logo (*) Company Logo Các giả thiết làm đơn giản bài toán Công suất của nguồn điểm phát thải là liên tục và coi là quá trình dừng, nghĩa là • C – nồng độ trung bình của chất ô nhiễm (mg/m3 ); • x,y,z – các thành phần tọa độ theo 3 trục Ox, Oy, Oz ∂C =0 • t – thời gian ∂t • Kx, Ky, Kz – các thành phần của hệ số khuếch tán rối Nếu hướng trục Ox trùng với hướng gió thì thành theo 3 trục Ox, Oy, Oz phần vận tốc gió chiếu lên trục Oy sẽ bằng 0 • Vx, Vy , Vz – các thành phần của tốc độ trung bình theo ba trục Ox, Oy, Oz Vx = V = u ⇒Vy = 0 • α - hệ số tính đến sự liên kết của chất ô nhiễm với các phần tử khác của môi trường không khí Trên thực tế thành phần khuếch tán rối theo chiều www,themegallery,com www,themegallery,com β - hệ số tính đến sự biến đổi chất ô nhiễm thành các gió nhỏ hơn rất nhiều so với thành phần khuếch tán chất khác do quá trình phản ứng hóa học xảy ra trên rối theo phương vuông góc với chiều gió, khi đó: đường lan truyền. ∂  ∂C  Kx ≈0 Company Logo ∂x  ∂x  Company Logo 18 http://www.iesemhui.org
  19. 10-May-11 t = 0 x = 0  Điều kiện ban đầu  uC = Mδ ( y ).δ ( z − H ) y = 0 Tốc độ thẳng đứng thường nhỏ so với tốc độ gió nên có thể bỏ qua, trục z thường lấy chiều dương hướng  z = H lên trên, do đó đối với bụi nặng thì thành phần Vz ở phương trình (*) sẽ bằng tốc độ rơi của hạt (dấu âm), H – là độ cao hữu dụng; H = h + Δh. Với h – độ cao vật lý của nguồn điểm (ống khói) (m); Δh – độ nâng ban đầu của luồng khí thải (vệt khói) (m); C – nồng độ trung bình của còn đối với chất ô nhiễm khí và bụi nhẹ thì Vz = 0. chất ô nhiễm (mg/m3); M – công suất nguồn thải; δ(y), δ(z – H) – là các hàm Dirắc. Nếu bỏ qua hiện tượng chuyển “pha” của chất ô Điều kiện biên  x → +∞ nhiễm cũng như không xét đến chất ô nhiễm được  Điều kiện xa vô cùng  z → +∞ thì C→0 bổ sung trong quá trình khuếch tán thì α = β = 0. y →∞  www,themegallery,com www,themegallery,com ∂C ∂  ∂C  ∂  ∂C  ∂C Vx =  K y  +  Kz  Điều kiện phản xạ hoàn toàn Kz =0 ∂y  ∂z  z =0 ∂x ∂y  ∂z  ∂z Điều kiện hấp thụ hoàn toàn C z =0 =0 Company Logo Company Logo Nghiệm giải tích ∂C ∂  ∂C  ∂  ∂C  Giả thiết rằng Vx và Kz được cho dưới dạng hàm luỹ thừa Vx = Ky  +  Kz  ∂x ∂y  ∂y  ∂z  ∂z  n n  z  m  z m  z  z  V x = u 1   K z = K 1   K y = K 0 .u V x = u1   K z = K 1   K y = K 0 .u  z1   z1   z1   z1  uC t = 0; x = 0; y = 0; z = H = Mδ ( y ).δ ( z − H ) u1 , K1 – là vận tốc gió (m/s) và hệ số rối đứng đo đạc (m2/s) và chỉnh lý tại độ cao z1 = 1 m; ∂C Kz z =0 =0 n và m là các tham số không thứ nguyên được chỉnh lý tính ∂z toán từ số liệu đo đạc trong tầng không khí sát đất (thường thì www,themegallery,com www,themegallery,com người ta lấy xấp xỉ m ≈ 1, n ≈ 0,15, z1 = 1m) K0 được xác định trên cơ sở giải bài toán ngược khuếch tán rối (kết quả nhận được cho thấy K0= 0.1 – 1 m phụ thuộc vào mức ổn định của tầng kết). Company Logo Company Logo 19 http://www.iesemhui.org
  20. 10-May-11 5.2. Công thức Berliand trong trường hợp chất khí và bụi nặng Ky Đối với nồng độ tại mặt đất, Berliand đã đưa ra công thức Trong các công thức này K0 = H = h + ∆H u  u 1 H 1+ n y2  C ( x, y ,0 ) = M exp  − −  1,5ω0 R  3,3gR∆T  2(1 + n )K 1 πK 0 x 3 2  (1 + n ) K 1 x 4 K 0 x  2 Với ∆H = 2,5 + u10  2 Txq .u10   T – nhiệt độ không khí xung quanh đo bằng Kelvin; u10 – vận tốc gió tại độ cao 10 m; Đặc trưng nổi bật của sự phân bố nồng độ dưới mặt đất C theo ω0 –vận tốc khí thoát ra khỏi miệng ống (m/s); R – bán kính miệng ống khói (m); g – gia trục x (nghĩa là với y = 0) là đạt được giá trị cực đại C m tại tốc trọng trường; ΔT = Tb –T :hiệu nhiệt độ của tạp chất khí thoát ra khỏi miệng ống và nhiệt độ không khí xung quanh, (Tb và T tính bằng Kelvin = 273 + tº C). khoảng cách xm tính từ nguồn. Trong trường hợp chất thải là tạp chất nặng có cỡ hạt đồng nhất, ∂C ∂C = =0 Berliand đã nhận được công thức tính nồng độ từ một nguồn điểm có độ ∂x ∂y cao H được xác định bằng công thức: www,themegallery,com www,themegallery,com MH ω (1+ n)u1ω  u H 1+ n y2  C (x, y,0) = exp− 1 2 −  2(1 + n) Γ(1 + ω ) πK 0 x (K1 x)  (1 + n ) K1x 4 K 0 x  1+ 2ω 1+ ω 0,116(1 + n ) M 2 u1 H 1+ n 2 K1 Cm = xm = 3 K1 (1 + n )2 w u1 H 1,5(1+ n ) K 0 u1 Trong đó ω= K1 (1 + n ) Company Logo Company Logo 5.3. Công thức Berliand trong trường hợp lặng gió Để khắc phục tình trạng này, trong phương trình lan truyền chất cần Giá trị cực đại của Cm và khoảng cách từ đó tới nguồn xm thiết phải bổ sung thành phần khuếch tán theo phương x : Phương trình lan truyền chất ô nhiễm trong trường hợp lặng gió 0,063(1 + n ) M 1, 5 +ω được mô tả bằng phương trình sau đây: K1 (1,5 + ω ) 2 Cm = 1 ∂  ∂C  ∂  ∂C  M Mδ (r )δ ( z − H ) = 0 u1 H 1, 5(1+ n ) K 0u1 Γ(1 + ω )eω  rK r r ∂r   + Kz ∂r  ∂z  + ∂z  2πr x = r cosϕ ;0 ≤ ϕ ≤ 2π  Phương trình trên được viết trong hệ tọa độ trụ: y = r sinϕ u1 H 1+ n z = z; z = 0 xm =  (1 + n )2 (1,5 + ω )K1 K z = K1ϕ1 ( z ); K r = β 2 rϕ 2 ( z ) www,themegallery,com www,themegallery,com Các hệ số khuếch tán có dạng : Trong đó w = 1,3.10-2.ρpr2p - là tốc độ rơi của các hạt có dạng hình cầu, trong đó ρ p- mật độ các hạt bụi, rp – bán kính của chúng. w được xác định bằng cm/s, còn ρp và rp được cho bằng g/cm3 và μm tương ứng. Company Logo Company Logo 20 http://www.iesemhui.org
ANTS
ANTS

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản