Mô hình hóa môi trường-09 Mô hình ô nhiễm môi trường

Chia sẻ: Tobi Luv | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:0

0
176
lượt xem
56
download

Mô hình hóa môi trường-09 Mô hình ô nhiễm môi trường

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

Tham khảo bài thuyết trình 'mô hình hóa môi trường-09 mô hình ô nhiễm môi trường', khoa học tự nhiên, công nghệ môi trường phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Mô hình hóa môi trường-09 Mô hình ô nhiễm môi trường

  1. Chương 8: MÔ HÌNH TÍNH TOÁN Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ 1
  2. I. Phöông trình lan truyeàn oâ nhieãm khoâng khí Phöông trình cô baûn. Ø Ñôn giaûn hoùa phöông trình lan truyeàn. Ø Nghieäm giaûi tích. Ø II. Phöông phaùp GAUSS. Coâng thöùc cô sôû. Ø Söï bieán daïng moâ hình GAUSS (ñoåi goác toïa ñoä, tính Ø ñeán söï phaûn xaï noàng ñoä) cöïc ñaïi chaát oâ nhieãm Heä soá khuyeách taùn vaø ñoä oån ñònh khí quyeån. Ø III.Caùc coâng thöùc phuï trôï. Chieàu cao hieäu quaû oáng khoùi. Ø Quaù trình laéng ñoïng. Ø 2
  3. IV. Phöông phaùp Berliand M.E. Noàng ñoä chaát oâ nhieãm ñoái vôùi khí vaø buïi nheï. Ø Noàng ñoä chaát oâ nhieãm ñoái vôùi buïi naëng. Ø Coâng thöùc tính vaän toác gioù theo ñoä cao. Ø Noàng ñoä chaát oâ nhieãm trong ñieàu kieän khoâng gioù. Ø V. Noàng ñoä chaát oâ nhieãm do nhieàu nguoàn thaûi gaây ra Taàn suaát gioù, heä soá trung bình. Ø Tính toaùn noàng ñoä chaát oâ nhieãm theo taàn suaát gioù. Ø Tính toaùn noàng ñoä töông ñoái toång coäng do nhieàu Ø nguoàn ñieåm cao gaây ra. 3
  4. I. Phương trình cơ bản để tính nồng độ chất ô nhiễm trong khí quyển Phương trình chuyển tải vật chất (phương trình truyền nhiệt) ¶C ¶C ¶C ¶C ¶ æ ¶C ö ¶ æ ¶C ö +u +v +w = çk ÷+ çk ÷+ ¶t ¶x ¶y ¶z ¶x è ¶x ø ¶y è ¶y ø x y ¶ æ ¶C ö ¶C ÷ + aC - b C + w + çk (1) ¶z è ¶z ø ¶z z c 4
  5. • C : Nồng độ chất ô nhiễm trong không khí. • x,y,z: Các thành phần toạ độ theo trục Ox, Oy, Oz. • t : Thời gian. • Kx, Ky, Kz : Các thành phần của hệ số khuyếch tán rối theo các trục Ox, Oy Oz. • u,v,w: Các thành phần vận tốc gió theo trục Ox,Oy,Oz. • Wc : Vận tốc lắng đọng của các chất ô nhiễm a : Hệ số tính đến sự liên kết của chất ô nhiễm với các • phần tử khác của môi trường không khí. b : Hệ số tính đến sự biến đổi chất ô nhiễm thành các • chất khác do những quá trình phản ứng hoá học xảy ra trên đường lan truyền. 5
  6. Đơn giản hoá phương trình trên cơ sở thừa nhận 1 số điều kiện gần đúng bằng cách đưa ra các giả thuyết phù hợp với điều kiện cụ thể • Nếu hướng gió trùng với trục Ox thì thành phần tốc độ gió chiếu lên trục Oy sẽ bằng 0, có nghĩa là v = 0. • Tốc độ gió thẳng đứng thường nhỏ hơn rất nhiều so với tốc độ gió nên có thể bỏ qua, có nghĩa là w = 0. Trong nhiều trường hợp, nếu xét bụi nhẹ thì Ws = 0 (trong trường hợp bụi nặng thì lúc đó ta sẽ cho Ws ¹0). • Nếu bỏ qua hiện tượng chuyển pha (biến đổi hoá học) của chất ô nhiễm cũng như không xét đến chất ô nhiễm được bổ sung trong quá trình khuyếch tán thì a=b=0 6
  7. Phương trình ban đầu được viết dưới dạng ¶C ¶C ¶ æ ¶C ö ¶ æ ¶C ö (2) +u = çk ÷ + ¶z ç k ¶z ÷ ¶t ¶x ¶y è ¶y ø è ø y z Giả sử các hệ số Ky, Kz không đổi thì pt được viết lại ¶C ¶C ¶C ¶C 2 2 +u =k +k (3) ¶t ¶x ¶y ¶z y z 2 2 7
  8. Không tính đến thành phần phi tuyến u¶C/¶x, ptrình: ¶C ¶C ¶C2 2 =k +k (4) ¶t ¶y ¶z y z 2 2 Tuỳ theo điều kiện ban đầu và điều kiện biên mà ta có các nghiệm giải tích khác nhau. 8
  9. Tìm nghiệm giải tích 9
  10. Xét bài toán truyền nhiệt 1 chiều ¶u 2¶ u 2 -¥ < x < +¥ , t = 0 (5) =a ¶t ¶x 2 Điều kiện ban đầu : u ( x, t ) = j ( x) -¥ < x < +¥ j ( x) : là một hàm liên tục 10
  11. Đặt u(x, t) = X(x)T(t) vào phương trình truyền nhiệt ta được XT ' = a X "T 2 X" T' = 2 = -l = const Û 2 (6) X aT Þ X "+l X = 0 2 (7 ) T '+ a 2 l2T = 0 (8) Nghieäm cuûa phöông trình (8) laø : il x X1 = C1e X 2 = C 2 e -ilx - a 2 l2t Û T = C3 e 11
  12. Nghiệm của phương trình vi phân (5) có dạng u ( x , t ) = A( l ) e - l 2 a 2 t ± il x (9) l λ là số thực bất kỳ (- ¥ < λ < ¥) Chọn dấu dương của phương trình và lập ra hàm số +¥ u ( x, t ) = ò A(l )e dl (10) - a 2 l 2 t + il x -¥ Điều kiện ban đầu t = 0 . Khi đó ta có: +¥ j ( x, t ) = ò A(l )e d l il x (11) -¥ 12
  13. Sử dụng công thức tính tích phân Fourier 1 +¥ A(l ) = ò j (z )e d z - ilz (12) 2p -¥ Thay (12) vào (10) ta có: ( ) 1 +¥ +¥ ò ò j (z )e d z e dl u ( x, t ) = - a 2 l 2 t + il x - ilz 2p -¥ -¥ 1 ò ò (e d l )j (z )d z +¥ +¥ = - a 2 l 2t + il ( x -z ) 2p -¥ -¥ 1 1 - ( x -z )2 dl = Tích phân I = e e - a 2 l 2 t + i l ( x -z ) 4 a2t 2p 2 pa t 2 13
  14. 1 - ( x -z ) 2 +¥ j (z )dz Þ u ( x, t ) = ò (13) e 4 a 2t 2 pa t 2 -¥ 1 - ( x -z )2 Đặt G ( x, z , t ) = e 4 a 2t 2 pa t2 +¥ u ( x, t ) = ò G ( x, z , t )j (z ) d z (14) Þ -¥ G(x, z, t): nghiệm cơ sở của phương trình truyền nhiệt 14
  15. Phương trình lan truyền ô nhiễm 1 chiều được viết lại với nguồn thải Q tại x = 0 ¶C ¶C 2 =k (15) ¶t ¶x x 2 Đặt a = k x Þnghiệm của phương trình (15) 2 Q - x2 C ( x, t ) = (16) e 4 tk x 2 p tk 1/ 2 x Điều kiện biên x®¥ thì C®¥ (Nồng độ ô nhiễm tại một điểm càng giảm khi điểm càng tiến xa khỏi chân nguồn thải ) 15
  16. Bài toán hai chiều, nghiệm của phương trình Q é 1 æ x2 y 2 öù ê- ç + ÷ú C ( x, y , t ) = ê 4 t ç kx k y ÷ú e (17) è øû ë 4(p t )(k k ) 1/ 2 x y Bài toán ba chiều, nghiệm của phương trình Q é 1 æ x2 y 2 z 2 öù ê- ç + + ÷ú C ( x, y , z , t ) = ê 4 t ç kx k y kz ÷ú e è øû ë (18) 8(p t ) (k k k ) 3/ 2 1/ 2 x y z 16
  17. II. Công thức xác định sự phân bố nồng độ chất ô nhiễm theo luật phân phối chuẩn Gauss II.1 Công thức cơ sở: a) c) u d) b) Hình 1:Biểu đồ luồng khói bằng các khối phụt tức thời và liên tục 17
  18. Bài toán lan truyền chất ô nhiễm ở đây là bài toán hai chiều và do đó ta chọn công thức (17) để áp dụng M é 1 æ y2 z 2 öù (19) ê- ç + ÷ú C= ê 4 t ç k y kz ÷ú e è øû ë 4p ut (k k ) 1/ 2 y z Thiết lập sự cân bằng vật chất trong từng “lát” khói • bề dày 1m theo chiều x • các chiều y, z là vô cực • vận tốc gió u • Thời gian từng lát đi qua khỏi ống khói là 1m/u • lượng chất ô nhiễm trong “lát” khói: Q = M x1/u 18
  19. x • Đặt : k = 0.5s u (20) (22) t= 2 u x y y u k = 0.5s (21) 2 x z z sx,sy: hệ số khuyếch tán theo phương ngang và phương đứng [m] Thay (20), (21), (22) vào (19), ta được công thức cơ sở của mô hình lan truyền chất ô nhiễm theo luật phân phối chuẩn Gauss (“mô hình Gauss” cơ sở) M M é æ y2 z 2 öù æ y2 ö æ z2 ö ê -ç ÷ú -ç ÷ + -ç ç 2s 2 ÷ C= = ê ç 2 s y 2 2 s z 2 ÷ú ç 2s 2 ÷ ÷ e e e ëè øû è yø è zø 2p us s 2p us s (23) y z y z 19
  20. II.2 Diễn giải công thức mô hình Gauss cơ sở bằng phương pháp phân tích thứ nguyên: • Từ miệng ống khói chất ô nhiễm được gío mang đi theo trục x trùng với hướng gió • Khoảng cách dọc theo trục gió x (m ) • Vận tốc bằng vận tốc gió u (m/s) • Lượng phát thải chất ô nhiễm M(g/s) là không đổi theo thời gian • Mật độ của chất ô nhiễm trên tất cả các mặt cắt trực giao với trục gió (cũng là trục luồng khói) sẽ bằng M/u (g/m) 20

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản