大气环境影响二PPT讲稿.ppt
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1、大气环境影响二1第1页,共37页,编辑于2022年,星期六第四节湍流扩散的基本理论一、湍流的基本概念1概念:在低层大气中,空气的运动由一个接一个的迅速的阵风起伏所组成,大小与方向随时都在变化,运动很不规则,我们把这种不规则的运动称为大气湍流大气湍流与一般工程上遇到的湍流有明显的不同。流体在管内流动时,湍涡的大小是被限制着的。大气中空气的流动则是没有约束的。只要极小的平均风速就会有很大的雷诺数;实际上可以认为,低层大气的流动通常都是处于湍流状态。形成和发展取决于两种因素:动力或机械的因素-机械湍流;热力因素引起-热力湍流;2第2页,共37页,编辑于2022年,星期六2.大气湍流运动的描述:统计理
2、论描述,某种属性的时间平均值可用下式表示:直角坐标系中,任意瞬时速度湍流特性可以用湍流强度来表示湍流强度的定义3第3页,共37页,编辑于2022年,星期六相对湍流强度4第4页,共37页,编辑于2022年,星期六风向摆动可用风向方位角的方差或标准差描述湍流运动的两种描述方法欧拉法:连续介质,整个流场中各个给定空间点不同质点的运动要素随时间的变化简便拉格朗日法:典型流体质点的运动生命两种湍流:铅直方向气温分布不均产生的湍流-热力湍流,主要取决于大气稳定度。铅直方向风速分布不均及地面粗造度产生的湍流,叫机械湍流。主要取决于风速梯度和地面粗造度。湍流有极强的扩散能力:比分子扩散快105-106倍。与烟
3、团尺度相近,扩散最好,太大-搬运,太小扩散差。5第5页,共37页,编辑于2022年,星期六二、湍流扩散理论梯度输送理论,统计扩散理论,相似扩散理论1梯度扩散理论在湍流扩散烟流中取微小体积元dxdydz,研究其中由于平均流动和湍流扩散发生的物质交换情况。ABCDABCD6第6页,共37页,编辑于2022年,星期六单位时间内沿x方向微元内污染物的净变化量为:同理,在y方向和z方向的净变化量分别为:单位时间内微元内总的变化量为微元内的污染物质量为Cdxdydz,单位时间内的变化量表现为为:(5-1)(5-2)7第7页,共37页,编辑于2022年,星期六据质量守恒定律(5-1)=(5-2):考虑到湍流
4、引起的浓度和速度起伏,需将c=c+c,u=u+u,v=v+v,w=w+w等关系式代入(5-3),对两边取平均,整理后得到:(5-3)湍流扩散的梯度理论把湍流扩散过程与分子扩散过程类比,假定湍流脉动的浓度通量正比于平均浓度梯度,即:(5-4)8第8页,共37页,编辑于2022年,星期六将上式代入(5-4)中,得到湍流扩散的微分方程:取x轴与平均风向一致,z轴铅直向上,v=w=0,假定流场均匀,将平均浓度表示为c,则上式变为:(5-5)(5-6)有风条件下连续点源的解:空间某固定点的浓度C不随时间而变浓度仅是空间坐标的函数9第9页,共37页,编辑于2022年,星期六 X方向上的风平流输送引起的物质
5、质量传递远远超过扩散作用 方程(5-6)简化为:边界条件:x=y=z=0时,C x,y,z 时,C 0连续条件:假定污染物在扩散过程中没有衰减或增生,而保持恒定,于是通过下风向任一y-z平面的污染物量等于源强Q(5-7)10第10页,共37页,编辑于2022年,星期六在上述条件下有风连续点源的解为:式中:(5-30)式(5-30)是假定污染物在无限空间中扩散,不受任何界面限制的条件下导出的,又称为无界情况下的扩散模式-无界空间无界空间连续点源高斯模式。连续点源高斯模式。11第11页,共37页,编辑于2022年,星期六4高架连续点源高斯模式考虑地面影响像源法全反射原理P点浓度由实源(0、0、H)
6、和像源(0、0、-H)产生的浓度之和(1)高架连续点源高斯模式推导实源的作用实源的作用:P点在以实源排放点(有效源高处)为原点的坐标系中(无限空间)中的铅直坐标(距烟流中心线的铅直距离)为(-(H-z)=z-H),不考虑地面影响时在P点产生的浓度按(5-30)计算。(5-31)12第12页,共37页,编辑于2022年,星期六像源的作用像源的作用:P点在以像源排放点(负的有效源高处)为原点的坐标系(无限空间)中的铅直坐标(距像源产生的烟流中心线的铅直距离)为(z+H),其在P点产生的浓度也按(5-30)计算。P点的实际浓度应为实源和像源作用之和(5-32)(5-33)13第13页,共37页,编辑
7、于2022年,星期六地面浓度扩散模式,z0时地面轴线浓度扩散模式,z=0,y=0时地面最大浓度模式(5-34)(5-35)x大大小大C-出现最大值14第14页,共37页,编辑于2022年,星期六对x求导,并令(535)0,计算最大落地浓度和距离(5-36)(5-37)(5-38)(5-39)(5-40)化简为下列常用的形式:15第15页,共37页,编辑于2022年,星期六地面连续点源扩散模式,H=05.烟流宽度和烟流高度烟流半宽y0的定义是沿y轴方向从浓度轴线(x轴线)到浓度下降为轴线浓度1/10的距离假定浓度分布符合正态分布(5-42)坐标yi处浓度16第16页,共37页,编辑于2022年,
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