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国家重点基础研究发展规划(2010CB428501)和863计划(2008AA06A415, 2009AA06A41802)资助 收稿日期: 2012-04-01; 修回日期: 2012-05-08; 网络出版日期: 2012?10?24 网络出版地址: https://www.doczj.com/doc/613589033.html,/kcms/detail/11.2442.N.20121024.1339.015.html
北京大学学报(自然科学版), 第49卷, 第3期, 2013年5月
Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, Vol. 49, No. 3 (May 2013)
冷却塔对大气扩散影响的数值模拟
蔡旭晖1,? 刘晓1 康凌2 刘新建3
1. 北京大学环境科学与工程学院环境科学系, 北京 100871;
2.
北京大学环境模拟与污染控制国家重点联合实验室,
北京 100871; 3.
中国核电工程有限公司, 北京 100840; ? E-mail: xhcai@https://www.doczj.com/doc/613589033.html,
摘要 利用计算流体力学模型Fluent, 模拟多个冷却塔对大气流动和湍流场的作用, 用拉格朗日随机粒子模式进一步模拟其大气扩散影响。针对一个内陆核电厂的设计方案进行模拟, 共有4个冷却塔和4个常规烟囱排放口。取当地典型风速1.5 m/s 和中性边界层条件模拟ESE, SSE 和SW 这3个方向来流的塔体扰动情况。对应各风向各取2个排放位置进行扩散模拟并计算扩散参数。结果显示, 在扰动最小的风向条件下, 冷却塔几乎对扩散没有影响, 扰动严重时水平和垂直扩散参数可分别增大2个和1个稳定度级别, 这种影响在1 km 之内最为明显。
关键词 大气扩散; 冷却塔; 数值模拟; Fluent 软件; 随机粒子模式 中图分类号 P404
Numerical Simulation of Cooling Tower Influences
on Atmospheric Dispersion
CAI Xuhui 1,?, LIU Xiao 1, KANG Ling 2, LIU Xinjian 3
1. Department of Environmental Sciences, College of Environmental Sciences and Engineering, Peking University, Beijing 100871;
2. State Key Joint Laboratory of Environmental Simulation and Pollution Control, Peking University, Beijing 100871;
3. China Nuclear Power Engineering Co. Ltd., Beijing 100840; ? E-mail: xhcai@https://www.doczj.com/doc/613589033.html,
Abstract Disturbances of cooling towers on wind and turbulence field were simulated with a computational fluid dynamics model, Fluent. The influence on atmospheric dispersion was simulated by using a Lagrangian stochastic particle model. With 4 cooling towers and 4 emission stacks, and a typical wind speed of 1.5 m/s at a nuclear power station site, flow disturbances under neutral condition were simulated for three wind directions, i.e., ESE, SSE and SW. Dispersion plumes and their standard deviations were calculated for each wind direction and 2 selected stacks. Results show that, in case of wind direction with least disturbance on the air flow, there can be almost no influence of the cooling tower at the dispersion. While with significant influence of the air flow disturbance, the standard deviations of plumes can be increased for 2 and 1 stability classes in horizontal and vertical direction. The influence is mostly significant within 1 km of downwind distance.
Key words atmospheric dispersion; cooling tower; numerical simulation; Fluent model; stochastic particle model
冷却塔是工业上的一种散热装置。对大型电厂而言, 为了实现冷却水的循环使用, 往往建造高大的自然通风冷却塔, 将废热排放到空气中去。冷却塔引起一系列的环境问题, 如蒸汽烟云遮蔽、水雾飘落、结冰等[1–2]。当然也有对冷却塔的热量排放加以利用的, 典型的如“烟塔合一”技术[3]: 电厂的脱
硫烟气不再从专门的烟囱排放, 而是改经冷却塔排放。这样可以利用冷却塔的热量排放携带烟气上升至更高的气层, 从而减小对地面的污染影响[4–6]。
实际应用中建造的冷却塔日趋高大, 高度甚至可达200 m 。因此, 污染物在厂址附近的扩散不可 避免地受到冷却塔建筑结构的影响。这种影响来自
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两个方面, 一是塔体直接对气流的扰动, 二是塔体造成湍流场的改变。
研究高大建筑扰动条件下的大气扩散过程与性质, 是一项颇具挑战性的工作。目前主要研究方法是风洞模拟和计算流体动力学(CFD)数值模拟。风洞模拟方法涉及风洞设备、物理模型、观测实验等多个环节, 经费投入较高。近年国内亦开始有少量针对冷却塔的研究报道[7–8]。CFD 数值模拟方法利用计算机对流体力学方程进行求解, 相对而言更为灵活、便捷, 也较为节省经费。随着流体力学解算方法的发展和计算能力的大幅提高, CFD 数值模拟的应用日益广泛。例如, 一些研究者开始对城市街区或主要楼宇附近的扩散特性进行模拟[9–10], 针对冷却塔水汽扩散的研究也在进行[11]。
本文针对一个内陆核电厂的设计方案, 尝试用CFD 模型Fluent 模拟多个冷却塔对大气流动和湍流场的影响, 然后将模拟的流动与湍流场与一个拉格朗日随机粒子模式相衔接, 进一步模拟和分析不同条件下的大气扩散规律。研究方法和结果不仅有助于揭示当地近场大气扩散特性, 对其他类似条件的大气扩散模拟应用也具有参考意义。
1 模式简介
使用专业CFD 软件Fluent (6.3.26版)进行流动和湍流场的计算, 通过数值求解Navier-Stokes 方程模拟所关心区域内的湍流运动。该版本软件可进行大涡模拟和雷诺平均模拟, 并适用于结构和非结构的网格划分。在湍流闭合方面有不同的模型方案选项, 包括k-ε 双方程模型和雷诺应力方程模型等。
有关模式方程、原理、计算方法等详见该软件手册及其他文献[12–13]。由于其强大的功能, Fluent 在工程
流体方面应用广泛, 近年在环境领域的应用也发展迅速[9–10]。
扩散计算采用Cai 等[14–15]研发的拉格朗日随机粒子模式。该模式以被动示踪粒子代表污染物, 通过追踪大量粒子在湍流场中的随机运动和空间分布, 了解大气的扩散性质。由于从理论上严格考虑了扩散的均匀分布约束[16–17], 该模式可以正确反映非均匀湍流中的扩散。这对模拟近地面的扩散过程十分重要, 因为近地面湍流存在很强的垂直变化。该模式曾与中尺度气象模式、大涡模式耦合, 研究大气扩散输送的过程和机制, 并实际应用于核应急大气扩散模拟系统。
2 资料与方法
本文针对华中某核电厂的情况进行研究。根据该核电厂的工程设计, 将采用双曲线自然通风冷却塔, 并采用一机一塔方案, 4台机组分别对应4个冷却塔。冷却塔几何参数为: 塔高215 m, 塔底直径162 m, 喉部高度165 m, 喉部直径92 m, 出口直径98 m 。4台机组的4个冷却塔两两一组, 大致呈西 北—东南布列, 一组双塔的中心距约250 m, 南北两组塔的距离约1250 m 。核电厂各机组的烟囱高 62 m, 内径3 m, 位于4个冷却塔之间。表1为各 冷却塔和烟囱的位置参数, 具体位置分布见图1。
按冷却塔位置关系和塔体几何参数, 使用Fluent 附带的Gambit 软件模块生成数字模型并进行网格划分。由于主要关心的是冷却塔塔体及其组合的影响, 地形和烟囱自身的影响此处不予考虑。模式计算的水平区域取4 km × 4 km, 以4塔平均位置为中心, 垂直方向取700 m 。图1(b)和(c)显示4座冷却塔的立体模型和地面与冷却塔表面的计算网格划分。为反映塔体的几何形状以及塔体对气流的作用, 模式区域使用非结构可变网格, 模式中心和塔体附近网格较密。总体而言, 地面和模式空间的基本网格尺度为50 m, 在冷却塔表面基本网格尺度为20~40 m 。模式区域最终划分为约11万个网格。
在Fluent 模式计算中, 采用雷诺应力七方程模型, 固壁边界取标准壁面函数。上风边界取速度入流条件, 下风边界取压力出流条件。顶边界取滑移壁面条件。入流取中性风速廓线*00
ln u z
u k z =
, 其中*u 为摩擦速度, 0z 为空气动力学粗糙度(取0.1 m),
0k 为冯
?
卡曼常数。其他湍流廓线则通过对一个周
期边界的区域进行长期积分而获得[18]。在入流边界上设定速度方向, 模拟不同风向的影响。根据冷却塔与烟囱的位置分布(图1), 取ESE, SSE 和SW 这3
表1 冷却塔和烟囱相对模式中心的位置坐标
Table 1 Location of cooling towers and stacks
relative to the center of model domain
冷却塔 x /m y /m 烟囱 x /m y /m 1号塔 434 ?455 1号囱 122 ?337 2号塔 226
?604
2号囱
70
?264
3号塔 ?431 458 3号囱 ?56 263 4号塔
?227 603
4号囱 ?108 337
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个风向进行模拟。地面10 m 风速按当地年平均值 取为1.5 m/s 。
为进行粒子扩散模式计算, 将Fluent 获得的非均匀网格数据转化到均匀网格上。方法是: 首先从Fluent 中以ASCII 格式输出14个高度层的平均速度U , V , W , 湍流动能E , 湍流耗散率ε, 以及地面切应力τ 等。各高度层分别为25, 75, 125, …, 675 m 。然后将各高度层的结果分别插值到均匀网格系统中, 从而可直接用于粒子扩散计算模式。计算中湍流速度标准差按其与湍流动能的关系给定[19]。
粒子扩散计算中需处理地表和冷却塔建筑的固壁边界条件。这里采用壁面反射的方法进行处理。对地面, 如果粒子位于地表粗糙度以下, 则将其反置于地表粗糙度高度以上的对应位置, 其垂直湍流速度亦反向[16]。对冷却塔壁面, 若粒子进入塔体空间范围, 则按该高度建筑截面圆的径向将粒子移出塔体边界。
共进行6组计算(表2)。根据烟囱的工程设计高度, 粒子释放高度取62 m 。每组模拟总共释放36万个粒子, 计算50 min 的连续释放情形。在模拟的最后阶段获得定常、连续的烟流, 可用于考察实际扩散特性。
3 结果
图2为SSE 风向条件下125 m 高度的风速分布和湍流动能分布。可以明显看出, 尾流区风速减小, 且前一组冷却塔与后一组冷却塔对流动的影响相叠加。由于风向与两组冷却塔的走向不完全重合, 各冷却塔的尾流区也不完全对称, 反映出相邻两个冷却塔的相互影响。湍流动能的尾流影响不对称性更为明显, 动能增强区偏向北面一侧。这说明塔体扰动对平均流场和湍流场影响的相对大小、位置分布都有所不同。由于烟囱都分布于两组塔之间, 可见此风向条件下烟囱排放物既受上风向2个冷却塔的尾流影响, 又受下风向2个冷却塔的直接扰动, 污染扩散受到的影响最大。对模拟的ESE 风而言, 两组冷却塔的作用基本上相互独立, 两组冷却塔之间的区域约有一半受前一组塔的扰动影响。由于一组塔作为一个整体, 迎风截面较大, 对流动的扰动仍较大(图略)。对SW 风向, 一组塔中两个塔的排列方向几乎与风向一致, 整体迎风截面很小, 而南北两组塔的距离又较大, 不至于相互干涉, 因此对流动扰动最小(图略)。
对每种风向的流场模拟结果, 各选定2个烟囱位置进行扩散模拟(表2)。图3给出不同风向条件下扩散粒子形成的烟流分布。可以定性地看出: 图3(a), 烟流受上风冷却塔尾流影响, 扩散增宽; 图3(b), 烟流直接撞到下风向的冷却塔上, 之后受塔体尾流影响, 烟流增宽; 图3(c)和(d), 烟流总体处于上风向2个冷却塔的尾流区, 初始扩散就较快, 其后又受到下风向塔体的扰动, 扩散增宽明显, 尤其图3(d)更多反映了下风塔体的扰动作用。图3(e)和(f)显示基本不受塔体影响的SW 风向扩散情况, 很明显, 与其他个例相比, 扩散烟云宽度较小。
为定性考察冷却塔对垂直扩散的影响, 图4给出对应于图3(d)和(e)的烟云分别在yz 和xz 面上的投影。可以明显看出: 烟云在约200 m 以外与冷却塔塔体相撞, 垂直混合有一个突然的增强(图4(a)); 而对于不受冷却塔扰动影响的情况, 烟云垂直混合则表现为平缓变化(图4(b))。
鉴于实际应用中广泛使用高斯烟流模式计算扩散浓度, 因此有必要估算这类扰动条件下的扩散参数。将如图3和4所示的扩散粒子分布按烟流平均走向进行统计, 求出不同下风距离的粒子位置相对平均烟流位置的标准差, 可计算烟云扩散参数。具体计算方法如下。
1) 取下风距离0.1, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0, 1.2, 1.4, 1.7, 2.1 km, 分别计算距释放点这些距离的弧面上粒子水平平均位置, 作为烟流水平平均轴线; 计算弧面上各粒子水平坐标相对于平均位置的标准差, 作为水平扩散参数的近似值。
2) 取粒子释放高度近似为烟流平均高度, 计算各下风弧面上所有粒子垂直坐标相对此平均高度的标准差, 作为垂直扩散参数的近似值。
按上述方法计算的扩散参数示于图5, 由此可以定量分析冷却塔对扩散的影响, 同时作为判断模拟质量的参考。从图5看出, 与Pasquill-Gifford 中性扩散曲线相比, 基本不受冷却塔扰动影响的SW 风扩散烟云(SW1和SW3), 水平扩散参数近处略偏大, 远处略偏小。考虑到模式区域较小, 最远端偏 小的扩散参数值可能与模式边界效应有关。垂直扩散参数偏大较多, 特别是近距离0.5 km 范围以内。Pasquill-Gifford 扩散曲线对应的是较小的地面粗糙度(z 0≈0.03 m), 而此处模拟的地面粗糙度为0.1 m 。地面粗糙度对垂直扩散参数的影响较明显, 大致服从幂次关系σz ~z 0p , 其中指数p 值约为0.1~
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(a)
位置分布示意图
; (b) 4座冷却塔的立体模型; (c) 地面与冷却塔表面计算网格划分
图1 冷却塔与烟囱的位置及模型网格
Fig. 1 Location of cooling towers and stacks, and model meshes
表2 流动和扩散的计算条件
Table 2 Conditions for flow and dispersion modeling
风向
上风边界
下风边界
烟囱号
扩散个例代号
SSE S, E N, W 1 SSE1 SSE S, E N, W 4 SSE4 ESE S, E N, W 1 ESE1 ESE S, E
N, W 4 ESE4
SW S, W N, E 1 SW1 SW S, W N, E 3 SW3
图2 SSE 风条件下125 m 高度风速分布(a)和湍流动能分布(b)
Fig. 2 Distribution of wind speed (a) and turbulent kinetic energy (b) at height 125 m, wind direction SSE
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大小圆圈分别示冷却塔和烟囱位置
图3 不同风向条件下扩散粒子形成的烟流分布
Fig. 3 Dispersion plumes for runs with different wind directions
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(a) 对应图4(d)的yz 面烟云投影, SSE 风, 4号烟囱排放; (b) 对应图4(e)的xz 面烟云投影, SW 风, 1号烟囱排放
图4 模拟的粒子垂直扩散分布个例 Fig. 4 Vertical dispersion plumes of two runs
底图为Pasquill-Gifford 扩散曲线; A, B, ..., F 代表不同稳定度
图5 模拟的烟云扩散参数
Fig. 5 Simulated results of standard deviation σy and σz
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0.25[20]。因此模拟的结果偏大是合理的。总体看来, 模拟结果可以较好地反映中性大气扩散特性。注意到模拟的系统偏差后, 可正确分析评估冷却塔的扰动影响。
从图5中受中等扰动影响的ESE 风的情况来看, 从4号烟囱位置出发的烟云(ESE4)的初始扩散与未受扰动的情况十分接近, 但在约400 m 以后, 烟云碰到冷却塔塔体(图3(b)), 烟云水平和垂直尺度都
急剧增大, 之后在一个较大的尺度上扩散增长。同是ESE 风条件下, 1号烟囱的扩散(ESE1)一开始就处于上风向冷却塔的尾流影响区, 因此下风100 m 处的扩散尺度就明显大于未受扰动的情况, 水平和垂直扩散参数都偏大约1.5个稳定度级别。远处这种差异逐渐减小, 特别是垂直扩散参数, 1 km 后与未受扰动的情况接近。
对于受扰动影响最强的SSE 风的情况, 各烟囱排放的扩散同时受到上风向尾流和下风向塔体的影响, 它们的初始扩散都较快, 400 m 以内的水平和垂直扩散参数比未受扰动的情况分别高约2个和1个稳定度级别, 这与仅受到上风向塔体尾流作用的情况相似。不同的是, 烟流碰到下风向的塔体以后, 水平扩散参数又有一个跳跃性增大, 这与烟囱到下风向塔体的距离有关。 对SSE4扩散个例(4号烟囱), 水平扩散参数在下风约400 m 处的增大十分显著, 而SSE1扩散个例(1号烟囱)的水平扩散参数则在下风约1.2 km 处有所增大。对于垂直扩散参数, 由于一开始就受尾流影响扩散较大, 再遇到下风冷却塔时所受影响已不明显, 扩散参数值在远处与未受扰动的情况接近。
4 总结
本文初步建立起一套建筑物扰动条件下近地面大气扩散特性的研究方法, 并以计算流体力学模式和拉格朗日随机粒子扩散模式相结合, 考察某核电厂多个冷却塔对大气流动场、湍流场以及污染物烟云扩散的影响, 结果总结如下。
1) 高达200 m 的冷却塔对水平风场的扰动明显, 背风向风速减弱区延伸到2 km 范围以外。湍流场在一组双塔的下风方向明显改变, 湍流动能增强区亦可延伸到2 km 以外。当来流风向与冷却塔的 排列走向有小的偏差时, 双塔组合中2个塔的尾流区(风速和湍流)呈不对称分布, 显示2个邻近塔体对大气流动的相互影响。
2) 对应不同风向, 各烟囱扩散受冷却塔的影响共分4种情况。SW 风条件下, 4个烟囱的扩散基本不受冷却塔建筑扰动影响。SSE 风条件下, 扩散烟云既受上风冷却塔尾流影响, 又受下风塔体扰动和尾流影响。ESE 风条件下, 按冷却塔和烟囱的相对位置不同, 扩散烟云或者仅受到上风冷却塔尾流影响, 或者仅受到下风向冷却塔扰动和尾流影响。由于冷却塔和烟囱的分布基本对称, 与上述风向相对的情况也应有类似结果。
3) 当烟囱扩散基本不受冷却塔建筑扰动影响时, 扩散总体符合平坦地形的规律, 但对应模拟的地面粗糙度条件, 垂直扩散参数略偏大。当扩散受冷却塔影响时, 按上述4种情况, 扩散参数分别可增大1~2个稳定度级别。烟云直接受冷却塔塔体机械扰动作用的情况, 可使烟云尺度骤然增大。冷却塔对扩散的影响主要在距各排放烟囱1~1.5 km 的范围之内。
参考文献
[1] 上官志洪, 张启明, 陶云良. 内陆核电厂冷却塔的
环境影响预测计算. 辐射防护, 2009, 29(4): 211?218 [2] Policastro A J, Dunn W E, Carhart R A. A model for
seasonal and annual cooling-tower impacts. Atmos- pheric Environment, 1994, 28(3): 379–395
[3] 林勇. 烟塔合一技术特点和工程数据. 环境科学研
究, 2005, 18(1): 35?40
[4] 崔克强, 李浩. 燃煤发电厂烟塔合一环境影响之一:
烟气抬升高度的对比计算. 环境科学研究, 2005, 18(1): 27?30
[5] 崔克强, 柴发合. 燃煤发电厂烟塔合一环境影响之
二: 华能北京热电厂烟塔合一设计环境影响估算. 环境科学研究, 2005, 18(1): 31?34
[6] 刘玉彻, 杨洪斌, 汪宏宇, 等. 冷却塔烟气抬升高
度及污染物浓度变化. 气象与环境学报, 2010, 26(1): 40?44
[7] 乔清党, 姚仁太, 郭占杰, 等. 内陆核电厂冷却塔
对周围大气流动和污染物扩散影响的风洞实验研究. 辐射防护, 2011, 31(3): 141?149
[8] 侯晓菲, 李斌. 桃花江核电厂冷却塔对近场流动影
响的风洞试验研究. 环境科学与技术, 2011, 34(1):
北京大学学报(自然科学版) 第49卷
416 171?175
[9]Lateb M, Masson C, Stathopoulos T, et al. Numerical
simulation of pollutant dispersion around a building
complex. Building and Environment, 2010, 45:
1788–1798
[10]Hanna S R, Brown M J, Camelli F E, et al. Detailed
simulations of atmospheric flow and dispersion in
downtown Manhattan — an application of five CFD
models. Bulletin of American Meteorological Society,
2006, 87: 1713–1726
[11]郭栋鹏, 姚仁太, 乔清党, 等. 核电厂冷却塔水汽
扩散影响因素的分析. 空气动力学学报, 2011, 29:
240–247
[12]Fluent Inc. FLUENT 6.3 user’s guide. Centerra
Resource Park, Lebanon, New Hampshire, 2006
[13]张师帅. 计算流体动力学及其应用. 武汉: 华中科
技大学出版社, 2011: 452
[14]Cai X H, Leclerc M Y. Forward-in-time and
backward-in-time dispersion in the convective
boundary layer: the concentration footprint.
Boundary-Layer Meteorology, 2007, 123: 201–218 [15]Cai X H, Peng G L, Guo X F, et al. Evaluation of
backward and forward Lagrangian footprint models in
the surface layer. Theory and Applied Climatology,
2008, 93: 207–223
[16]Thomson D J. Criteria for the selection of stochastic
models of particle trajectories in turbulent flow.
Journal of Fluid Mechanics, 1987, 180: 529–556 [17]Flesch T K, Wilson J D, Yee E. Backward-time
Lagrangian stochastic dispersion models and their
application to estimate gaseous emissions. Journal of
Applied Meteorology, 1995, 34: 1320–1332
[18]O’Sullivan J P, Archer R A, Flay R G J. Consistent
boundary conditions for flows within the atmospheric
boundary layer. Journal of Wind Engineering and
Industrial Aerodynamics, 2011, 99: 65–77
[19]Mellor G L, Yamada T. Development of a turbulence
closure model for geophysical fluid problems. Review
of Geophysics, 1982, 20: 851– 875
[20]Hanna S R, Briggs G A, Hosker J R P. Handbook on
atmospheric diffusion. Springfield: US Department of
Energy, 1982: 29–30
第四章 大气扩散浓度估算模式 第一节 湍流扩散的基本理论 一 湍流 1．定义：大气的无规则运动 风速的脉动 风向的摆动 2．类型： 按形成原因 热力湍流：温度垂直分布不均（不稳定）引起，取决于大气稳定度 机械湍流：垂直方向风速分布不均匀及地面粗糙度引起 3．扩散的要素 风：平流输送为主，风大则湍流大 湍流：扩散比分子扩散快105～106倍 二 湍流扩散理论（主要阐述湍流与烟流传播及湍流与物质浓度衰减的关系） 1.梯度输送理论 通过与菲克扩散理论类比建立起来的（菲克定律：单位时间内通过单位断面上的物质的数量与浓度梯 度呈正比） 类比于分子扩散，污染物的扩散速率与负浓度梯度成正比 x C k F ??-= 式中，F — 污染物的输送通量 k — 湍流扩散系数 C — 污染物的浓度 X — 与扩散截面垂直的空间坐标（扩散过程的长度） x C ??— 浓度梯度 要求得各种条件下某污染物的时、空分布，由于边界条件往往很复杂，不能求出严格的分析解，只能是在特定的条件下求出近似解，再根据实际情况进行修正。 2.湍流统计理论 泰勒首先将统计理论应用在湍流扩散上 图4-1显示：从原点O 放出的粒子，在风沿着x 方向吹的湍流大气中扩散。粒子的位置用y 表示，则结论为： ①y 随时间变化，但其变化的平均值为零 ②若从原点放出很多粒子，则在x 轴上粒子的浓度最高，浓席分布以x 轴为对称轴，并符合正态分布。 萨顿实用模式：解决污染物在大气中扩散的实用模式 高斯模式：应用湍流统计理论得出正态分布假设下的扩散模式 3.相似理论 第二节 高斯扩散模式 一 坐标系的建立—右手坐标系
1．原点O ：无界点源或地面源，O 为污染物的排放点 高架源，O 为污染物的排放点在地面上的投影点 补充：点源 高架源 连续源 固定源 线源 地面源 间歇源 流动源 面源 2．x 轴：正向为平均风向，烟流中心线与x 轴重合 3．y 轴：垂直于x 轴 4．z 轴：垂直于xoy 平面 二 高斯模式的有关假定 1．污染物浓度在y 、z 轴上的分布为正态分布； )2exp(21 )(22 y y y y f σπ σ-= )2exp(21 )(22 z z z z f σπ σ-= y σ，z σ— 分别为污染物在y 和z 方向上分布的标准差，m 2．全部高度风速均匀稳定，即风速u 为常数； 3．源强是连续均匀稳定的，源强Q 为定值； 4．扩散中污染物是守恒的，不考虑转化，即烟云在扩散过程中没有沉降、化合、分解及地面吸收、吸附作用发生； 0=??t C 5．在x 方向上，输送作用远远大于扩散作用，即 )(x C k x x C u x ????>>??； 6．地面足够平坦。
第十二讲扩散机制以及影响扩散因素、扩散驱动力 1.空位扩散与间隙扩散 考点再现：10年以填空的形式考察了间隙扩散和空位扩散两种金属晶体的扩散机制，对于自扩散的定义在08年以前的考试中出现过。 考试要求：对定义的记忆，这一部分今年是可能出填空或者名词解释题的。 知识点 金属晶体的扩散机制由（间隙扩散）和（空位扩散）。★★★ 间隙扩散：指小尺寸的原子在金属晶体内的扩散，间隙原子从一个八面体间隙运动到临近八面体间隙的过程。★★ 空位扩散：晶格结点某处原子空缺时，相邻原子可能跃迁到此空穴位置，月前后又留下新的空穴，原子的这种扩散运动方式叫做空位扩散。★★ 自扩散：当晶体内完全是同类原子时，原子在纯材料中的扩散称为自扩散。★★★★ 扩散系数表达式★★★ 2.柯肯达尔效应 考点再现：唯一的考点，柯肯达尔效应，09年出现过，10年没有考，11考考的可能性极大，大家要充分重视。 考试要求：在理解的基础上记忆，不知道在这个方面会不会增加难度，如果增加难度，比如说给大家一个实际的问题或者现象，让大家解释原因或者原理，大家不要忘记柯肯达尔效应，对于扩散方面能够解决很多的问题。 知识点 柯肯达尔效应的理解，举例说明柯肯达尔效应。★★★★★ 黄铜内流出的Zn原子多，铜盒中Cu原子流入黄铜内较少，Zn和Cu原子两者的扩散速度不一样，使Mo丝的间距发生变化。由于界面两侧的两种原子，在互相扩散到对方的基体中，当其扩散速率不相等时，会发生原始界面的移动，界面移向原始扩散速度较大的一边，这种效应称为柯肯达尔效应。 以上的部分是对于柯肯达尔效应的题目的标准的答法，是命题教师知道我们做出的，所以大家要在理解的基础上对其进行记忆，而且尽量按照上面的内容来答。
8 点、中午12 点、晚上9 点都没有排放气体，该怎么算，是不是需要找到一个关于时间t的函数，来计算多长时间之后污染还剩下多少 c=Q./(2*pi*sigy.*sigz*u+eps).*exp(-0.5*(y.^2)./((sigy+eps).^2)).*(exp(-0.5*(z-H).^2./((sigz+eps).^2))+exp(-0.5*(z+H).^2./((sigz+ eps).^2))); 这个函数对吗？该调用什么函数？ 问题： 建立单污染源空气污染扩散模型，描述其对周围空气污染的动态影响规律。 现有河北境内某一工厂废气排放烟囱高50m，主要排放物为氮氧化物。早上9 点至下午 3 点期间的排放浓度为406.92mg/m3，排放速度为1200m3 /h；晚上10 点-凌晨4 点期间 的排放浓度为1160mg/m3，排放速度为5700m3 /h；通过你的扩散模型求解该工厂方圆51 公里分别在早上浓度8 点、中午12 点、晚上9 点空气污染分布和空气质量等级。 源代码 clear all clc [x,y]=meshgrid(0:20:5100,0:20:5100); Q=135.64; z=1.5; H=50; u=1.94; sigy=0.3914238*x.^0.865014; sigz=0.0757182*x.^1.00770; c=Q./(2*pi*sigy.*sigz*u+eps).*exp(-0.5*(y.^2)./((sigy+eps).^2)).*(exp(-0.5*(z-H).^2./((sigz+eps).^2))+exp(-0.5*(z+H).^2./((sigz+ eps).^2))); mesh(x,y,c); xlabel('X'),ylabel('Y'),zlabel('C'), clear all clc [x,y]=meshgrid(-5100:20:5100,-5100:20:5100); Q=1836.7; z=1.5; H=50; u=1.7; sigy=0.3914238*x.^0.865014; sigz=0.0757182*x.^1.00770; c=Q./(2*pi*sigy.*sigz*u+eps).*exp(-0.5*(y.^2)./((sigy+eps).^2)).*(exp(-0.5*(z-H).^2./((sigz+eps).^2))+exp(-0.5*(z+H).^2./((sigz+ eps).^2))); mesh(x,y,c); xlabel('X'),ylabel('Y'),zlabel('C'), 分享到： 2015-05-29 16:32 提问者采纳 clear all [x,y]=meshgrid(-51000:100:51000,-51000:100:51000); Q=135.64; z=1.5; H=50; u=1.94; sigy=0.3914238*x.^0.865014;
影响大气污染物扩散的热力因素 热力因子主要是指大气的温度层结和大气稳定度。 温度层结是指崔埤球表面上方大气的温度随髙度变化的情况，即在垂直方向上的气温分布。气温购垂直分布抉定着大气的稳定度，而大气稳定程度又影响着湍流的强度，因而温度 -层结与大气污染程度有着紧密的关系。 2,2.2.1大气边界层的温度场 为了推述气温垂直分布的特点，经常运用气温垂直递减率这个概念。气温（T)随高度(Z)的升高而條低的快慢用每上升单位高度（100m)的降低值即气温垂直递减率y = —dT/dZ 表不。 通常气温垂直递减率y平均为0.65°c/100m，气温随高度的升高而降低时y>o，气温随温度度的并高而增加时y<0,气温随高度的升高不变时r=0。 空气与外界无热量交换，但由于外界压力的变化使其被压缩或向外膨胀时所引起的温度变化称为气温的绝热变化。在绝热过程中.，空气内能的变化是由外力对空气做功，或空气以膨胀的形式反抗外力做功的结果，当空气上升时，由于周围气压的降低，使空气膨胀而降温。相反，空气下降时，由于气压的增加，使空气被压缩而增温。 干空气绝热上升单位距离时的温度降低值，称为干空气的绝热垂直递减率，简称干绝热直减率，通常以—表示。T;为干空气团的温度，据计算，其值约为1°C/ 100m,也就是说，干空气在绝热上升中，每上升100m，温度约降低1°C。相反，在绝热下降时， 与y (气温垂直递减率）是截然不同的。是干空气每下降100m，温度约升高1°0。必须注意：y d 在绝热升降过程中本身的变温率，它近似为常数。而y表示周围大气的温度随高度的分布状况，它可以有不同的数值，既可大于7d,也可以等于或小于 饱和湿空气绝热上升单位距离时的温度降低值，称为湿空气温度的绝热垂直递减率，简称湿绝表示。未饱和湿空气的绝热垂直递减率与干绝热垂直递减率相热直减率，通常以y m 同。但是，当它绝热上升到使湿空气达到饱和后，水汽就要发生凝结并释放出潜热。反之，饱和的湿空气绝热下降，水汽凝结物就要蒸发而消耗热量，因此，湿绝热直减率总比干绝热直减率要小，而且也是一个变化的数值，通常在0.4 ?0.7°C/100m之间。 2. 2. 2. 2大气稳定度 大气稳定度是指在垂直方向上大气稳定的程度，即大气是否易于发生对流。它与气温垂直递减 密切相关。 率y和干绝热递减率y d 任何物体都具有三种不同的状态稳萣平衡、不稳定乎If和中性平衡。取大气中某一高度上的一团空气，假如它受到了某种外力的作用产生了向上或向下的运动，那么就会出现上述三种状态。如果它移动以后逐渐减速，并有返回原来髙度的趋势，这时的大气是稳定的；如果它一离开原位就加速地向前运动，这时大气是不稳定的；如果将它推到某一高度以后，它既不加速也不减速，这时的大气是处于中性平衡状态。当一团空气在大气中上升时，它受到周围大气的压力逐
第五章大气污染扩散 第一节大气结构与气象 有效地防止大气污染的途径，除了采用除尘及废气净化装置等各种工程技术手段外，还需充分利用大气的湍流混合作用对污染物的扩散稀释能力，即大气的自净能力。污染物从污染源排放到大气中的扩散过程及其危害程度，主要决定于气象因素，此外还与污染物的特征和排放特性，以及排放区的地形地貌状况有关。下面简要介绍大气结构以及气象条件的一些基本概念。 一、大气的结构 气象学中的大气是指地球引力作用下包围地球的空气层，其最外层的界限难以确定。通常把自地面至1200 km左右范围内的空气层称做大气圈或大气层，而空气总质量的98．2％集中在距离地球表面30 km以下。超过1200 km的范围，由于空气极其稀薄，一般视为宇宙空间。 自然状态的大气由多种气体的混合物、水蒸气和悬浮微粒组成。其中，纯净干空气中的氧气、氮气和氩气三种主要成分的总和占空气体积的99.97％，它们之间的比例从地面直到90km高空基本不变，为大气的恒定的组分；二氧化碳由于燃料燃烧和动物的呼吸，陆地的含量比海上多，臭氧主要集中在55～60km高空，水蒸气含量在4％以下，在极地或沙漠区的体积分数接近于零，这些为大气的可变的组分；而来源于人类社会生产和火山爆发、森林火灾、海啸、地震等暂时性的灾害排放的煤烟、粉尘、氯化氢、硫化氢、硫氧化物、氮氧化物、碳氧化物为大气的不定的组分。 大气的结构是指垂直（即竖直）方向上大气的密 度、温度及其组成的分布状况。根据大气温度在垂直 方向上的分布规律，可将大气划分为四层：对流层、 平流层、中间层和暖层，如图5－1所示。 1. 对流层 对流层是大气圈最靠近地面的一层，集中了大气 质量的75％和几乎全部的水蒸气、微尘杂质。受太阳 辐射与大气环流的影响，对流层中空气的湍流运动和 垂直方向混合比较强烈，主要的天气现象云雨风雪等 都发生在这一层，有可能形成污染物易于扩散的气象 条件，也可能生成对环境产生有危害的逆温气象条件。 因此，该层对大气污染物的扩散、输送和转化影响最大。 大气对流层的厚度不恒定，随地球纬度增高而降低，且与季节的变化有关，赤道附近约为15km,中纬度地区约为10～12 km，两极地区约为8km；同一地区，夏季比冬季厚。一般情况下，对流层中的气温沿垂直高度自下而上递减，约每升高100m平均降低0．65℃。 从地面向上至1～1.5 km高度范围内的对流层称为大气边界层，该层空气流动受地表影响
第一节大气污染物的扩散 一、湍流与湍流扩散理论 1. 湍流 低层大气中的风向是不断地变化，上下左右出现摆动；同时，风速也是时强时弱，形成迅速的阵风起伏。风的这种强度与方向随时间不规则的变化形成的空气运动称为大气湍流。湍流运动是由无数结构紧密的流体微团——湍涡组成，其特征量的时间与空间分布都具有随机性，但它们的统计平均值仍然遵循一定的规律。大气湍流的流动特征尺度一般取离地面的高度，比流体在管道内流动时要大得多，湍涡的大小及其发展基本不受空间的限制，因此在较小的平均风速下就能有很高的雷诺数，从而达到湍流状态。所以近地层的大气始终处于湍流状态，尤其在大气边界层内，气流受下垫面影响，湍流运动更为剧烈。大气湍流造成流场各部分强烈混合，能使局部的污染气体或微粒迅速扩散。烟团在大气的湍流混合作用下，由湍涡不断把烟气推向周围空气中，同时又将周围的空气卷入烟团，从而形成烟气的快速扩散稀释过程。 烟气在大气中的扩散特征取决于是否存在 湍流以及湍涡的尺度(直径)，如图5－7所示。 图5－7（a）为无湍流时，烟团仅仅依靠分子 扩散使烟团长大，烟团的扩散速率非常缓慢， 其扩散速率比湍流扩散小5～6个数量级；图5 －7（b）为烟团在远小于其尺度的湍涡中扩散， 由于烟团边缘受到小湍涡的扰动，逐渐与周边 空气混合而缓慢膨胀，浓度逐渐降低，烟流几乎呈直线向下风运动；图5－7（c）为烟团在与其尺度接近的湍涡中扩散，在湍涡的切入卷出作用下烟团被迅速撕裂，大幅度变形，横截面快速膨胀，因而扩散较快，烟流呈小摆幅曲线向下风运动；图5－7（d）为烟团在远大于其尺度的湍涡中扩散，烟团受大湍涡的卷吸扰动影响较弱，其本身膨胀有限，烟团在大湍涡的夹带下作较大摆幅的蛇形曲线运动。实际上烟云的扩散过程通常不是仅由上述单一情况所完成，因为大气中同时并存的湍涡具有各种不同的尺度。 根据湍流的形成与发展趋势，大气湍流可分为机械湍流和热力湍流两种形式。机械湍流是因地面的摩擦力使风在垂直方向产生速度梯度，或者由于地面障碍物(如山丘、树木与建筑物等)导致风向与风速的突然改变而造成的。热力湍流主要是由于地表受热不均匀，或因大气温度层结不稳定，在垂直方向产生温度梯度而造成的。一般近地面的大气湍流总是机械湍流和热力湍流的共同作用，其发展、结构特征及强弱决定于风速的大小、地面障碍物形成的粗糙度和低层大气的温度层结状况。 2. 湍流扩散与正态分布的基本理论 气体污染物进入大气后，一面随大气整体飘移，同时由于湍流混合，使污染物从高浓度区向低浓度区扩散稀释，其扩散程度取决于大气湍流的强度。大气污染的形成及其危害程度在于有害物质的浓度及其持续时间，大气扩散理论就是用数理方法来模拟各种大气污染源在
大气污染物扩散的影响因素探究 地形地势对大气污染物的扩散和浓度分布有重要影响，下面是小编搜集整理的一篇探究大气污染物扩散影响因素的论文范文，供大家阅读了解。 1大气污染物扩散影响因素辨析 污染物从污染源排放到大气中，只是一系列复杂过程的开始，污染物在大气中的迁移、扩散是这些复杂过程的重要方面。这些过程都是发生在大气中，大气的性状在很大程度上影响污染物的时空分布。实践证明，风向、风速、大气稳定度、温度的空间差异、地面粗糙度、雨和雾等，是影响大气污染的主要因素。 污染物在大气中的扩散与过境风、湍流和温度梯度密切相关，过境风可使污染物向下风向迁移和扩散，湍流可使污染物向各方向扩散，温度梯度可使污染物发生质量扩散，风和湍流在污染物迁移过程中起主导作用。 根据湍流形成的原因可分为两种湍流，一种是动力湍流，它起因于有规律水平运动的气流遇到起伏不平的地形扰动所产生，它们主要取决于风速梯度和地面粗糙等;另一种是热力湍流，它起因于地表面温度与地表面附近的温度不均一，近地面部分空气受热膨胀而上升，随之上面的冷空气下降，从而形成垂直运动。湍流具极强的扩散能力，它比分子扩散快105-106倍，湍流越剧烈，污染物的扩散速度就越快，污染物浓度就越接近区域平均水平。 降水能有效地吸收、淋洗空气中的各种污染物;雾像一顶盖子，
虽然能稀释部分酸性污染物，却会使空气污染状况短时间内加剧。 地形地势对大气污染物的扩散和浓度分布有重要影响。山区地形、海陆界面、大中城市等复杂地形均对大气污染物扩散产生影响。 城市建筑密集，高度参差不齐，因此城市下垫面有较大的粗糙度，对风向、风速影响很大，一般说城市风速小于郊区，但由于有较大的粗糙度，城市上空的动力湍流明显大于郊区。 2各因素对大气污染物扩散的影响 2.1城市“热岛效应”.城市“热岛效应”的影响效果与城市规模有关。一般大城市中心区域与周围乡村温差可达7℃以上，而中等城市可达5℃左右。城市“热岛效应”对城市大气污染物扩散的主要影响体现在：加大了市中心区域空气扰动，其产生的热力湍流加速了该区域的污染物混合，同时在静小风情况下阻碍污染物向周边区域输送，使大气污染物更易于在城市中心区域聚集并滞留，所以一般城市中心区域大气污染物浓度较高。 2.2大气稳定度。大气稳定度对大气污染物扩散影响较大，大气稳定度从稳定到不稳定，决定了大气对污染物的扩散能力从难以扩散到有利于污染物扩散的过程。 2.3粗糙度。粗糙度对污染物扩散的影响分两方面：一是形成湍流，加快大气污染物混合，避免局部浓度过高现象发生;二是高层建筑容易形成类似过山气流的污染物闭塞区，使大气污染物在高层建筑背后避风区聚集并滞留，不容易向其它区域扩散。这也是大中城市中心区域大气污染物浓度一般高于周边地区的一个原因。
大气污染物扩散的高斯模型模拟：可视化模拟点源大气污染的扩散Gaussian Atmospheric Dispersion Model 突发性大气污染事故时有发生，对大气污染扩散进行模拟和分析，有利于减小事故的危害，减轻人员伤亡和财产损失。高斯扩散模型是国际原子能机构(IAEA)推荐使用于重气云扩散模拟的数学模型,该模型在非重气云扩散的应用日益广泛。高斯扩散模型是描述大气对有害气体的输移、扩散和稀释作用的物理或数学模型,是进行灾害预测和救援指挥的有力手段之一。 高斯扩散模型 高斯模型又分为高斯烟团模型和高斯烟羽模型。大气污染物泄漏分为瞬时泄漏和连续泄漏，瞬时泄漏是指污染物泄放的时间相对于污染物扩散的时间较短如突发泄漏等的情形，连续泄漏则是指污染物泄放的时间较长的情形。瞬时泄漏采用高斯烟团模型模拟，而连续泄漏采用高斯模型烟羽模型模拟。高斯模型适用于非重气云气体，包括轻气云和中性气云气体。要求气体在扩散过程中，风速均匀稳定。 在高斯烟团模型中，选择风向建立坐标系统，即取泄漏源为坐标原点，x轴指向风向，y轴表示在水平面内与风向垂直的方向，z轴则指向与水平面垂直的方向，具体公式见式: (mg/s); x、y、z轴上的扩散系数，需根据大气稳定度选择参数计算得到(m)；x、y、z表示x、y、z上的坐标值(m)；u 表示平均风速(m/s)；t表示扩散时间(s)；H 表示泄漏源的高度(m)。 同理，高斯烟羽模型的表达式如： 技术方法 若用高斯模型算出空间每一个点在一个时刻的污染浓度，这个计算量是很大的。因此所设计的系统一般都是采用先进行图层网格化，由高斯模型计算出有限个网格点的上的污染物浓度，在进行空间内插得到面上每一个点的污染物浓度，并由此得到污染物浓度的等值线。整个过程的示意图如图所示
污染物扩散与各种气象的关系 污染物从污染源排放到大气中,只就是一系列复杂过程的开始,污染物在大气中的迁移、扩散就是这些复杂过程的重要方面。大气污染物在迁移、扩散过程中对生态环境产生影响与危害。因此,大气污染物的迁移、扩散规律为人们所关注。 一、影响大气污染的气象因子 大气污染物的行为都就是发生在千变万化的大气中,大气的性状在很大程度上影响污染物的时空分布,世界上一些著名大气污染事件都就是在特定气象条件下发生的。影响大气污染的气象因素最重要的就是流场与温度层结。 (一)风与大气湍流的影响 污染物在大气中的扩散取决于三个因素。风可使污染物向下风向扩散,湍流可使污染物向各方向扩散,浓度梯度可使污染物发生质量扩散,其中风与湍流起主导作用。湍流具有极强的扩散能力,它比分子扩散快105～10６倍,风速越大,湍流越强,污染物的扩散速度就越快,污染物浓度就越低。在自由大气中的乱流及其效应通常极微弱,污染物很少到达这里。 根据湍流形成的原因可分为两种湍流,一种就是动力湍流,它起因于有规律水平运动的气流遇到起伏不平的地形扰动所产生,它们主要取决于风速梯度与地面粗糙等;另一种就是热力湍流,它起因于地表面温度与地表面附近的温度不均一,近地面空气受热膨胀而上升,随之上面的冷空气下降,从而形成垂直运动。它们有时以动力湍流为主,有时动力湍流与热力湍流共存,且主次难分。这些都就是使大气中污染物迁移的主要原因。 (二)温度层结与大气稳定度 1. 大气温度层结 由于地球旋转作用以及距地面不同高度的各层次大气对太阳辐射吸收程度上的差异,使得描述大气状态的温度、密度等气象要素在垂直方向上呈不均匀的分布。人们通常把静大气的温度与密度在垂直方向
影响物质跨膜运输的因素及曲线分析物质跨膜运输的方式有自由扩散、协助扩散和主动运输，因其特点各异，所以相应的影响因素和曲线就各有不同。 一、影响跨膜运输的因素 1、自由扩散的因素：细胞膜内外物质的浓度差。 2、影响协助扩散的因素：（1）细胞膜内外物质的浓度差；（2）细胞膜上相应载体的数量。 3、影响主动运输的因素：（1）载体的种类和数量；（2）能量。 二、影响物质运输速率的曲线分析 1、浓度（在一定范围内）对运输速率的影响曲线： （1）自由扩散的运输方向是由高浓度一侧到低浓度一侧，其动力是两侧溶液的浓度差，在一定浓度范围内，随物质浓度的增大，其运输速率越大。 （2）协助扩散或主动运输的共同特点是都需要载体协助，在物质浓度较低时，随物质浓度的增大，运输速率也逐渐增大，到达一定物质浓度时，由于受膜上载体数量的限制，运输速率不再随浓度增大而增大。 协助扩散或主动运输 2、氧气浓度对物质运输速率的影响曲线： （1）自由扩散和协助扩散统称为被动运输，其运输方向都是从高浓度一侧到低浓度一侧，其运输的动力都是浓度差，不需要能量，因此与氧气浓度无关，运输速率不随氧气浓度增大而改变。 （2）主动运输方式既需要载体协助又需要消耗能量，在氧气浓度为零时，通过细胞无氧呼吸供能，但无氧呼吸产生能量较少，所以运输速率较低，在一定范围内随氧气浓度升高，
有氧呼吸加强，产生的能量逐渐增多，所以运输速率不断加快，当氧气浓度足够高时，能量供应充足，但由于受到载体数量的限制，运输速率不再随氧气浓度增大而加快。 三、几点说明 1、要确定某种物质的运输方式，必须抓三个关键： （1）分析被运输的物质是否通过细胞膜； （2）明确被运输物质微粒的性质（大分子、小分子、离子）； （3）分析物质通过细胞膜的转运方向（高浓度到低浓度，低浓度到高浓度），是否需要载体协助，是否需要消耗能量。 2、在一定浓度范围内，协助扩散或主动运输速率不再随物质浓度的增大而加快，主要是因为细胞膜上运输该物质的载体蛋白的数量有限，主动运输还可能受细胞能量供应的限制。 3、氧气浓度是通过影响细胞呼吸产生能量的多少来影响主动运输速率的。 例题1、科学家在研究细胞膜运输物质时发现有下列四种关系，分别用下图中四条曲线表示，在研究具体的物质X时，发现与曲线②和④相符。则细胞膜运输物质X的方式是（） A.自由扩散 B.主动运输 C.协助扩散 D.胞吐 解析：分析跨膜运输的方式，主要应从影响跨膜运输的因素入手，尤其东载体蛋白和能量两方面考虑。曲线①说明运输速率与物质浓度呈正相关，不受其他因素的限制，应为自由扩散。因为氧气浓度的高低影响细胞呼吸，进而影响能量的供应，而主动运输需要消耗能量，曲线③说明运输速率与氧气浓度无关，说明这种方式不是主动运输，而是一种被动运输的方式。曲线②在一定范围内随物质浓度升高运输速率加快，当达到一定程度后，由于受到载体数量的限制，运输速率不再增加，而保持稳定，说明这种运输需要载体，不是自由扩散，可能是协助扩散或主动运输。曲线④说明运输速率与氧气浓度有关，说明这个过程是需要能量的，只能是主动运输。综合分析，运输物质X的方式是主动运输。 例题2、物质进入细胞都要穿过细胞膜，不同物质穿过细胞膜的方式不同，下列各图表示在一定范围内细胞膜外物质进入细胞膜内的三种不同情况。回答下列问题：运 输 速 率 O 氧气浓度 主动运输
大气污染控制工程 复习资料 1、大气污染：系指由于人类活动或自然过程使得某些物质进入大气中，呈现出足够的浓度，达到了足够的时间，并因此而危害了人体的舒适、健康和人们的福利，甚至危害了生态环境。 2、二次污染物：是指一次污染物与大气中已有组分或几种一次污染物之间经过一系列化学或光化学反应而生成的与一次污染物性质不同的新的污染物质。 3、空气过剩系数：实际空气量V 0与理论空气量之比V a. 4、集气罩：用以收集污染气体的装置。 5、挥发性有机污染物：是一类有机化合物的统称，在常温下它们的蒸发速率大，易挥发。 6、温室效应2.大气中的二氧化碳和其他微量气体如甲烷、一氧化二氮、臭氧、氟氯碳、水蒸气等，可以使太阳短波辐射几乎无衰减地通过，但却可以吸收地表的长波辐射，由此引起全球气温升高的现象。 7、理论空气量：.单位量燃料按燃烧反映方程式完全燃烧所需要的空气量称为理论空气量。 8、大气稳定度：.指在垂直方向上大气稳定的程度，即是否易于发生对流。 9、气体吸收：.气体吸收是溶质从气相传递到液相的相际间传质过程。 10、气体吸附：气体吸附是用多孔固体吸附剂将气体混合物中一种或数祖分被浓集于固体表面，而与其他组分分离的过程。 11、气溶胶.系指沉降速度可以忽略的小固体粒子、液体粒子或它们在气体介质中的悬浮体系。 12、环境空气：.指人类、植物、动物和建筑物报露于其中的室外空气。 13、空燃比.单位质量燃料燃烧所需要的空气质量，它可以由燃烧方程式直接求得。 14、能见度：.能见度是指视力正常的人在当时的天气条件下，能够从天空背景中看到或辨认出的目标物的最大水平距离，单位用m或km。 15、有效躯进速度：在实际中常常根据除尘器结构型式和运行条件下测得除尘效率，代入德意希方程反算出相应的躯进速度。 16、城市热岛效应：是指城市中的气温明显高于外围郊区气温的现象。 17、烟气脱销：除通过改进燃烧技术控制NO x 排放外，有些情况还要对冷却后的烟 气进行处理，以降低NO x 排放量 18、控制流速法：系指在罩口前污染物扩散方向的任意点上均能使污染物随吸入气流流入并将其捕集所必须的最小吸气速度。 填空题： 1、煤中的可燃组分有 C、H、O、N、S ，有害成分主要是灰分、挥发分 1.化石燃料分为：煤炭、石油、天然气 3.煤的工业分析包括测定煤中：水分、灰分、挥发分固定碳 2、气态污染物控制技术基础是气体扩散、气体吸收、气体吸附、气体催化转化 3、根据燃料的性质和大气污染物的组成，把大气污染分煤烟型、石油型、混合型和特殊型四类。 4、大气污染侵入人体主要途径有：表面接触、食入含污染物的食物、吸入被污染的空气 5、旋风除尘器的分割粒径是指除尘效率为50%时的粒径。若除尘器的分割粒径越小，除尘效率越高。
影响金属材料固态扩散的因素与控制 摘要：由扩散第一定律可知，在浓度梯度一定时，原子扩散仅取决于扩散系数D。 对于典型的原子扩散过程，D符合Arrhenius公式，。因此，D仅取决于D0、Q和T，凡是能改变这三个参数的因素都将影响扩散过程。 关键词：温度，因素，扩散，组元，系数 一，温度 由扩散系数表达式看出，温度越高，原子动能越大，扩散系数呈指数增加。以C 在γ-Fe中扩散为例，已知D0=2.0×10-5m2/s，Q=140×103J/mol，计算出927℃和1027℃时C的扩散系数分别为1.76×10-11m2/s，5.15×10-11m2/s。温度升高100℃，扩散系数增加三倍多。这说明对于在高温下发生的与扩散有关的过程，温度是最重要的影响因素。 应该注意，有些材料在不同温度范围内的扩散机制可能不同，那么每种机制对应的D 和Q不同，D便不同。在这种情况下，～并不是一条直线，而是由若干条直线组成的折线。例如，许多卤化物和氧化物等离子化合物的扩散系数在某一温度会发生突变，反映了在这一温度以上和以下受到两种不同的机制控制。图3.15表示出Na+离子在NaCl晶体中扩散系数的实验值。其中，高温区发生的是以点缺陷扩散为主的本征扩散，低温区发生的是以夹杂产生或控制的缺陷扩散为主的非本征扩散。 二，成分 1，组元性质 原子在晶体结构中跳动时必须要挣脱其周围原子对它的束缚才能实现跃迁，这就要部分地破坏原子结合键，因此扩散激活能Q和扩散系数D必然与表征原子结合键大小的宏观或者微观参量有关。无论是在纯金属还是在合金中，原子结合键越弱，Q越小，D越大。 合金中的情况也一样。考虑A、B组成的二元合金，若B组元的加入能使合金的熔点降低，则合金的互扩散系数增加；反之，若能使合金的熔点升高，则合金的互扩散系数减小， 在微观参量上，凡是能使固溶体溶解度减小的因素，都会降低溶质原子的扩散激活能，扩散系数增大。例如，固溶体组元之间原子半径的相对差越大，溶质原子造成的点阵畸变越大，原子离开畸变位置扩散就越容易，使Q减小，D增加。2，组元浓度 在二元合金中，组元的扩散系数是浓度的函数，只有当浓度很低，或者浓度变化不大时，才可将扩散系数看作是与浓度无关的常数。组元的浓度对扩散系数的影 响比较复杂，若增加浓度能使原子的Q减小，而D 增加，则D增大。但是，通常 的情况是Q减小，D 0也减小；Q增加，D 也增加。这种对扩散系数的影响呈相反 作用的结果，使浓度对扩散系数的影响并不是很剧烈，实际上浓度变化引起的扩散系数的变化程度一般不超过2～6倍。 3，第三组元的影响 在二元合金中加入第三组元对原有组元的扩散系数的影响更为复杂，其根本原因是加入第三组元改变了原有组元的化学位，从而改变了组元的扩散系数。
影响简单扩散的因素: ●药物跨膜转运速率主要与膜两侧药物浓度差成正比。 1.药物的脂溶性/水溶性 ●通常药物以简单扩散透过脂质双分子层膜时，首先在膜内形成高药物浓 度，因此药物必须有高脂溶性：较高的油/水分配系数，由于膜存在不流动水层，因此也应有一定水溶性。 2.药物的解离/非解离型比 ●非解离型药物：大多数药物以弱酸/弱碱形成的盐出现，在体液以解离和 非解离两种形式出现，由于“离子障”存在，解离型药物脂溶性较低，不容易跨膜，而非解离型药物有较高的脂溶性，容易跨膜； 3. 弱酸（碱）性药物在偏酸（碱）的环境下以非离子型为主，容易跨膜转运； 弱酸（碱）性药物在偏碱（酸）的环境下以离子型为主，不容易跨膜转运； 平衡时弱酸（碱）性药物在偏碱（酸）测浓度较高 药物的吸收:药物从给药部位进入血循的过程 药物分布:药物从给药部位吸收进入血液后，经过循环系统的转运至全身各脏器组织（包括靶组织）的过程 代谢:药物的生物转化是药物消除的一种表现. 药物通过各种途径进入体内，在吸收、分布过程中，由于受酶的影响，化学结构可发生变化，这种变化通常称为药物生物转化或药物代谢。 排泄：排泄是指吸收进入体内的药物以及代谢产物从体内排出体外的过程。生物转化的过程 ●第一步药理活性变化:氧化、还原、水解 ●第二步理化特性改变 结合：主要与肝葡萄糖醛酸，甘氨酸或硫酸基结合 肝药酶特点 –对底物选择性差，但活性有限 –受生理因素（种族、年龄、性别），遗传因素和病理因素影响 –活性可被药物有诱导/抑制 药物效应动力学: 研究药物对机体的作用及作用机制。 不良反应: 1.与剂量有关 ●副作用----治疗量时出现---药物选择性低 ●毒性作用：急性（过量）和慢性（蓄积） 2.与药物作用有关 ●后遗效应；继发作用； 3.特殊毒性：致畸、致突变和致癌，光敏、依赖性；免疫毒性 4.与药物种类有关 ●变态反应：与使用药物有关，与体质有关，症状相似，用药理性拮抗药无 效，而用抗变态反应药有效 5特异质反应：因先天性酶缺乏引起药物代谢异常 6.与连续用药有关 ●耐受性和耐药性 ●药物依赖性，成瘾性（生理和心理） ●停药反应---反跳现象
影响大气扩散的气象要素 1. 风速与风向 风就是大气的水平运动。风是一个矢量，具有大小和方向。风向是指风的来向。风向可分为8个方位或16个方位表示，也可用角度表示。例如从北方吹来的风称为北风(N)或称风向为0°，东南^?向吹来的风称为东南风（SE)或称风向135°。 风向是经常变化的，但不同地区在一年中都有经常出现的风向，即主导风向。风向频率表示某方向风出现的次数占全年各方向风出现总次数的百分比。风向决定了污染物扩散的方向。 表示。在大气边界层中，风速是指单位时间内空气在水平方向运动的距离，用m/s或km/ s 摩擦力随高度的增加而减小，当气压梯度力不随高度变化时，风速随距地面高度的增加而增大，风向与等压线的交角随高度增加而减小。通常大气中的污染物浓度与风成反比，风速增加一倍，下风向浓度将减少一半。 平均风速随高度的变化曲线称为风速廓线，风速廓线的数学表达式称为风速廓线模式。 2 气温与气压 大气的物理状态及其变化规律与一些物理量有关，矣中最主要的是温度与气压。 气象学中的地面气温一般是指距地面1. 5m高处在百叶箱中观测到的空气温度。常用的气温单位为摄氏温度°C、绝对温度K和华氏温度T。三者之间的换算公式为： K=°C + 273. 15 °C = |-X(T-32) 众所周知，近地层大气的温度是不断变化的。近地层大气温度的垂直分布决定了大气的稳定程度，大气稳定度又影响着大气的湍流程度，以至于影响大气污染物的扩散与稀释。因此，气温的垂直分布与大气污染程度密切相关。 气压定义为单位两积上所承受的大气柱的重量，即大气的压强。气压的常用单位有大气压（atm)、帕（Pa)、毫巴（mb)、毫米汞柱（mmHg),它们之间的换算关系是： latm=101326Pa=1013. 6mb=760mmHg 空气密度大的地方气压随高度降低得快，密度小的地方气压随高度降低得慢。 3 大气湿度 大气湿度是表示大气中水汽含量和潮湿程度的重要的物理量。大气湿度与天气变化密切相关，大气湿度的常用表示方法有以下几种。 ①绝对湿度P单位体积空气中所含的水汽质量（水汽密度），常用单位g/m3。 ②水汽压力空气中所含水汽的分压力，与气压用相同的单位（mmHg或Pa)。通常气温条件下，水汽压的毫米值与绝对湿度的数值相差不大，实际工作中常以水汽压
影响扩散的因素 影响扩散的因素 1. 温度升高，扩散原子获得能量超越势垒几率增大，且空位浓度增大，有利扩散。 2. 原子结合键越弱，Q越小，D越大。 3. 在间隙固溶体中，扩散激活能较小，原子扩散较快；在置换固溶体中扩散激活能 比间隙 扩散大得多。 4. 晶体的致密度越高，原子扩散时的路径越窄，产生的晶格畸变越大，同时原子结 合能也 越大，使得扩散激活能越大，扩散系数减小。 5. 晶粒尺寸越小，金属的晶界面积越多，晶界扩散对扩散系数的贡献就越大。 6. 晶体中的位错对扩散也有促进作用 7. 化学成分影响：若增加浓度能使原子的Q减小，而D0增加，则D增大。 晶粒大小对材料强度和塑性的影响 材料晶粒越细，室温强度越高，塑性越好，称为细晶强化。 位错理论解释材料晶粒越细，强度越高，塑性越好。 在外加切应力作用下，位错沿着某个滑移面运动，当位错运动至晶界受阻，便塞积起来，产生了应力集中。由于粗品粒晶界塞积的位锗数多，产生的应力集中较大，更容易使 相邻晶粒的位错源开动，即在较低的外力下就开始塑性交形，因而粗品粒的屈服强度较低。 比较金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料在结合键上的差别及用途。 分析：工程上主要是根据固体中结合键的特点或本性进行分类的，不同的材料有不同 的用途。解题：简单金属的结合键完全为金属键，过渡族金属的结合键为金属键和共价 键的混合，但以金属键 为主。 陶瓷材料是由一种或多种金属同一种非金属（通常为氧）相结合的化合物，其主要结 合方式为离子键， 也有一定成文的共价键。
在高分子材料中，大分子内的原子之间结合方式为共价键，而大分子之间的结合为分子键。复合材料是由两种或两种以上的材料组合而成的物质，因而其结合键非常复杂，不能一概而论。 金属材料应用面最广，其中有色金属的轻合金在航空工业中有着重要应用。 陶瓷材料有高的硬度、高的耐磨性、高的耐腐蚀性和高的抗氧化能力，但最大弱点是塑性极低，所以 很少在常温下作为受力的结构材料，但作为耐温材料潜力很大。 高分子材料可分为工程塑料、橡胶和合成纤维。 复合材料在建筑、机械制造、交通和国防等方面有重要发展前景。
大气污染治理论文： 大气环境污染因素分析及其治理措施 摘要:本文对乌鲁木齐市大气环境污染现状及因素进行分析,旨在寻求乌鲁木齐市大气污染的主要因素及其治理措施。分析结果表明:乌鲁木齐市大气污染的基本属于煤烟污染型,其空气质量呈逐年恶化的态势,特别是冬季污染天数有所增加,且污染时间基本集中在采暖期。据此,为改善乌鲁木齐市空气环境质量,提高居民的生活质量和城市综合竞争力提出了相关的对策和建议。 关键词;乌鲁木齐;大气环境污染;因素分析;治理措施 引言 乌鲁木齐市是新疆维吾尔自治区首府,地处欧亚大陆腹地[1]、天山北麓,为南北疆交通的枢纽,是全疆政治、经济、文化、科技中心。现辖7区1县、1个经济开发区和1个高新开发区,总面积1.2万平方公里,建成区面积230平方公里[2]。该市东、西、南三面环山,北部为广阔的平原,城市用地发展有较大的局限性。因受地形地貌条件的支配,四季均有逆温出现,尤以冬季逆温出现频率最高,逆温层强度大,致使大气污染物不易稀释扩散。 近几年乌鲁木齐市的空气质量形势严峻,尤其是冬季大气污染日趋严重,已成为乌鲁木齐市对外开放和经济可持续发展的重要制约因素。因此,如何处理好资源、环境与社会经济发展的关系是目前要解决的首要问题。 1 大气环境污染现状 1.1乌鲁木齐市大气环境现状 随着乌鲁木齐市的快速发展和人口的不断增加,其耗煤量也是不断增加,从二十世纪八九十年代的每年几百万吨增加到2008年的1320.79万吨(其中冬季采暖300多万吨),人均耗煤量居全国第一,并且乌鲁木齐市的采暖期长达半年,期间燃烧造成的煤烟长期笼罩在城市上空,污染非常严重。 据统计,乌鲁木齐市冬季空气中的二氧化硫、可吸入颗粒物二项主要污染指标分别超过国家环境空气质量二级标准的0.77和0.44倍。自2009年1月1日起,乌鲁木齐连续12天出现了污染天气,其中7日、11日的空气质量更是达到重度污染级别,最严重的是1月7日,污染指数更达到500,是环保仪器能监测的最大值,属重度污染。 1.22003年—2008年乌鲁木齐市环境质量变化趋势 2003年—2008年的环境空气质量监测结果(见图1)分析,环境空气质量分级中,空气质量一级的天数总体明显下降;二级天数有所增加,尤其2008年达到了248天;三级天数基本持平; 四、五级天数在振荡中,有所增加;二级及好于二级和三级及好于三级的天数均为先下降后上升,但都没有超过起始值。但从总体来看,基本保持一致。
8点、中午12点、晚上9点都没有排放气体，该怎么算，是不是需要找到一个关于时间t的函数，来计算多长时间之后污染还剩下多少 c=Q./(2*pi*sigy.*sigz*u+eps)*exp(-0.5*(y.A2)./((sigy+eps).A2)).*(exp(-0.5*(z-H).A2./((sigz+eps).A2))+exp(-0.5*(z+H).A2./((sigz+ eps)A2))); 这个函数对吗？该调用什么函数？ 问题： 建立单污染源空气污染扩散模型，描述其对周围空气污染的动态影响规律。 现有河北境内某一工厂废气排放烟囱高50m，主要排放物为氮氧化物。早上9点至下午 3点期间的排放浓度为406.92mg/m3，排放速度为1200m3 /h;晚上10点-凌晨4点期间 的排放浓度为1160mg/m3，排放速度为5700m3 /h;通过你的扩散模型求解该工厂方圆51 公里分别在早上浓度8点、中午12点、晚上9点空气污染分布和空气质量等级。 源代码 clear all clc [x,y]=meshgrid(0:20:5100,0:20:5100); Q=135.64; z=1.5; H=50; u=1.94; sigy=0.3914238*x.A0.865014; sigz=0.0757182*x.A1.00770; c=Q./(2*pi*sigy.*sigz*u+eps).*exp(-0.5*(y.A2)./((sigy+eps).A2)).*(exp(-0.5*(z-H).A2./((sigz+eps).A2))+exp(-0.5*(z+H).A2./((sigz+ eps)A2))); mesh(x,y,c); xlabel('X'),ylabel('Y'),zlabel(C), clear all clc [x,y]=meshgrid(-5100:20:5100,-5100:20:5100); Q=1836.7; z=1.5; H=50; u=1.7; sigy=0.3914238*x.A0.865014; sigz=0.0757182*x.A1.00770; c=Q./(2*pi*sigy.*sigz*u+eps).*exp(-0.5*(y.A2)./((sigy+eps).A2)).*(exp(-0.5*(z-H).A2./((sigz+eps).A2))+exp(-0.5*(z+H).A2./((sigz+ eps)A2))); mesh(x,y,c); xlabel('X'),ylabel('Y'),zlabel(C), 分享到： 2015-05-29 16:32 提问者采纳 clear all [x,y]=meshgrid(-51000:100:51000,-51000:100:51000); Q=135.64; z=1.5; H=50; u=1.94; sigy=0.3914238*x.A0.865014;
影响扩散的因素 1. 温度对扩散的影响 扩散系数Ｄ与温度Ｔ的关系符合阿仑尼乌斯（Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ）公式：Ｄ＝Ｄ0ｅ-Q/RT，所以温度是影响扩散系数的最主要因素。 随着温度的升高，扩散系数急剧增大。 原因：温度升高，原子通过能量起伏而越过势垒进行跃迁的几率增大。此外。温度升高，空位浓度急剧增大，有利于实现原子迁移。 2. 键能和晶体结构对扩散的影响 （１）原子间的结合能越大，扩散激活能就越大。高熔点金属具有较低的扩散系数。（２）在致密度大的晶体结构中，原子扩散激活能较高，扩散系数较小。（碳在奥氏体扩散系数小于铁素体，但是渗碳一般选择在奥氏体区，因为温度高） 3. 固溶体类型对扩散的影响 不同类型的固溶体，溶质原子的扩散激活能不同。间隙原子的激活能都比置换原子的小，所以扩散速度也较大。 4. 晶体缺陷对扩散的影响 对一定的晶体结构，表面扩散最快，晶界次之，亚晶界又次之，晶内扩散最慢。一般的，空位和位错加速晶体中的扩散过程．位错密度增加，扩散速度加快。原因：晶格发生畸变，能量较高，其扩散激活能较小 5. 化学成分对扩散的影响 （１）加入合金元素影响合金熔点时的情况当加入合金元素使合金的熔
点降低时，则该合金元素会使溶质或溶剂组元的扩散系数增加；反之，当加入合金元素使合金的熔点升高时，则该合金元素会使溶质或溶剂组元的扩散系数降低。（２）合金元素对碳在γ－Ｆｅ中扩散系数的影响其影响可分为以 下三种情况： ●形成碳化物的元素，如Ｗ、Ｍｏ、Ｃｒ等，由于它们和碳的亲和力较大，能够强 烈阻止碳的扩散，因而降低碳的扩散系数。 ●不能形成碳化物，但易溶于碳化物中的元素，如Ｍｎ等，它们对碳的扩散系数影 响不大。 ●不形成碳化物而溶于固溶体中的元素，如Ｃｏ、Ｎｉ、Ｓｉ等，其中两个提高碳 的扩散系数，而Ｓｉ降低碳的扩散系数